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

Pengenalan

35CrMo dan 42CrMo adalah dua baja paduan kromium–molybdenum yang sangat terkait dan umum digunakan untuk komponen struktural dan mekanis di mana keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan kemampuan pengerasan diperlukan. Insinyur dan tim pengadaan sering kali menghadapi pilihan antara keduanya saat menentukan poros, roda gigi, pengikat, atau komponen tekanan menengah — keputusan yang memperdagangkan kekuatan dan ketahanan aus melawan duktilitas, kinerja dampak, dan kemampuan manufaktur.

Pembedaan utama antara kelas ini adalah tingkat karbon nominal mereka dan efek yang dihasilkan pada kekuatan dan ketahanan temper pada suhu operasi yang tinggi. Karena kromium dan molybdenum hadir di kedua kelas untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan temper, perilaku mereka selama pendinginan dan tempering serta kesesuaian mereka untuk aplikasi pada suhu tinggi yang moderat adalah alasan umum mengapa kedua paduan ini dibandingkan dalam desain dan manufaktur.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan ekuivalen umum:
• GB/T (Cina): 35CrMo, 42CrMo
• EN: sering dibandingkan dengan baja seri EN 41xx (misalnya, 35CrMo ≈ 1.7035/34CrMo; 42CrMo ≈ 1.7225/42CrMo4, meskipun ekuivalen yang tepat tergantung pada spesifikasi)
• AISI/SAE: ekuivalen perkiraan adalah 35CrMo ≈ 4135, 42CrMo ≈ 4140 (catatan: ekuivalensi langsung tergantung pada bentuk produk dan spesifikasi)
• JIS: kelas serupa ada dalam keluarga JIS G4105/G4106
• Klasifikasi:
• Keduanya adalah baja struktural paduan rendah (baja karbon paduan) — bukan stainless, bukan HSLA dalam arti modern; digunakan sebagai baja paduan yang dapat dipanaskan untuk penempaan, batang, dan bagian mesin.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: rentang komposisi tipikal (wt %). Ini adalah rentang representatif yang ditemukan dalam spesifikasi komersial umum; selalu konsultasikan sertifikat pabrik atau standar spesifik untuk pengadaan.

Elemen	35CrMo (rentang tipikal)	42CrMo (rentang tipikal)
C	0.30 – 0.38	0.38 – 0.45
Mn	0.50 – 0.80	0.60 – 1.00
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.40
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0.80 – 1.10	0.90 – 1.20
Ni	≤ 0.30 (jejak)	≤ 0.30 (jejak)
Mo	0.15 – 0.30	0.15 – 0.30
V	≤ 0.05 (jejak)	≤ 0.05 (jejak)
Nb, Ti, B	— (jejak mikro-paduan mungkin)	— (jejak mikro-paduan mungkin)
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Catatan: - Pembedaan komposisi kunci adalah karbon yang lebih tinggi pada 42CrMo, yang meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan, dan ketahanan aus tetapi cenderung mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan jika tidak dipanaskan sebelumnya dan diperlakukan panas setelah pengelasan dengan benar. - Cr dan Mo adalah elemen paduan utama di sini: kromium meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan, dan ketahanan korosi sedikit; molybdenum meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan temper (yaitu, mempertahankan kekuatan pada suhu temper yang tinggi). - Elemen mikro-paduan jejak (V, Nb, Ti) mungkin ada dalam beberapa varian komersial untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan tanpa peningkatan besar dalam karbon.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Dalam kondisi yang dinormalisasi atau dinormalisasi, kedua baja biasanya terdiri dari ferrit + perlit, dengan fraksi perlit meningkat seiring dengan karbon. - Setelah pendinginan dari suhu austenitisasi, struktur martensitik (atau bainitik + martensitik) berkembang, dengan kandungan austenit yang tersisa tergantung pada laju pendinginan dan komposisi.

Efek perlakuan panas: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir, menghasilkan mikrostruktur ferrit–perlit yang halus. 35CrMo biasanya menghasilkan mikrostruktur yang sedikit lebih halus dan lebih duktil pada laju pendinginan yang sama karena karbon yang lebih rendah. - Pendinginan & temper: keduanya merespons dengan baik. 42CrMo, dengan karbon yang lebih tinggi, mencapai kekerasan dan kekuatan tarik yang lebih tinggi setelah pengerasan; juga memerlukan temper yang hati-hati untuk menghindari kerapuhan yang berlebihan. Kandungan molybdenum membantu kedua kelas menahan pelunakan pada suhu temper yang lebih tinggi (ketahanan temper yang lebih baik). - Pemrosesan termo-mekanis: penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat menghasilkan mikrostruktur bainitik atau martensitik halus dengan ketangguhan yang lebih baik; mikro-paduan dan suhu penyelesaian penting untuk mengontrol pertumbuhan butir. - Implikasi praktis: untuk rejim pendinginan dan temper yang diberikan, 42CrMo mencapai kekuatan yang lebih tinggi tetapi akan memerlukan jadwal temper yang berbeda untuk menyeimbangkan ketangguhan, terutama di mana suhu temper atau suhu operasi yang tinggi dihadapi.

4. Sifat Mekanis

Tabel: rentang sifat mekanis tipikal. Rentang ini sangat tergantung pada bentuk produk dan perlakuan panas; nilai yang ditunjukkan adalah representatif untuk kondisi dinormalisasi dan pendinginan & temper (Q&T) yang digunakan dalam praktik rekayasa.

Sifat	35CrMo (dinormalisasi)	35CrMo (Q&T)	42CrMo (dinormalisasi)	42CrMo (Q&T)
Kekuatan tarik (MPa)	550 – 750	760 – 1000	600 – 800	900 – 1100
Kekuatan luluh (0.2% Rp0.2, MPa)	350 – 550	600 – 900	400 – 600	700 – 950
Peregangan (%)	16 – 22	10 – 16	14 – 20	8 – 14
Ketangguhan dampak (Charpy V-notch, J)	30 – 80 (norm)	20 – 60 (Q&T, tergantung pada temper)	25 – 70 (norm)	15 – 50 (Q&T, tergantung pada temper)
Kekerasan (HRC / HB)	20 – 26 HRC (rentang Q&T)	26 – 40 HRC	22 – 28 HRC	28 – 45 HRC

Interpretasi: - 42CrMo umumnya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi setelah pendinginan dan temper karena kandungan karbon yang lebih tinggi; juga mencapai kekerasan yang lebih tinggi untuk ketahanan aus. - 35CrMo cenderung menawarkan duktilitas yang lebih tinggi dan kinerja dampak yang sedikit lebih baik ketika di-temper pada tingkat kekuatan yang sebanding, menjadikannya lebih disukai di mana ketangguhan dan ketahanan kelelahan menjadi prioritas. - Sifat mekanis aktual adalah fungsi dari parameter perlakuan panas (suhu austenitisasi, media pendinginan, dan suhu/waktu temper) dan geometri produk.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan dipengaruhi terutama oleh ekuivalen karbon dan kandungan paduan. Dua prediktor yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan $P_{cm}$ yang lebih konservatif:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 42CrMo, dengan kandungan karbon yang lebih tinggi, memiliki ekuivalen karbon yang lebih tinggi daripada 35CrMo untuk tingkat Cr–Mo yang identik; ini berarti risiko yang lebih tinggi untuk zona yang terpengaruh panas (HAZ) yang keras dan rapuh serta retak dingin jika dilas tanpa pemanasan awal dan suhu antar yang terkontrol. - Kedua kelas mengandung Cr dan Mo yang meningkatkan kemampuan pengerasan; prosedur pengelasan biasanya memerlukan pemanasan awal, bahan habis pakai rendah hidrogen, dan perlakuan panas setelah pengelasan (PWHT) ketika kekuatan atau aplikasi kritis terlibat. - 35CrMo lebih mudah dilas dan sering kali memerlukan PWHT yang kurang agresif daripada 42CrMo untuk kinerja komponen yang setara, tetapi praktik pengelasan yang tepat tetap penting untuk keduanya.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 35CrMo maupun 42CrMo bukanlah baja tahan karat; kandungan kromium mereka tidak cukup untuk membentuk film pasif yang kontinu untuk ketahanan korosi umum.
• Strategi perlindungan yang umum:
• Pelapis penghalang (sistem cat, pelapis bubuk)
• Galvanisasi (celup panas) di mana sesuai — catatan bahwa galvanisasi dapat mempengaruhi perlakuan panas dan target sifat pada bagian kecil dan memerlukan perlakuan setelah galvanisasi jika kekerasan/presisi sangat penting
• Cladding atau penggunaan overlay tahan korosi di mana korosi lokal menjadi perhatian
• Rumus PREN untuk peringkat paduan stainless tidak berlaku untuk baja paduan karbon ini, karena tingkat kromium dan molybdenum mereka terlalu rendah untuk mengandalkan pasivitas:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Gunakan kelas tahan korosi atau langkah perlindungan ketika lingkungan layanan bersifat korosif; baik 35CrMo maupun 42CrMo tidak boleh dipilih hanya untuk ketahanan korosi.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan mesin: 35CrMo yang lebih rendah karbon umumnya lebih mudah diproses daripada 42CrMo ketika dalam kondisi dinormalisasi yang sebanding karena kekerasan yang lebih rendah dan gaya pemotongan yang lebih rendah. Setelah pendinginan & temper, kedua kelas menjadi lebih sulit; 42CrMo pada tingkat kekerasan yang lebih tinggi meningkatkan keausan alat.
• Kemampuan pembentukan: 35CrMo menunjukkan kemampuan pembentukan dingin dan kinerja pembengkokan yang lebih baik daripada 42CrMo dalam keadaan yang dinormalisasi atau dinormalisasi. Penarikan dalam sangat dibatasi oleh kandungan karbon pada keduanya; pembentukan biasanya harus dilakukan dalam kondisi lunak-dinormalisasi.
• Penggilingan, penyelesaian permukaan, dan pemotongan keras adalah umum untuk keduanya ketika dikeraskan; 42CrMo memerlukan alat yang lebih kuat untuk pemesinan keras.
• Distorsi perlakuan panas dan tegangan sisa: keduanya memerlukan perhatian terhadap ketebalan bagian, media pendinginan, dan desain fixture untuk mengontrol distorsi.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: penggunaan representatif

35CrMo	42CrMo
Poros (di mana ketangguhan dan ketahanan kelelahan penting)	Poros dan poros yang memerlukan kekuatan lebih tinggi
Roda gigi dalam aplikasi beban sedang	Roda gigi untuk aplikasi stres lebih tinggi dan bagian transmisi daya
Baut dan pengikat yang memerlukan ketangguhan baik	Pengikat dan stud berkekuatan tinggi
Batang penghubung, poros engkol untuk layanan tugas menengah	Komponen mesin tugas berat, silinder hidrolik, mandrel
Bagian yang ditempa yang memerlukan duktilitas baik	Bagian yang rentan aus yang memerlukan kekerasan lebih tinggi setelah Q&T

Alasan pemilihan: - Pilih 42CrMo di mana kekuatan statis, kekerasan, dan ketahanan aus yang lebih tinggi diperlukan dan di mana prosedur perlakuan panas dan pengelasan yang terkontrol tersedia. - Pilih 35CrMo di mana duktilitas yang lebih baik, ketahanan dampak, atau kinerja kelelahan pada tingkat temper yang sebanding diperlukan, atau di mana kemudahan fabrikasi menjadi prioritas.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Harga bervariasi dengan kondisi pasar, bentuk produk (batang, penempaan, pelat), dan kondisi akhir. Secara umum, perbedaan biaya bahan baku antara 35CrMo dan 42CrMo adalah moderat karena penambahan paduan utama (Cr, Mo) serupa; 42CrMo mungkin sedikit lebih mahal karena pemrosesan kelas karbon yang lebih tinggi dan kontrol yang lebih ketat yang diperlukan untuk aplikasi kritis pengelasan.
• Ketersediaan: Kedua kelas diproduksi secara luas dan tersedia dalam bentuk batang, penempaan, dan baja bulat. 42CrMo (ekuivalen 4140) memiliki ketersediaan yang sangat luas dalam rantai pasokan global, karena merupakan paduan rekayasa yang sangat umum.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: perbandingan cepat

Atribut	35CrMo	42CrMo
Kemampuan pengelasan	Lebih baik (CE lebih rendah)	Lebih menuntut (CE lebih tinggi)
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Ketangguhan lebih baik pada kekuatan sebanding	Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi dapat dicapai
Biaya (relatif)	Sedikit lebih rendah atau serupa	Sedikit lebih tinggi dalam pengendalian pemrosesan/pengelasan

Rekomendasi: - Pilih 35CrMo jika Anda memerlukan kombinasi seimbang antara ketangguhan, duktilitas, dan kekuatan yang wajar dengan fabrikasi yang lebih mudah dan persyaratan pengelasan/PWHT yang kurang ketat. Ini sangat cocok untuk komponen di mana ketahanan dampak, umur kelelahan, atau perilaku duktil menjadi prioritas. - Pilih 42CrMo jika desain Anda memerlukan kekuatan statis yang lebih tinggi, kemampuan pengerasan yang lebih besar, dan ketahanan aus yang superior setelah pendinginan dan temper. Ini cocok untuk poros yang sangat terbebani, roda gigi, dan komponen yang dikenakan pada stres mekanis yang lebih tinggi atau di mana ketahanan temper yang lebih tinggi pada suhu tinggi yang moderat diperlukan — dengan syarat kontrol pengelasan dan perlakuan panas diterapkan.

Catatan akhir: Baik 35CrMo maupun 42CrMo tidak dimaksudkan untuk layanan suhu tinggi yang berkelanjutan (creep) tanpa pemilihan material yang rinci. Untuk aplikasi suhu tinggi atau kritis creep, pertimbangkan paduan Cr–Mo–V atau stainless yang dirancang khusus untuk tahan creep dan konsultasikan data creep/tempering yang spesifik untuk suhu dan waktu layanan yang dimaksud. Selalu verifikasi sertifikat pabrik dan lakukan pengujian kualifikasi perlakuan panas (tarik, dampak, kekerasan) untuk komponen kritis.