30CrMo vs 35CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
30CrMo dan 35CrMo adalah dua baja karbon menengah, paduan rendah yang banyak digunakan yang ditentukan dalam standar regional dan nasional untuk komponen yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan retensi ketangguhan setelah perlakuan panas. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara kelas dengan karbon sedikit lebih rendah yang lebih ulet dan kelas dengan karbon sedikit lebih tinggi yang lebih kuat — menyeimbangkan kemampuan mesin dan kemampuan las terhadap kekuatan dan umur lelah yang dapat dicapai.
Perbedaan teknis utama antara kedua kelas ini adalah perbedaan yang moderat dalam kandungan karbon dan paduan yang menggeser kemampuan pengerasan dan kekuatan akhir: keluarga 35CrMo biasanya ditentukan dengan tingkat karbon yang lebih tinggi dan kandungan kromium/molybdenum yang serupa, memberikannya kekuatan dan kemampuan pengerasan yang lebih besar tetapi umumnya memiliki duktilitas yang lebih rendah dan persyaratan pengelasan yang sedikit lebih menuntut. Karena komposisi kimianya dekat, mereka sering dibandingkan saat memilih bahan untuk poros, roda gigi, sumbu, dan pengecoran di mana perlakuan panas dan kinerja lelah menjadi penting.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum atau relevan dan sistem penunjukan di mana ekuivalen atau kelas serupa muncul:
- GB/T (standar nasional Tiongkok): 30CrMo, 35CrMo.
- EN / DIN: 35CrMo4 (sering ditulis 1.7225) dan kelas terkait; ekuivalen 30CrMo ada dalam spesifikasi regional.
- AISI/SAE: Tidak ada nama AISI satu-satu yang tepat, tetapi ekuivalen sifat mekanik sering dibandingkan dengan keluarga 41xx (misalnya, 4140) untuk banyak aplikasi teknik.
- JIS: Baja paduan kekuatan tinggi serupa muncul di bawah penunjukan SNCM/SNCM4xx.
- Klasifikasi: baik 30CrMo maupun 35CrMo adalah baja karbon menengah, paduan rendah (bukan stainless, bukan baja alat) yang dimaksudkan untuk pengerasan & tempering atau normalisasi dan tempering. Mereka termasuk dalam kategori umum baja struktural/paduan yang dapat diperlakukan panas yang digunakan untuk bagian mesin kritis.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Rentang komposisi tipikal diberikan sebagai persen berat; batasan yang tepat tergantung pada standar spesifik atau sertifikat pemasok.
| Elemen | 30CrMo tipikal (wt%) | 35CrMo tipikal (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.27 – 0.34 | 0.32 – 0.39 |
| Mn | 0.50 – 0.80 | 0.50 – 0.90 |
| Si | 0.15 – 0.35 | 0.15 – 0.35 |
| P | ≤ 0.025 – 0.035 | ≤ 0.025 – 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | 0.80 – 1.20 | 0.90 – 1.20 |
| Ni | sering ≤ 0.30 (jejak) | sering ≤ 0.30 (jejak) |
| Mo | 0.15 – 0.30 | 0.15 – 0.30 |
| V, Nb, Ti, B | jejak hingga ≤ 0.05 (jika mikro-paduan) | jejak hingga ≤ 0.05 (jika mikro-paduan) |
| N | jejak | jejak |
Strategi paduan: - Karbon adalah penentu utama dari kekuatan dan kekerasan yang dapat dicapai setelah pengerasan & temper. Kandungan karbon yang lebih tinggi (seperti pada 35CrMo) meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan las. - Kromium dan molybdenum meningkatkan kemampuan pengerasan, ketahanan tempering, dan kekuatan pada suhu tinggi. Mereka juga berkontribusi pada ketahanan lelah ketika diperlakukan panas dengan benar. - Mangan dan silikon adalah deoksidator dan memperkuat matriks ferit/perlit; mereka mempengaruhi kemampuan pengerasan secara moderat. - Mikro-paduan (V, Nb, Ti) kadang-kadang digunakan untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan, tetapi ini bukan elemen paduan utama dalam kelas 30CrMo/35CrMo standar.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur dan respons tipikal: - Sebagai digulung/dinormalisasi: kedua kelas menghasilkan mikrostruktur ferit–perlit atau martensit/ferrit yang dikeraskan halus tergantung pada pendinginan dan normalisasi. Normalisasi memperhalus ukuran butir dan menghasilkan struktur yang seragam untuk pemesinan atau tempering selanjutnya. - Pengerasan dan tempering (Q&T): kedua baja umumnya dikeraskan dengan austenitisasi (suhu austenitisasi tipikal tergantung pada ukuran bagian dan standar), pengerasan minyak atau air, kemudian tempering untuk mencapai keseimbangan kekuatan-ketangguhan yang diinginkan. Karena 35CrMo biasanya memiliki kandungan karbon yang sedikit lebih tinggi, mikrostruktur yang dikeraskan membentuk fraksi martensit yang lebih tinggi pada laju pengerasan yang serupa, menjadikannya lebih keras dan lebih kuat setelah tempering. - Pemrosesan termo-mekanis: penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat dapat lebih memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan; kedua kelas mendapatkan manfaat, tetapi 30CrMo dapat dioptimalkan untuk duktilitas yang lebih baik sementara 35CrMo dioptimalkan untuk kekuatan yang lebih tinggi dan umur lelah. - Kontrol ukuran butir dan praktik tempering sangat penting untuk ketangguhan. Over-tempering mengurangi kekuatan; under-tempering berisiko menyebabkan kerapuhan.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas, ukuran bagian, dan praktik pemasok. Tabel menunjukkan rentang sifat tipikal setelah regimen quench & temper standar yang digunakan untuk komponen kekuatan tinggi.
| Sifat (rentang Q&T tipikal) | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | 800 – 1,050 | 850 – 1,200 |
| Kekuatan luluh (MPa) | 600 – 900 | 650 – 1,000 |
| Peregangan (%), A5 | 10 – 16 | 8 – 14 |
| Dampak Charpy V‑Notch (J, suhu ruang) | 30 – 70 (tergantung pada temper) | 25 – 60 |
| Kekerasan (HRC) | 22 – 36 | 25 – 40 |
Interpretasi: - 35CrMo umumnya mencapai kekuatan tarik dan luluh yang lebih tinggi serta kekerasan yang lebih tinggi untuk tingkat perlakuan panas tertentu karena fraksi karbon yang lebih tinggi dan tingkat Cr/Mo yang serupa, yang meningkatkan kemampuan pengerasan. - 30CrMo cenderung sedikit lebih tangguh dan lebih ulet pada tingkat kekuatan yang setara, menjadikannya lebih disukai di mana penyerapan energi dan pembentukan penting. - Ketangguhan dampak dapat direkayasa melalui tempering; suhu tempering yang lebih rendah meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ketangguhan dampak.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las terutama ditentukan oleh ekuivalen karbon dan keberadaan elemen yang meningkatkan kemampuan pengerasan. Indeks umum:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$
dan
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Karena 35CrMo biasanya memiliki karbon yang lebih tinggi, $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$-nya akan lebih tinggi daripada 30CrMo, menunjukkan kerentanan yang lebih besar terhadap retak dingin dan kebutuhan yang lebih besar untuk pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca-las (PWHT). - 30CrMo menunjukkan kemampuan las yang lebih baik daripada 35CrMo tetapi masih sering memerlukan pemanasan awal dan prosedur terkontrol untuk bagian tebal atau pengekangan tinggi. - Penggunaan logam pengisi yang cocok atau lebih dari cukup, tempering penghilang stres, dan prosedur kontrol hidrogen adalah umum untuk kedua kelas saat dilas dalam aplikasi kritis.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 30CrMo maupun 35CrMo bukanlah stainless; ketahanan korosi mirip dengan baja karbon/paduan rendah biasa dan dipengaruhi oleh finishing permukaan dan lingkungan layanan.
- Strategi perlindungan tipikal: pengecatan, pelapisan bubuk, pelapis berbasis pelarut, galvanisasi celup panas, atau pelapisan lokal tergantung pada paparan. Untuk paparan jangka panjang di atmosfer lembab atau korosif, galvanisasi atau penerapan pelapis penghalang disarankan.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk kelas non-stainless ini. Untuk kelas stainless, seseorang akan menggunakan:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
tetapi ini tidak memiliki arti untuk 30CrMo/35CrMo.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin: 30CrMo, dengan karbon sedikit lebih rendah, umumnya lebih mudah untuk diproses dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan dibandingkan dengan 35CrMo. Keduanya menjadi lebih sulit untuk diproses setelah pengerasan & tempering.
- Kemampuan pembentukan/penekukan: lebih mudah dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan; hindari pembentukan dalam kondisi sepenuhnya dikeraskan. 30CrMo menerima penekukan dan pembentukan dingin sedikit lebih baik karena kekuatan setelah perlakuan yang lebih rendah.
- Penggilingan dan penyelesaian: keduanya merespons dengan baik terhadap praktik pemesinan dan penggilingan standar untuk baja paduan; perlakuan permukaan atau kontrol stres residual mungkin diperlukan untuk memenuhi kinerja lelah.
- Perlakuan panas sebelum pembentukan (misalnya, normalisasi atau annealing) adalah praktik umum untuk meningkatkan kemampuan pembentukan.
8. Aplikasi Tipikal
| 30CrMo — Penggunaan tipikal | 35CrMo — Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Poros, spindel, roda gigi tugas menengah, batang penghubung, pengikat di mana ketangguhan dan kemampuan mesin adalah prioritas | Poros tugas berat, roda gigi, sumbu, poros engkol, komponen mesin dengan kelelahan tinggi yang memerlukan kekuatan dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi |
| Komponen yang ditempa di mana duktilitas yang baik membantu dalam pembentukan | Komponen untuk mesin berat dan peralatan off-highway di mana kemampuan pengerasan ukuran bagian yang lebih besar diperlukan |
| Bagian yang memerlukan pengelasan dengan kontrol pemanasan awal yang moderat | Bagian yang dikeraskan & dikeraskan dengan kekuatan tinggi di mana kekuatan dan umur lelah adalah pendorong desain utama |
Alasan pemilihan: - Pilih 30CrMo di mana keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan ditambah kemampuan mesin/pengelasan yang lebih mudah diperlukan dan ukuran bagian komponen sedang. - Pilih 35CrMo di mana kekuatan yang lebih tinggi, pengerasan yang lebih dalam untuk penampang yang lebih besar, dan ketahanan lelah yang lebih baik diperlukan, dan di mana kontrol pengelasan dan fabrikasi dapat diakomodasi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 35CrMo biasanya sedikit lebih mahal daripada 30CrMo karena kandungan karbon dan paduan yang sedikit lebih tinggi dan karena spesifikasi pembelian untuk varian kekuatan yang lebih tinggi sering memiliki kontrol yang lebih ketat. Selisih harga biasanya moderat relatif terhadap total biaya komponen.
- Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam bentuk batang, batang, dan pengecoran dari pabrik dan distributor utama. 35CrMo (35CrMo4 / 1.7225) adalah kelas Eropa yang sangat umum; 30CrMo umum di pasar yang menggunakan penunjukan GB/T. Waktu pengiriman umumnya singkat untuk bentuk produk standar; kimia khusus atau ukuran batang/pengecoran premium mungkin memerlukan waktu pengiriman yang lebih lama.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (CE lebih rendah) | Lebih menuntut (CE lebih tinggi, memerlukan pemanasan awal/PWHT) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang—ketangguhan baik pada kekuatan sedang | Kekuatan dan kemampuan pengerasan lebih tinggi, duktilitas/ketangguhan sedikit lebih rendah untuk temper yang sama |
| Biaya | Lebih rendah / efektif biaya | Sedikit lebih tinggi |
Pilih 30CrMo jika: - Anda memerlukan kombinasi seimbang antara kekuatan dan ketangguhan dengan kemampuan mesin yang lebih baik dan prosedur pengelasan yang lebih mudah. - Ukuran komponen sedang, dan Anda lebih memilih perilaku tempering dan pembentukan yang lebih toleran. - Biaya dan kesederhanaan fabrikasi penting.
Pilih 35CrMo jika: - Permintaan desain memprioritaskan kekuatan tarik/luluh yang lebih tinggi, pengerasan yang lebih dalam untuk penampang yang lebih besar, atau umur lelah yang lebih baik. - Anda dapat mengakomodasi kontrol pengelasan yang lebih ketat (pemanasan awal, batas antar-passing, PWHT) dan kontrol proses yang lebih ketat selama perlakuan panas. - Kasus penggunaan mencakup poros tugas berat, sumbu, atau roda gigi stres tinggi di mana kekuatan setelah pengerasan yang lebih tinggi adalah faktor penentu.
Catatan akhir: kinerja yang tepat sangat bergantung pada standar yang dipilih, batasan kimia pemasok yang spesifik, dan jadwal perlakuan panas. Untuk komponen kritis, tentukan sifat mekanik yang diperlukan, kriteria inspeksi (kekerasan, dampak, mikrostruktur), dan kualifikasi prosedur las dalam pesanan pembelian dan bekerja sama dengan spesialis perlakuan panas dan pengelasan lebih awal dalam desain untuk memilih kelas dan envelope proses yang benar.