35CrMo vs 30CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan profesional pengadaan secara rutin memutuskan antara baja paduan yang serupa saat menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan biaya. 30CrMo dan 35CrMo adalah dua baja karbon menengah paduan rendah yang umum digunakan untuk komponen mekanis di mana kekuatan dan ketahanan terhadap kelelahan penting. Konteks keputusan yang khas termasuk memilih antara kekuatan yang sedikit lebih tinggi setelah pendinginan dibandingkan dengan kemampuan las dan duktilitas yang lebih baik, atau saat menentukan jendela perlakuan panas untuk bagian seperti poros, roda gigi, dan pengikat yang mengalami stres tinggi.
Perbedaan praktis utama antara kedua grade ini adalah kandungan karbon/paduan relatif mereka: 35CrMo ditentukan dengan kandungan karbon yang sedikit lebih tinggi (dan sering kali penambahan paduan yang sedikit lebih tinggi) dibandingkan dengan 30CrMo. Perbedaan itu menggeser keseimbangan menuju kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi yang dapat dicapai pada 35CrMo setelah pendinginan dan tempering, sementara 30CrMo umumnya menawarkan kemudahan fabrikasi, kemampuan las yang lebih baik, dan duktilitas yang lebih besar untuk perlakuan panas yang setara.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana nama-nama ini muncul:
- GB (Cina): 30CrMo, 35CrMo (sistem penunjukan Cina yang khas)
- EN / ISO: bahan yang sebanding ada (misalnya, baja Cr–Mo seperti 34CrMo4, 42CrMo4), tetapi kesetaraan langsung memerlukan pemeriksaan batas komposisi dan tabel sifat mekanik dalam standar yang berlaku.
- ASTM / ASME: seri AISI/SAE (misalnya, keluarga 4130) sering dirujuk sebagai analog fungsional untuk pemilihan teknik; pertukaran yang tepat memerlukan verifikasi.
- JIS: grade Cr–Mo serupa ada; konfirmasi persyaratan kimia/mikrostruktur yang cocok.
- Klasifikasi: Baik 30CrMo maupun 35CrMo adalah baja paduan rendah karbon menengah yang digunakan sebagai baja struktural paduan (bukan stainless, bukan baja alat, dan bukan HSLA dalam pengertian modern). Mereka dirancang untuk kekuatan dan kemampuan pengerasan melalui perlakuan panas (normalisasi, pendinginan & temper).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: rentang komposisi yang khas (persentase berat, indikatif). Nilai aktual tergantung pada pemasok dan standar yang berlaku — anggap ini sebagai rentang representatif untuk perbandingan teknik, bukan sebagai spesifikasi pengadaan.
| Elemen | 30CrMo (rentang khas, wt%) | 35CrMo (rentang khas, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.26 – 0.34 | 0.30 – 0.40 |
| Mn | 0.40 – 0.80 | 0.45 – 0.85 |
| Si | 0.15 – 0.40 | 0.15 – 0.40 |
| P | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.30 |
| Ni | ≤ 0.30 (biasanya sangat rendah) | ≤ 0.30 (biasanya sangat rendah) |
| Mo | 0.12 – 0.30 | 0.12 – 0.30 |
| V | jejak / opsional | jejak / opsional |
| Nb | jejak / opsional | jejak / opsional |
| Ti | jejak / opsional | jejak / opsional |
| B | jejak (jarang) | jejak (jarang) |
| N | residual | residual |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja - Karbon: kontrol utama kekuatan dan kemampuan pengerasan. Karbon yang sedikit lebih tinggi di 35CrMo meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik yang dapat dicapai setelah pendinginan & temper, tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan las jika setara karbon meningkat. - Kromium dan molibdenum: meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan tempering; kedua grade bergantung pada Cr dan Mo untuk mencapai sifat mekanik melalui ketebalan di bagian yang lebih besar. - Mangan dan silikon: memperkuat sebagai deoksidator dan berkontribusi pada kemampuan pengerasan. - Elemen mikro paduan (V, Nb, Ti) dapat muncul dalam varian mikro paduan untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan, tetapi tidak wajib dalam penunjukan dasar 30/35CrMo.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur yang khas - Dalam kondisi dinormalisasi, kedua grade menunjukkan campuran ferit dan perlit dengan ukuran butir yang ditentukan oleh pengerjaan panas dan pendinginan. Normalisasi meningkatkan kemampuan mesin dan ketangguhan. - Setelah pendinginan dan tempering, keduanya mengembangkan martensit yang ditemper (atau bainitik/bainit yang ditemper tergantung pada laju pendinginan dan ukuran bagian). Karbon yang lebih tinggi di 35CrMo mendorong fraksi martensit keras yang lebih tinggi untuk pendinginan tertentu, meningkatkan kekuatan dan kekerasan. - Pemrosesan termo-mekanik (penggulungan terkontrol) diikuti oleh pendinginan yang dipercepat dapat menghasilkan struktur martensitik bainitik/yang ditemper yang lebih halus yang memberikan kombinasi kekuatan-ketangguhan yang sangat baik.
Respons perlakuan panas - Normalisasi: memperhalus struktur yang digulung, meningkatkan kemampuan mesin dan mempersiapkan untuk pendinginan. - Pendinginan & tempering (Q&T): jalur utama untuk mencapai kekuatan desain. Kedua grade merespons secara dapat diprediksi — 35CrMo biasanya mencapai kekuatan yang lebih tinggi setelah tempering dengan biaya elongasi yang sedikit lebih rendah dan potensi ketangguhan impak yang berkurang jika terlalu lama di-temper. - Tempering: diperlukan untuk mengurangi kerapuhan martensit yang baru saja didinginkan. 35CrMo sering memerlukan jadwal temper yang sedikit berbeda untuk mempertahankan ketangguhan sambil mencapai kekuatan target.
4. Sifat Mekanik
Tabel: sifat mekanik indikatif setelah pemrosesan pendinginan & temper yang representatif (insinyur untuk memverifikasi spesifikasi aktual dan perlakuan panas).
| Sifat | 30CrMo (indikatif) | 35CrMo (indikatif) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~700 – 1000 | ~800 – 1100 |
| Kekuatan luluh (MPa) | ~520 – 850 | ~600 – 950 |
| Elongasi (%) | ~12 – 20 | ~8 – 16 |
| Dampak Charpy V-notch (J) | ~30 – 80 (bervariasi dengan temper & ketebalan) | ~20 – 70 (sensitif terhadap perlakuan panas) |
| Kekerasan (HB) | ~200 – 360 | ~240 – 380 |
Interpretasi - Kekuatan: 35CrMo umumnya mampu mencapai kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi di bawah siklus pendinginan & temper yang sebanding karena kandungan karbonnya yang lebih tinggi dan kemampuan pengerasan Cr/Mo yang serupa. - Ketangguhan dan duktilitas: 30CrMo biasanya menunjukkan elongasi yang lebih besar dan dapat lebih tangguh dalam kondisi transien, terutama jika tempering dan kontrol butir dilakukan dengan hati-hati. - Keseimbangan kekuatan-ketangguhan yang sebenarnya sangat tergantung pada ukuran bagian, laju pendinginan, dan tempering; spesifikasi harus mendefinisikan parameter ini.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las baja paduan tergantung pada karbon dan paduan — dirangkum secara kualitatif menggunakan ekspresi setara karbon yang diterima.
Rumus evaluasi yang berguna: - Setara karbon (bentuk IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Internasional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif - 35CrMo, dengan kandungan karbon yang lebih tinggi, akan menghasilkan $CE_{IIW}$ / $P_{cm}$ yang lebih tinggi dibandingkan 30CrMo di bawah tingkat Cr/Mo yang serupa dan oleh karena itu lebih sulit untuk dilas. CE yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan risiko zona yang terpengaruh panas (HAZ) yang keras dan rapuh serta retak dingin kecuali jika diatasi. - Kontrol pengelasan praktis: pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, penggunaan logam pengisi yang cocok atau lebih dari yang cocok, dan perlakuan panas pasca-las (PWHT) lebih sering diperlukan untuk 35CrMo, terutama di bagian yang lebih tebal. 30CrMo sering memungkinkan pemanasan awal yang kurang ketat dan dapat dilas lebih mudah dengan batang pengisi Cr–Mo standar, meskipun PWHT masih direkomendasikan untuk komponen yang menanggung beban. - Untuk kedua grade, ikuti spesifikasi prosedur pengelasan yang relevan (WPS) dan konfirmasi melalui PWHT dan pemeriksaan kekerasan di HAZ.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 30CrMo maupun 35CrMo bukanlah paduan stainless; ketahanan korosi mirip dengan baja karbon dan tergantung pada finishing permukaan dan lingkungan.
- Metode perlindungan yang khas:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan atmosfer umum (periksa bagaimana galvanisasi mempengaruhi toleransi dimensi dan permukaan yang kritis terhadap kelelahan).
- Pelapis organik: primer, cat, dan pelapis bubuk untuk lingkungan industri.
- Pelapisan khusus (misalnya, kadmium, seng-nikel) untuk persyaratan fungsional tertentu atau komponen tipis.
- Indeks stainless seperti PREN tidak berlaku untuk baja paduan rendah Cr–Mo ini, karena mereka bukan grade stainless yang tahan korosi. Untuk konteks, PREN didefinisikan sebagai: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi ini hanya berarti untuk baja stainless yang mengandung Cr dan N yang signifikan. Untuk baja paduan Cr–Mo, mitigasi korosi bergantung pada pelapis dan perlindungan katodik, bukan pasivitas intrinsik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan mesin:
- 30CrMo biasanya lebih mudah diproses dibandingkan 35CrMo dalam kondisi yang sebanding karena kandungan karbonnya yang lebih rendah dan kekerasan yang lebih rendah dalam keadaan dinormalisasi.
- Ketika bagian ditentukan dalam kondisi yang didinginkan & ditemper, kedua grade lebih sulit untuk diproses; praktik yang direkomendasikan adalah melakukan pemrosesan berat dalam kondisi dinormalisasi atau direbus dan menyelesaikan pemrosesan setelah perlakuan panas akhir jika memungkinkan.
- Kemampuan bentuk:
- Pembentukan dingin dan pembengkokan lebih mudah dengan 30CrMo. Karbon yang lebih tinggi di 35CrMo mengurangi duktilitas dan meningkatkan risiko retak selama pembentukan yang parah.
- Ketika pembentukan diperlukan, lakukan operasi sebelum perlakuan panas akhir atau gunakan strategi pembentukan suhu lebih tinggi.
- Penyelesaian permukaan:
- Keduanya merespons dengan baik terhadap penggilingan standar dan peening untuk meningkatkan umur kelelahan; kekerasan yang lebih tinggi di 35CrMo dapat memerlukan alat dan abrasif yang lebih kuat.
8. Aplikasi Khas
Tabel: penggunaan khas dan alasan pemilihan.
| 30CrMo — Aplikasi khas | 35CrMo — Aplikasi khas |
|---|---|
| Poros, sumbu, baut, dan pengikat di mana kombinasi duktilitas dan kekuatan diperlukan | Poros yang sangat tertekan, poros engkol, roda gigi berat, dan komponen yang memerlukan kekuatan yang lebih tinggi setelah pendinginan |
| Komponen traktor dan pertanian, roda gigi tugas menengah | Komponen transmisi beban tinggi, pin mesin berat, dan bagian yang kritis terhadap geser |
| Komponen struktural di mana fleksibilitas pengelasan dan fabrikasi diperlukan | Bagian di mana ketangguhan penampang yang lebih rendah diterima sebagai imbalan untuk kekuatan dan ketahanan aus yang lebih tinggi |
| Komponen di mana biaya dan kemudahan perbaikan/pengelasan penting | Komponen dengan umur panjang, kritis terhadap kelelahan di mana kekuatan temper yang lebih tinggi diprioritaskan |
Alasan pemilihan - Pilih 30CrMo ketika desain memerlukan pengelasan yang lebih mudah, kemampuan bentuk yang lebih besar, atau ketika bagian akan diperbaiki di lapangan. Ini juga menguntungkan ketika kontrol biaya penting dan persyaratan kekuatan akhir sedang moderat. - Pilih 35CrMo ketika kekuatan setelah temper yang lebih tinggi, ketahanan aus, dan ketahanan terhadap kelelahan pada stres statis yang tinggi adalah pendorong utama, dan ketika pengelasan yang terkontrol/PWHT dapat dilakukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: 35CrMo biasanya sedikit lebih mahal dibandingkan 30CrMo karena kandungan paduan (dan karbon) yang sedikit lebih tinggi dan persyaratan perlakuan panas yang lebih ketat untuk aplikasi berkinerja tinggi. Biaya tambahan biasanya moderat tetapi dapat signifikan untuk volume besar.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: kedua grade umumnya tersedia sebagai batang, forging, dan bagian yang ditekan atau digulung melalui pemasok baja industri. Kedalaman inventaris tergantung pada jaringan pemasok regional; 30CrMo mungkin lebih banyak tersedia dalam ukuran rekayasa umum karena penggunaannya yang lebih luas dalam struktur yang dapat diperbaiki dan dilas.
- Tip pengadaan: tentukan kriteria penerimaan kimia dan mekanik, persyaratan perlakuan panas, dan kebutuhan PWHT untuk menghindari kejutan dan mendapatkan penawaran yang kompetitif.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: snapshot perbandingan singkat.
| Atribut | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (CE lebih rendah yang khas) | Lebih rendah (CE lebih tinggi; memerlukan kontrol yang lebih ketat) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Duktilitas & ketangguhan yang baik dengan kekuatan moderat | Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi; ketangguhan bisa lebih rendah jika tidak di-temper dengan benar |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan - Pilih 35CrMo jika Anda memerlukan kekuatan atau kekerasan yang lebih tinggi setelah pendinginan dan temper untuk komponen yang kritis terhadap kelelahan, beban tinggi, atau rentan aus dan Anda dapat mengakomodasi kontrol pengelasan yang lebih ketat (pemanasan awal, PWHT) dan biaya material yang sedikit lebih tinggi. - Pilih 30CrMo jika prioritas Anda adalah kemampuan las yang lebih baik, pembentukan/pemrosesan yang lebih mudah, duktilitas yang lebih besar, perbaikan lapangan yang lebih sederhana, dan biaya yang lebih rendah sambil tetap mencapai kekuatan yang baik setelah perlakuan panas yang sesuai.
Catatan praktis akhir: Selalu konfirmasi pemilihan grade terhadap persyaratan kimia dan mekanik yang tepat dalam standar atau gambar yang berlaku. Untuk desain pengelasan, hitung setara karbon untuk komposisi yang diusulkan dan konsultasikan dengan insinyur pengelasan Anda untuk menentukan pemanasan awal, suhu antar-passing, logam pengisi, dan PWHT untuk memastikan integritas komponen.