35# vs 45# – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
35# dan 45# adalah dua kelas baja karbon menengah yang banyak digunakan dalam komponen mekanis, poros, pengikat, dan pengecoran. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan trade-off antara biaya, kemampuan mesin, kemampuan pengelasan, dan kinerja beban saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah akan memprioritaskan kekuatan dan ketahanan aus yang lebih tinggi dibandingkan dengan pembentukan yang lebih mudah, sensitivitas perlakuan panas yang lebih rendah, dan prosedur penyambungan yang lebih sederhana.
Perbedaan utama antara kedua kelas ini adalah kandungan karbon mereka dan potensi kekuatan serta kekerasan yang lebih tinggi dari material 45# dibandingkan dengan 35#. Perubahan dasar dalam komposisi ini mempengaruhi mikrostruktur, respons perlakuan panas, kemampuan pengerasan, dan operasi hilir — itulah sebabnya kelas-kelas ini sering dibandingkan untuk komponen yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan kemampuan manufaktur.
1. Standar dan Penunjukan
- GB (Cina): 35# dan 45# (nomenklatur yang umum digunakan dalam standar Cina).
- EN / Eropa: C35, C45 (keluarga EN 10083 untuk baja yang dapat diperlakukan panas).
- SAE/AISI: kira-kira setara dengan 1035 (≈0.35%C) dan 1045 (≈0.45%C).
- JIS (Jepang): S35C, S45C.
- ASTM/ASME: tidak ada penunjukan tunggal satu-ke-satu, tetapi sebanding dengan baja karbon menengah yang dicakup oleh spesifikasi yang lebih luas (batang, pengecoran).
Klasifikasi: baik 35# maupun 45# adalah baja karbon biasa (bukan stainless, bukan HSLA secara default). Mereka dapat disuplai sebagai baja karbon dasar untuk perlakuan panas; elemen paduan di luar C, Mn, dan Si biasanya minimal kecuali produk secara sengaja ditentukan sebagai paduan atau mikro-paduan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: rentang komposisi tipikal (wt%). Ini adalah rentang representatif yang digunakan dalam praktik untuk kelas baja karbon dengan penunjukan 35 dan 45. Material yang disuplai harus diverifikasi terhadap sertifikat pabrik.
| Elemen | 35# (tipikal, wt%) | 45# (tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.38 | 0.42 – 0.50 |
| Mn | 0.25 – 0.65 | 0.50 – 0.80 |
| Si | 0.15 – 0.35 | 0.15 – 0.35 |
| P | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| S | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| Cr | biasanya ≤ 0.25 (jejak) | biasanya ≤ 0.25 (jejak) |
| Ni | biasanya ≤ 0.30 (jejak) | biasanya ≤ 0.30 (jejak) |
| Mo | biasanya ≤ 0.08 (jejak) | biasanya ≤ 0.08 (jejak) |
| V, Nb, Ti | biasanya tidak ditentukan (jejak di beberapa rute) | biasanya tidak ditentukan (jejak) |
| B, N | tingkat jejak jika terkontrol | tingkat jejak jika terkontrol |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon: penggerak utama kekuatan dan kemampuan pengerasan. C yang lebih tinggi (45#) meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik yang dapat dicapai setelah pengerasan dan penempaan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan. - Mangan: meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik serta mengatasi kerapuhan akibat sulfur; umum di kedua kelas pada tingkat sedang. - Silikon: deoksidator dan berkontribusi secara moderat terhadap kekuatan. - Elemen paduan jejak (Cr, Mo, V): jika ada secara sengaja, meningkatkan kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan stabilitas penempaan; tetapi 35#/45# yang tipikal tidak sengaja dipaduan ke tingkat tinggi kecuali ditentukan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Keadaan yang digulung atau dinormalisasi: campuran ferrit dan perlit. 35# (karbon lebih rendah) akan menunjukkan fraksi ferrit yang lebih besar dan perlit yang lebih kasar; 45# memiliki fraksi perlit/semenit yang lebih tinggi (perlit lamelar lebih banyak) dan mungkin menunjukkan beberapa semenit proeutektik tergantung pada pendinginan. - Setelah pendinginan: pembentukan martensit lebih terlihat pada 45# untuk tingkat pendinginan yang sama karena karbon yang lebih tinggi. 35# akan membentuk martensit tetapi dalam tingkat yang lebih rendah (dan mungkin memerlukan pendinginan yang lebih dalam atau paduan untuk kekerasan yang setara). - Setelah penempaan: martensit yang ditempa, dengan respons penempaan yang berbeda berdasarkan karbon — baja karbon yang lebih tinggi mempertahankan kekerasan yang lebih tinggi pada suhu penempaan yang setara.
Efek dari rute pemrosesan: - Normalisasi (austentitisasi dan pendinginan udara) memperhalus ukuran butir dan menghasilkan matriks ferrit+perlit yang relatif seragam; 35# cenderung lebih duktil setelahnya. - Pendinginan & penempaan dapat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan: 45# dapat mencapai jendela kekuatan/kekerasan yang lebih tinggi tetapi memerlukan penempaan yang hati-hati untuk menghindari kerapuhan. - Pemrosesan termo-mekanis dan penambahan mikro-paduan (V, Nb, Ti) dapat memperhalus ukuran butir ferrit dan menghasilkan matriks ferrit/perlit atau bainitik yang lebih kuat, meningkatkan kekuatan tanpa hanya bergantung pada karbon; perlakuan semacam itu biasanya ditentukan daripada melekat pada 35#/45# standar.
4. Sifat Mekanis
Tabel: rentang sifat mekanis tipikal untuk kondisi umum (rentang dinormalisasi atau pendinginan & penempaan tumpang tindih). Ini adalah nilai representatif — verifikasi dengan sertifikat pabrik dan catatan perlakuan panas untuk desain.
| Sifat | 35# (tipikal) | 45# (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (Rm) | ~500 – 700 MPa | ~600 – 800 MPa |
| Kekuatan luluh (Rp0.2 / Re) | ~300 – 500 MPa | ~350 – 600 MPa |
| Peregangan (A) | ~16 – 25% | ~10 – 18% |
| Ketangguhan impak (Charpy V notch, sebagai dinormalisasi) | sedang; lebih tinggi dari 45# di bawah perlakuan panas yang sama | lebih rendah dari 35# untuk perlakuan yang sama; meningkat dengan penempaan |
| Kekerasan (HB) | ~150 – 220 HB | ~180 – 260 HB |
Interpretasi: - 45# lebih kuat dan mampu mencapai kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi karena karbon yang lebih tinggi; biasanya menunjukkan duktilitas yang lebih rendah dan ketangguhan notch yang lebih rendah dalam kondisi yang setara. - 35# lebih duktil dan lebih toleran terhadap pembentukan dan siklus termal pengelasan; sering kali lebih disukai di mana ketangguhan, pembengkokan, atau pembentukan dingin penting. - Sifat akhir sangat bergantung pada perlakuan panas: 35# yang didinginkan & ditempa dapat mendekati atau melebihi kekuatan 45# yang dinormalisasi, tetapi kapasitas kekerasan dan ketahanan aus tetap dibatasi oleh kandungan karbon.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung terutama pada kandungan karbon, ekuivalen karbon (CE), dan paduan. Dua indeks empiris umum berguna untuk menginterpretasikan kemampuan pengelasan relatif:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
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: - 45# dengan karbon yang lebih tinggi akan memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih tinggi dibandingkan 35# (semua hal lain sama), menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk membentuk zona terpengaruh panas martensitik yang keras dan risiko retak dingin yang lebih tinggi. Ini memerlukan pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) lebih sering untuk 45#. - 35# lebih mudah dilas dalam praktik toko yang umum: persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah, risiko distorsi yang lebih sedikit, dan lebih sedikit masalah retak. - Ketika elemen paduan (Cr, Mo) ada, kemampuan pengerasan meningkat dan kemampuan pengelasan menurun lebih lanjut untuk kedua kelas; efek itu diperbesar pada 45# karena kemampuan pengerasan dasarnya yang lebih tinggi dari karbon.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 35# maupun 45# bukanlah baja tahan karat; keduanya rentan terhadap korosi atmosfer umum dan serangan lokal di lingkungan yang agresif.
- Strategi perlindungan umum: galvanisasi celup panas, elektroplating, pelapisan konversi, sistem cat/primer, atau overlay polimer. Pemilihan tergantung pada lingkungan layanan, geometri, dan biaya.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) tidak berlaku untuk baja karbon biasa karena digunakan untuk paduan stainless:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Gunakan paduan tahan korosi (baja tahan karat) atau pelapis ketika ketahanan korosi adalah persyaratan desain; untuk baja karbon biasa, fokus pada metode perlindungan penghalang dan katodik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin: 35# biasanya lebih mudah diproses dibandingkan 45# karena kekerasan yang lebih rendah dan keausan alat yang lebih sedikit; namun, kemampuan mesin tergantung pada perlakuan panas dan mikrostruktur. Modifikasi pemotongan bebas (penambahan sulfur) adalah kategori terpisah.
- Kemampuan pembentukan dan pembengkokan: 35# memiliki duktilitas yang lebih tinggi dan kemampuan pembentukan dingin yang lebih baik. 45# dapat dibentuk dingin tetapi memiliki regangan yang diizinkan lebih rendah sebelum retak; pembentukan panas atau penempaan mungkin diperlukan untuk pembengkokan yang ketat.
- Penggilingan, penyelesaian, dan pengerasan permukaan: 45# merespons lebih baik terhadap proses pengerasan permukaan (pengerasan induksi, karburisasi diikuti dengan pendinginan & penempaan ketika dikombinasikan dengan profil karbon yang sesuai) untuk meningkatkan ketahanan aus.
- Stabilitas dimensi: kedua kelas memerlukan perhatian terhadap tegangan sisa yang diperkenalkan oleh pemesinan dan perlakuan panas; 45# mungkin memerlukan penempaan pelepasan tegangan tergantung pada aplikasi akhir.
8. Aplikasi Tipikal
| 35# — Penggunaan tipikal | 45# — Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Poros dan sumbu untuk beban sedang, pin, stud, dan baut di mana duktilitas dan ketangguhan penting | Poros yang sangat terbebani, roda gigi, poros engkol, poros cam, baut berat, bagian yang memerlukan kekerasan lebih tinggi |
| Pengecoran dan komponen yang akan ditempa untuk kekuatan sedang dan ketangguhan yang baik | Komponen yang memerlukan kekuatan yang lebih tinggi setelah pendinginan & penempaan dan ketahanan aus permukaan |
| Bagian yang sering dilas atau memerlukan pembentukan yang lebih agresif | Bagian yang memerlukan kekuatan lelah yang lebih tinggi dan ketahanan aus; komponen yang terkena kelelahan pembengkokan |
Rasional pemilihan: - Pilih 35# ketika kemudahan pembentukan, pengelasan, dan ketangguhan adalah prioritas atau ketika biaya menjadi kendala. - Pilih 45# ketika kekuatan yang lebih tinggi, kekerasan permukaan, dan ketahanan aus adalah penggerak desain utama dan ketika proses fabrikasi dapat mengakomodasi kemampuan pengerasan baja yang lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 35# umumnya sedikit lebih murah dibandingkan 45# berdasarkan per-kg karena kandungan karbon yang lebih rendah dan rute produksi yang serupa; perbedaannya kecil. Biaya perlakuan panas dan penyelesaian dapat melebihi perbedaan harga material.
- Ketersediaan: kedua kelas tersedia di mana-mana dalam bentuk batang, pelat, dan stok pengecoran. 45# mungkin lebih umum disimpan untuk komponen berat dan aplikasi yang memerlukan pengiriman yang didinginkan & ditempa, sedangkan 35# umum untuk bagian tujuan umum.
- Bentuk produk: keduanya tersedia secara luas sebagai batang yang digulung panas, batang yang ditarik dingin, pengecoran, dan pelat. Varian mikro-paduan atau kimia yang terkontrol diproduksi berdasarkan pesanan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Aspek | 35# | 45# |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik (CE lebih rendah) | Lebih sensitif (CE lebih tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Lebih duktil, ketangguhan lebih baik pada perlakuan panas yang setara | Kekuatan/kekerasan yang lebih tinggi dapat dicapai; duktilitas lebih rendah jika terlalu keras |
| Biaya | Sedikit lebih rendah (biaya material) | Sedikit lebih tinggi (material + potensi pemrosesan) |
Rekomendasi: - Pilih 35# jika: - Anda memerlukan duktilitas yang lebih baik setelah fabrikasi, proses pengelasan yang lebih sederhana, dan risiko retak yang lebih rendah. - Bagian tersebut akan mengalami pembentukan yang signifikan atau memerlukan ketangguhan notch yang lebih tinggi pada beban desain. - Biaya dan kemudahan manufaktur diprioritaskan di atas kekerasan maksimum atau ketahanan aus.
- Pilih 45# jika:
- Kekuatan yang lebih tinggi, potensi kekerasan yang lebih besar, atau ketahanan aus yang lebih baik diperlukan (misalnya, poros yang sangat terbebani, roda gigi).
- Proses manufaktur dapat mencakup pemanasan awal/PWHT yang sesuai dan pendinginan/penempaan yang terkontrol untuk mengelola ketangguhan.
- Umur lelah, kekerasan permukaan melalui pengerasan induksi, atau sifat yang didinginkan & ditempa adalah penggerak desain.
Catatan akhir: baik 35# maupun 45# adalah baja karbon menengah untuk tujuan umum. Pilihan terbaik tergantung pada kasus beban komponen yang selesai, rute fabrikasi, dan batasan biaya. Untuk aplikasi kritis, tentukan perlakuan panas yang diperlukan, target sifat mekanis, dan pengujian penerimaan (UT/MT, pemetaan kekerasan, pengujian impak) dalam dokumen pembelian untuk memastikan pabrik dan rute perlakuan panas memberikan kinerja yang diinginkan.