35CrMo vs 42CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

35CrMo dan 42CrMo adalah dua baja paduan kromium–molybdenum yang sangat terkait yang digunakan untuk komponen struktural dan yang diberi beban mekanis. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan trade-off antara kekuatan, ketangguhan, kemampuan mesin, kemampuan pengelasan, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah lebih memilih kekuatan dan ketahanan aus yang sedikit lebih tinggi (misalnya untuk poros atau roda gigi berat) dibandingkan dengan fabrikasi yang lebih mudah dan ketangguhan yang lebih baik untuk bagian dinamis.

Perbedaan metalurgi kunci adalah kandungan karbon yang sengaja berbeda dan strategi pengerasan yang dihasilkan: 42CrMo memiliki karbon yang lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan, sementara 35CrMo memiliki tingkat karbon yang lebih rendah dan tambahan Cr–Mo yang serupa untuk menyeimbangkan ketangguhan dan fabrikasi. Karena keduanya bergantung pada Cr dan Mo sebagai elemen paduan inti, mereka biasanya dibandingkan dalam desain yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan respons perlakuan panas.

1. Standar dan Penunjukan

• Penunjukan internasional umum:
• EN/ISO: 35CrMo4 (sekitar 1.7220), 42CrMo4 (sekitar 1.7225)
• Setara AISI/ASTM: 35CrMo ≈ beberapa grade yang mirip dengan keluarga 4130; 42CrMo ≈ AISI 4140 (catatan: kesetaraan yang tepat tergantung pada spesifikasi standar lokal)
• GB (Cina): 35CrMo, 42CrMo (rentang kimia standar)
• JIS: baja Cr–Mo yang sebanding ada tetapi penamaannya berbeda (konfirmasi terhadap katalog JIS)
• Klasifikasi:
• Keduanya adalah baja paduan (baja Cr–Mo). Mereka bukan baja tahan karat atau HSLA dalam arti yang ketat; mereka digunakan sebagai baja struktural/rekayasa yang dikuatkan dan ditempa (Q&T).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi tipikal berdasarkan persentase berat untuk grade komersial yang umum ditentukan. Nilai-nilai tersebut adalah rentang representatif yang ditemukan dalam spesifikasi grade standar; komposisi akhir harus dikonfirmasi terhadap standar atau sertifikat pabrik yang tepat.

Elemen	35CrMo (rentang tipikal, wt%)	42CrMo (rentang tipikal, wt%)
C	0.32 – 0.40	0.38 – 0.45
Mn	0.50 – 0.80	0.60 – 0.90
Si	0.17 – 0.37	0.17 – 0.37
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0.90 – 1.20	0.90 – 1.20
Ni	≤ jejak	≤ jejak
Mo	0.15 – 0.30	0.15 – 0.30
V	≤ jejak	≤ jejak
Nb	≤ jejak	≤ jejak
Ti	≤ jejak	≤ jejak
B	≤ jejak	≤ jejak
N	≤ jejak	≤ jejak

Catatan: - “Jejak” berarti biasanya tidak ditambahkan secara sengaja; hanya jumlah residu yang mungkin muncul. - Perbedaan paduan yang disengaja utama adalah tingkat karbon dan mangan; Cr dan Mo serupa karena mereka memberikan kemampuan pengerasan, kekuatan, dan ketahanan temper. - Karbon yang lebih rendah pada 35CrMo adalah bagian dari strategi paduan untuk mengoptimalkan keseimbangan antara duktilitas/ketangguhan dan kemampuan pengelasan, sementara tambahan Cr–Mo mempertahankan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan. - Kromium meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan, dan ketahanan temper; juga meningkatkan ketahanan aus. - Molybdenum secara substansial meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan creep serta membantu mempertahankan ketangguhan setelah temper. - Silikon dan mangan bertindak sebagai deoksidator dan berkontribusi pada perilaku kekuatan/pengerasan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal dan respons terhadap proses termal umum:

• Seperti digulung / dinormalisasi:
• Kedua grade mengembangkan struktur ferrit–pearlite setelah dinormalisasi, dengan 42CrMo biasanya menunjukkan pearlite yang lebih halus dan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi karena karbon yang lebih besar, menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi.
• Dikuatkan dan ditempa (Q&T):
• Pendinginan dari suhu austenitisasi menghasilkan martensit (dan mungkin bainit tergantung pada laju pendinginan); temper mengurangi kerapuhan dan memberikan kombinasi kekuatan–ketangguhan yang disesuaikan.
• 42CrMo, karena karbonnya yang lebih tinggi dan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi (dengan Cr/Mo), dapat mencapai kekuatan ultimat dan kekuatan hasil yang lebih tinggi pada perlakuan Q&T yang setara, tetapi memerlukan temper yang dikendalikan dengan hati-hati untuk menghindari kerapuhan yang berlebihan.
• 35CrMo dapat mencapai kekuatan tinggi dengan ketangguhan yang sedikit lebih tinggi untuk rejim temper tertentu karena karbon yang lebih rendah.
• Proses termo-mekanis:
• Pemrosesan yang dikendalikan diikuti oleh perlakuan panas yang sesuai memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan dapat meningkatkan ketangguhan dan ketahanan kelelahan pada kedua grade. Kedua baja merespons dengan baik terhadap TMCP untuk kombinasi sifat mekanis yang lebih baik.

Implikasi praktis: parameter perlakuan panas (suhu austenitisasi, media dan tingkat pendinginan, suhu/waktu temper) harus dipilih dengan mempertimbangkan grade baja dan ketebalan bagian untuk menghindari mikrostruktur HAZ yang keras dan rapuh serta untuk memenuhi target sifat mekanis.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis bervariasi secara signifikan dengan perlakuan panas dan ukuran bagian. Tabel di bawah ini memberikan rentang sifat tipikal untuk kondisi dikuatkan dan ditempa yang umum digunakan dalam praktik rekayasa. Ini adalah rentang representatif; tentukan kondisi perlakuan panas dan pengujian yang tepat untuk pengadaan.

Sifat (rentang tipikal Q&T)	35CrMo	42CrMo
Kekuatan Tarik (MPa)	Sedang–Tinggi	Tinggi (lebih tinggi dari 35CrMo)
Kekuatan Hasil (MPa)	Sedang	Lebih Tinggi
Panjang Regangan (%, A)	Duktilitas yang lebih baik	Duktilitas lebih rendah pada kekerasan yang sama
Ketangguhan Impak (Charpy)	Umumnya lebih tinggi pada kekuatan yang sama	Umumnya lebih rendah kecuali ditempa untuk kekuatan yang lebih rendah
Kekerasan (HRC / HB)	Rentang yang dapat dicapai luas tergantung pada temper (puncak lebih rendah dari 42CrMo)	Dapat mencapai kekerasan puncak yang lebih tinggi untuk bagian yang tahan aus

Interpretasi: - 42CrMo biasanya lebih kuat dan lebih dapat dikeraskan dari keduanya karena karbonnya yang lebih tinggi dikombinasikan dengan Cr–Mo. Untuk siklus Q&T yang setara, 42CrMo biasanya akan menghasilkan kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang lebih tinggi serta kekerasan yang lebih tinggi. - 35CrMo biasanya akan menawarkan ketangguhan dan duktilitas yang lebih baik pada tingkat kekuatan yang sama atau sedikit lebih rendah karena kandungan karbonnya yang lebih rendah. - Desainer harus menentukan ketangguhan yang diperlukan (misalnya, energi impak pada suhu) dan kekerasan yang dapat diterima; jika tidak, 42CrMo yang memiliki karbon lebih tinggi dapat secara tidak sengaja menghasilkan komponen yang rapuh atau membuat pengelasan lebih sulit.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan tergantung terutama pada karbon, ekuivalen karbon (kemampuan pengerasan dari paduan), dan ketebalan.

Indeks empiris yang berguna: - Ekuivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (indeks kemampuan pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Karbon yang lebih tinggi pada 42CrMo meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap 35CrMo, menunjukkan kecenderungan yang lebih tinggi untuk membentuk mikrostruktur martensitik yang keras di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dan risiko retak dingin yang lebih besar. Pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) sering diperlukan untuk bagian yang lebih tebal. - 35CrMo, dengan karbon yang lebih rendah, umumnya lebih mudah dilas dan mungkin memerlukan pemanasan awal yang lebih sedikit dan PWHT yang lebih ringan, menjadikannya lebih disukai di mana fabrikasi pengelasan adalah rutin dan ekonomis. - Untuk kedua grade, pemilihan logam pengisi dan PWHT harus direncanakan berdasarkan ketebalan dan kondisi layanan untuk memulihkan ketangguhan dan mengurangi stres residu.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 35CrMo maupun 42CrMo bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah tipikal baja paduan rendah dan harus dicapai dengan pelapisan atau rekayasa permukaan untuk lingkungan yang korosif.
• Strategi perlindungan yang umum: galvanisasi, pengecatan, pelapisan bubuk, pelapisan (seng/nikel), pelapisan, atau menerapkan penghalang tahan korosi yang dikombinasikan dengan perlindungan katodik jika diperlukan.
• Indeks tahan karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja Cr–Mo ini, tetapi untuk referensi, rumus PREN untuk paduan tahan karat adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Gunakan PREN hanya untuk paduan tahan karat; untuk baja paduan rendah Cr–Mo, strategi perlindungan korosi harus didasarkan pada lingkungan yang diharapkan (atmosfer, semprotan garam, kimia) dan biaya.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan mesin: Karbon yang lebih tinggi dan kemampuan kekerasan yang lebih tinggi dari 42CrMo mengurangi kemampuan mesin relatif terhadap 35CrMo pada tingkat kekerasan yang sebanding. Untuk pemesinan, kedua baja biasanya ditentukan dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan; 35CrMo mungkin lebih cepat dalam pemesinan atau menghasilkan umur alat yang lebih lama dalam kondisi yang sama.
• Kemampuan pembentukan/penekukan: Karbon yang lebih rendah 35CrMo biasanya memiliki kemampuan pembentukan dingin yang lebih baik. 42CrMo dapat dibentuk saat lunak-ditempa tetapi risiko pemulihan dan retak meningkat jika kekerasan tinggi.
• Pemotongan dan penyelesaian: Keduanya dapat dipotong dan diselesaikan secara efektif ketika disuplai dalam kondisi yang benar. Perlakuan permukaan (nitriding, carburizing) umum untuk komponen yang kritis terhadap aus.
• Pengelasan dan kontrol distorsi: 35CrMo menawarkan pengelasan yang lebih mudah dan kekerasan HAZ yang lebih rendah; 42CrMo memerlukan lebih banyak kontrol termal, pemilihan pengisi, dan PWHT untuk menghindari retak dan memulihkan sifat optimum.

8. Aplikasi Tipikal

35CrMo – Penggunaan Tipikal	42CrMo – Penggunaan Tipikal
Poros tugas sedang, bagian struktural yang disambung dengan baut, roda gigi beban sedang, komponen yang ditempa yang memerlukan ketangguhan baik	Poros dan as tugas berat, roda gigi kekuatan tinggi, poros engkol, batang penghubung, pin dan baut beban tinggi
Komponen yang memerlukan pengelasan sering atau fabrikasi kompleks	Komponen di mana kekuatan lebih tinggi, ketahanan aus atau kemampuan pengerasan tinggi adalah pendorong utama
Batang silinder hidrolik, kopling di mana duktilitas/ketangguhan diprioritaskan	Mesin off-road, mesin berat, bagian drivetrain torsi tinggi

Rasional pemilihan: - Pilih 35CrMo di mana keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan diperlukan bersama dengan fabrikasi dan pengelasan yang lebih mudah. - Pilih 42CrMo di mana kekuatan tarik yang lebih tinggi, ketahanan aus, dan kemampuan pengerasan diperlukan dan di mana proses manufaktur dapat mengakomodasi kontrol pengelasan dan perlakuan panas yang lebih ketat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk batang, tempa, billet, dan pelat. 42CrMo (keluarga AISI 4140) adalah salah satu baja paduan yang paling umum disimpan di banyak pasar.
• Biaya: Perbedaan biaya material biasanya kecil; 42CrMo dapat sedikit lebih mahal karena kandungan karbon yang lebih tinggi dan kadang-kadang persyaratan pemrosesan yang lebih ketat. Namun, total biaya bagian harus mencakup perlakuan panas, pengelasan/PWHT, dan pemesinan—area di mana 42CrMo mungkin mengalami biaya pemrosesan yang lebih tinggi.
• Tip pengadaan: Tentukan grade yang tepat, kondisi perlakuan panas yang diperlukan, sifat mekanis, dan sertifikat uji pabrik untuk menghindari ketidakcocokan antara pemasok dan maksud desain.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif):

Atribut	35CrMo	42CrMo
Kemampuan pengelasan	Baik	Sedang–Baik (memerlukan lebih banyak kontrol)
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan sedang dengan ketangguhan lebih tinggi	Kekuatan lebih tinggi, duktilitas lebih rendah pada kekerasan yang sama
Biaya (material + pemrosesan)	Lebih rendah–Sedang	Sedang–Lebih tinggi

Rekomendasi: - Pilih 35CrMo jika: - Bagian memerlukan ketangguhan atau duktilitas yang lebih baik pada kekuatan tertentu. - Pengelasan sering atau fabrikasi kompleks diharapkan tanpa PWHT yang ekstensif. - Kemampuan mesin dan pembentukan yang sedikit lebih baik penting. - Anda menargetkan biaya pemrosesan keseluruhan yang lebih rendah dan QA yang lebih mudah untuk ketangguhan HAZ. - Pilih 42CrMo jika: - Kekuatan tarik yang lebih tinggi, ketahanan aus, atau kemampuan pengerasan untuk bagian tebal adalah tujuan utama. - Bagian tersebut terkena beban statis atau siklik tinggi di mana kekuatan lebih penting daripada kenyamanan pengelasan. - Manufaktur dapat mendukung pemanasan awal yang diperlukan, kontrol antar proses, dan PWHT.

Catatan akhir: Kedua grade adalah baja rekayasa yang kuat; pilihan yang benar tergantung pada kasus beban spesifik, ketangguhan yang diperlukan, kemampuan pengelasan dan perlakuan panas, serta batasan biaya. Selalu tentukan kondisi perlakuan panas yang diperlukan, target sifat mekanis, dan persyaratan pengujian/pemeriksaan dalam dokumen pengadaan untuk memastikan material yang dikirim memenuhi maksud desain.