40Cr vs 42CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

40Cr dan 42CrMo adalah dua baja karbon menengah yang banyak digunakan dalam aplikasi teknik di mana keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan biaya diperlukan. Insinyur dan tim pengadaan biasanya memilih antara keduanya untuk poros, roda gigi, pengecoran, dan bagian mesin yang mengalami stres berat; keputusan pemilihan biasanya menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan yang dapat dicapai (dan kemampuan pengerasan ukuran bagian) versus biaya material dan pemrosesan hilir (pengelasan, perlakuan panas, pemesinan).

Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa 42CrMo mengandung molibdenum sebagai tambahan paduan yang disengaja sementara 40Cr terutama adalah baja karbon menengah yang mengandung krom tanpa Mo yang disengaja. Perbedaan itu meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan tempering dari 42CrMo, mempengaruhi batas ketebalan bagian untuk pendinginan dan tempering, ketangguhan pada tingkat kekuatan yang setara, dan persyaratan pengelasan/perlakuan panas. Oleh karena itu, kedua grade ini sering dibandingkan ketika desain memerlukan pengerasan yang lebih baik atau kinerja kelelahan/ketangguhan yang lebih tinggi tanpa beralih ke baja paduan yang lebih mahal.

1. Standar dan Penunjukan

• GB/T (Cina): 40Cr, 42CrMo (penunjukan nasional umum).
• EN (Eropa): 42CrMo4 adalah ekuivalen EN umum untuk 42CrMo (sering ditentukan sebagai 1.7225); 40Cr memiliki ekuivalen kasar dalam EN dan kadang-kadang diperlakukan sebagai mirip dengan baja krom karbon menengah dalam sistem EN.
• AISI/SAE (AS): ekuivalen perkiraan — 40Cr ≈ SAE 5140; 42CrMo ≈ SAE 4140 (singkatan yang umum digunakan dalam industri).
• JIS (Jepang): 42CrMo biasanya dibandingkan dengan SCM440; 40Cr dipetakan ke baja krom karbon menengah SCr/SCM yang serupa.

Klasifikasi:
- 40Cr — baja krom karbon menengah (baja karbon paduan).
- 42CrMo — baja krom-molibdenum karbon menengah (baja paduan rendah dengan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi).

(Catatan: kesetaraan antara standar nasional adalah perkiraan — selalu verifikasi batasan kimia dan mekanik spesifikasi untuk pengadaan dan inspeksi.)

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Rentang komposisi tipikal (persentase berat %) untuk grade komersial yang umum disuplai. Nilai-nilai tersebut adalah rentang tipikal yang representatif dari spesifikasi industri; periksa sertifikat pabrik tertentu untuk komposisi yang tepat.

Elemen	40Cr (rentang tipikal)	42CrMo (rentang tipikal)
C	0.37–0.44	0.38–0.45
Mn	0.50–0.80	0.60–0.90
Si	0.17–0.37	0.10–0.40
P	≤0.035	≤0.035
S	≤0.035	≤0.035
Cr	0.80–1.10	0.90–1.30
Ni	— (jejak)	— (jejak)
Mo	— (jejak)	0.15–0.30
V, Nb, Ti, B, N	biasanya tidak disengaja dalam grade standar; hadir hanya sebagai residu atau dalam varian mikro-paduan	biasanya tidak disengaja dalam grade standar; hadir hanya sebagai residu atau dalam varian mikro-paduan

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat:
- Karbon (C): elemen penguat utama; C yang lebih tinggi meningkatkan kekerasan dan kekuatan yang dapat dicapai tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan keuletan.
- Krom (Cr): meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan, ketahanan aus, dan ketahanan tempering.
- Mangan (Mn) dan Silikon (Si): deoksidator dan penguat; Mn juga meningkatkan kemampuan pengerasan.
- Molibdenum (Mo): secara signifikan meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan tempering, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan pada suhu tinggi, dan membantu mengurangi sensitivitas pendinginan. Penambahan Mo dalam 42CrMo adalah alasan kunci mengapa ia mengeras lebih dalam dan cenderung mempertahankan ketangguhan setelah tempering dibandingkan dengan 40Cr.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal:
- Dalam kondisi digulung atau dinormalisasi, kedua baja menunjukkan mikrostruktur ferit + perlit; ukuran butir austenit sebelumnya dan laju pendinginan menentukan jarak perlit dan kekuatan.
- Setelah pendinginan (dari austenitisasi) dan tempering, kedua baja biasanya membentuk martensit yang ditemper; suhu dan waktu tempering menentukan kekerasan akhir, kekuatan, dan ketangguhan.

Perilaku perlakuan panas:
- Normalisasi: memperhalus ukuran butir dan menghasilkan ferit/perlit yang homogen; bermanfaat sebelum pengecoran atau pemesinan.
- Pendinginan & temper (Q&T): kedua grade merespons dengan baik; 42CrMo mencapai kemampuan pengerasan yang lebih tinggi, artinya bagian yang lebih tebal dapat sepenuhnya martensitik setelah pendinginan dibandingkan dengan 40Cr pada tingkat pendinginan yang sama.
- Pemrosesan termo-mekanis: keduanya dapat dipalu panas dan kemudian dinormalisasi/dipendinginkan dan ditemper untuk mendapatkan sifat yang diinginkan. Kehadiran Mo dalam 42CrMo meningkatkan ketahanan terhadap pelunakan temper dan meningkatkan ketangguhan pada suhu tempering yang tinggi.

Konsekuensi praktis: untuk penampang besar atau komponen yang memerlukan kekuatan inti/ketangguhan tinggi, 42CrMo memberikan pengerasan yang lebih konsisten dan menghindari inti yang lunak yang dapat terjadi dengan 40Cr kecuali jika pendinginan atau paduan khusus digunakan.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas, ukuran bagian, dan tempering. Nilai-nilai di bawah ini adalah rentang tipikal untuk kondisi yang dipendinginkan dan ditemper yang umum digunakan dalam praktik teknik — anggap ini sebagai contoh representatif.

Sifat (Q&T tipikal)	40Cr (rentang representatif)	42CrMo (rentang representatif)
Kekuatan tarik (MPa)	700–1000	900–1150
Kekuatan luluh (MPa)	500–800	700–1000
Peregangan (%L0)	10–18	10–15
Ketangguhan impak (Charpy V, J)	20–60 (tergantung pada tempering & bagian)	30–80 (umumnya ketangguhan lebih tinggi pada kekerasan yang sebanding)
Kekerasan (HRC atau HB)	HRC ~20–50 (HB ~180–520 tergantung pada kondisi)	HRC ~22–55 (HB ~200–560 tergantung pada kondisi)

Interpretasi:
- 42CrMo biasanya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi setelah Q&T untuk parameter perlakuan panas yang sama, dan mempertahankan ketangguhan yang lebih baik pada kekerasan yang setara karena Mo meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan tempering.
- 40Cr dapat ditemper hingga kekerasan yang sebanding pada bagian tipis tetapi akan menunjukkan pengerasan yang berkurang dan mungkin ketangguhan inti yang lebih rendah pada penampang besar.
- Keuletan (peregangan) sebanding pada tingkat tempering yang serupa; namun, untuk kekuatan nominal tertentu, 42CrMo sering memungkinkan kombinasi yang lebih tangguh.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan dipengaruhi oleh kandungan karbon, karbon ekuivalen, dan kemampuan pengerasan. Gunakan indeks empiris untuk menilai kebutuhan perlakuan panas sebelum dan setelah pengelasan.

Rumus kemampuan pengelasan umum (penggunaan kualitatif):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi:
- Kedua grade memiliki karbon menengah dan paduan sedang, jadi tidak ada yang sangat dapat dilas tanpa kontrol. Kehadiran Mo dalam 42CrMo meningkatkan indeks $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap 40Cr, menunjukkan kerentanan yang lebih besar terhadap HAZ martensitik yang keras dan rapuh serta risiko lebih tinggi dari retak dingin yang diinduksi hidrogen jika kontrol pengelasan tidak diterapkan.
- Panduan pengelasan praktis: pemanasan awal untuk mengurangi laju pendinginan, kontrol input panas, gunakan bahan habis pakai rendah hidrogen, dan lakukan perlakuan panas setelah pengelasan (PWHT, penghilang stres atau tempering) pada ketebalan yang lebih tinggi atau ketika retensi sifat mekanik sangat penting. 42CrMo biasanya memerlukan praktik pemanasan awal/PWHT yang lebih hati-hati dibandingkan 40Cr untuk ketebalan yang sebanding karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 40Cr maupun 42CrMo tidak tahan karat; keduanya rentan terhadap korosi umum dan lokal di lingkungan yang agresif. Strategi perlindungan standar diterapkan: pengecatan, pelumasan, pelapisan, galvanisasi (di mana sesuai), atau pelapisan konversi.
• Untuk lingkungan yang memerlukan ketahanan korosi yang tinggi atau ketahanan terhadap pitting, keluarga stainless harus dipertimbangkan — PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk 40Cr/42CrMo. Contoh rumus PREN untuk paduan stainless:
  $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Ketika menentukan perlakuan permukaan untuk 42CrMo, pertimbangkan bahwa molibdenum dapat mempengaruhi adhesi pelapisan dan perilaku pelapisan konversi; pembersihan permukaan dan perlakuan awal sangat penting sebelum pelapisan atau pengecatan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan pemesinan: dalam kondisi yang dinormalisasi atau diredakan, kedua grade dapat diproses dengan cukup baik. 40Cr sering kali lebih mudah diproses karena kemampuan pengerasan yang sedikit lebih rendah dan ketahanan tempering yang lebih rendah. 42CrMo dalam kondisi kekuatan lebih tinggi (Q&T) lebih keras dan lebih tangguh, yang mengarah pada peningkatan keausan alat dan pemesinan yang lebih menantang.
• Kemampuan pembentukan dan pembentukan dingin: saat diterima (diredakan/dinormalisasi), keduanya dapat dibentuk dan dibengkokkan, tetapi kandungan karbon dan paduan yang lebih tinggi membatasi penarikan dalam dan pembentukan dingin yang parah dibandingkan dengan baja karbon rendah. Pemanasan awal untuk membengkokkan bagian yang lebih tebal kadang-kadang disarankan.
• Penggilingan dan penyelesaian: ketika dikeraskan, keduanya memerlukan praktik penggilingan berkualitas tinggi; 42CrMo mungkin memerlukan abrasif yang lebih agresif karena ketangguhan dan kekerasan yang lebih tinggi.

8. Aplikasi Tipikal

40Cr — Penggunaan Tipikal	42CrMo — Penggunaan Tipikal
Poros otomotif, baut, roda gigi (bagian sedang), kopling, poros engkol (di mana sesuai), pengecoran umum	Poros kekuatan tinggi, roda gigi berat, komponen hidrolik, pengikat stres tinggi, pengecoran bagian besar, peralatan ladang minyak, komponen mesin berat
Bagian mesin di mana kontrol biaya penting dan ukuran bagian sedang	Komponen yang memerlukan pengerasan dalam yang lebih dalam, kekuatan kelelahan yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik pada kekerasan yang sebanding

Rasional pemilihan:
- Pilih 40Cr untuk bagian yang sensitif terhadap biaya di mana bagian sedang dan Q&T ditambah perlakuan permukaan memenuhi target kinerja.
- Pilih 42CrMo ketika bagian memiliki penampang yang lebih besar, memerlukan kekuatan inti yang lebih tinggi atau umur kelelahan, atau di mana ketangguhan yang lebih baik pada kekuatan tinggi sangat penting.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 42CrMo biasanya lebih mahal daripada 40Cr karena penambahan molibdenum dan pemrosesan untuk konsistensi kimia Mo. Selisih biaya bervariasi dengan harga pasar untuk Mo dan pembuatan baja.
• Ketersediaan: kedua grade tersedia secara luas dalam bentuk batang, pelat, pengecoran, dan bentuk tarik dingin dari pabrik baja dan distributor utama. 42CrMo mungkin lebih umum ditentukan di Eropa di bawah penunjukan EN (42CrMo4), sementara 40Cr umum di daerah yang menggunakan penunjukan GB/AISI.
• Waktu pengiriman: sebanding untuk ukuran stok standar; varian kimia khusus atau toleransi kimia yang ketat dapat meningkatkan waktu pengiriman.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif):

Atribut	40Cr	42CrMo
Kemampuan pengelasan	Lebih baik (tetapi masih memerlukan kontrol untuk tingkat C)	Lebih menuntut (risiko pemanasan awal/PWHT lebih tinggi)
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Baik untuk bagian sedang	Unggul untuk pengerasan dan ketangguhan pada kekuatan tinggi
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Kesimpulan:
- Pilih 40Cr jika:
- Anda memerlukan baja krom karbon menengah yang hemat biaya untuk bagian dengan penampang sedang.
- Ukuran bagian kecil hingga sedang dan pengerasan penuh tidak diperlukan.
- Anggaran pengelasan, pemesinan, dan perlakuan panas terbatas dan Anda dapat menerima kemampuan pengerasan yang moderat.

• Pilih 42CrMo jika:
• Komponen memerlukan pengerasan dalam (penampang besar) atau kekuatan ketangguhan yang lebih tinggi untuk kekuatan tertentu.
• Pengerasan, ketahanan tempering yang lebih baik, dan ketangguhan kekuatan tinggi yang lebih baik adalah prioritas desain.
• Anda siap menerapkan prosedur pengelasan yang lebih ketat, pemanasan awal, dan PWHT sesuai kebutuhan dan menerima biaya material yang lebih tinggi.

Catatan praktis akhir: selalu tentukan kondisi perlakuan panas yang diperlukan, target sifat mekanik, dan setiap NDT atau pemetaan kekerasan yang diperlukan untuk penerimaan. Ketika ragu untuk komponen yang berputar kritis atau sensitif terhadap kelelahan, lakukan percobaan ukuran bagian atau konsultasikan pabrik untuk data kekerasan vs. kedalaman untuk media pendinginan yang diusulkan; untuk pengelasan, hitung ekuivalen karbon dan ikuti prosedur pengelasan yang memenuhi syarat yang mencakup rekomendasi pemanasan awal dan PWHT.