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

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali harus memilih antara baja kromium-molibdenum yang saling terkait untuk komponen yang ditempa, poros, roda gigi, dan bagian struktural. Dilema pemilihan biasanya berputar di sekitar keseimbangan antara kekuatan dan kinerja kelelahan yang dapat dicapai dengan duktilitas, kemampuan las, dan biaya produksi secara keseluruhan. Dalam banyak spesifikasi, pilihan biasanya jatuh pada dua kelas yang mirip: 42CrMo dan 35CrMo.

Perbedaan praktis antara kedua kelas ini terutama dipengaruhi oleh kandungan karbon mereka dan perubahan yang dihasilkan dalam kekuatan dan kemampuan pengerasan. Karena tingkat kromium dan molibdenum serupa, kelas dengan karbon lebih tinggi mencapai kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi setelah pendinginan dan temper, sementara kelas dengan karbon lebih rendah mempertahankan ketangguhan dan kemampuan las yang relatif lebih baik untuk target perlakuan panas tertentu. Pertukaran ini menjadikan pasangan ini sebagai perbandingan umum dalam keputusan desain dan manufaktur.

1. Standar dan Penunjukan

• 42CrMo
• Ekivalen/standar umum: EN 42CrMo4 (1.7225), AISI/ASTM yang biasanya dirujuk sebagai keluarga 4140 untuk komposisi dan penggunaan yang serupa. Penunjukan GB/T di China: 42CrMo.
• Klasifikasi: Baja paduan sedang yang dikuatkan dan ditempa (baja paduan).
• 35CrMo
• Ekivalen/standar umum: Ditemukan dalam beberapa standar nasional sebagai 35CrMo atau 35CrMo4 (penamaan EN bervariasi); digunakan dalam spesifikasi GB/T. Kurang umum digunakan sebagai analog AISI langsung tetapi sebanding dengan baja Cr–Mo karbon lebih rendah dalam seri 4100.
• Klasifikasi: Baja paduan sedang yang dikuatkan dan ditempa (baja paduan).

Kedua kelas adalah baja paduan (bukan stainless, bukan baja alat). Mereka biasanya disuplai dalam bentuk batang, tempa, dan pelat untuk perlakuan panas selanjutnya.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini mencantumkan rentang komposisi tipikal yang digunakan untuk perbandingan desain dan spesifikasi. Komposisi yang disertifikasi yang sebenarnya harus diambil dari sertifikat uji pabrik untuk setiap lot pembelian.

Elemen	42CrMo (rentang tipikal)	35CrMo (rentang tipikal)
C (karbon)	0.38 – 0.45 wt%	0.32 – 0.40 wt%
Mn (mangan)	0.50 – 0.90 wt%	0.50 – 0.80 wt%
Si (silikon)	0.17 – 0.37 wt%	0.17 – 0.37 wt%
P (fosfor)	≤ 0.025 wt% (maks)	≤ 0.025 wt% (maks)
S (sulfur)	≤ 0.025 wt% (maks)	≤ 0.025 wt% (maks)
Cr (kromium)	0.90 – 1.20 wt%	0.80 – 1.10 wt%
Mo (molibdenum)	0.15 – 0.30 wt%	0.15 – 0.30 wt%
Ni (nikel)	≤ 0.30 wt% (jejak)	≤ 0.30 wt% (jejak)
V, Nb, Ti, B, N	biasanya tidak ditentukan / hanya jejak	biasanya tidak ditentukan / hanya jejak

Bagaimana strategi paduan bekerja - Karbon adalah variabel utama yang mengontrol fraksi martensit setelah pendinginan dan respons temper; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kekerasan yang dapat dicapai tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan las. - Kromium dan molibdenum berkontribusi pada kemampuan pengerasan (memperdalam bagian yang dapat dikeraskan), ketahanan tempering, dan kekuatan pada suhu. Karena kedua kelas memiliki Cr dan Mo yang serupa, kemampuan pengerasan mereka sebanding ketika karbon sama, tetapi karbon yang lebih tinggi dalam 42CrMo meningkatkan kekuatan akhir. - Mangan dan silikon mendukung kemampuan pengerasan dan deoksidasi; P dan S yang rendah dikendalikan untuk menjaga ketangguhan dan kinerja kelelahan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur dan respons tipikal di bawah rute pemrosesan umum:

• Seperti digulung/dinormalisasi
• Kedua kelas ketika dinormalisasi menunjukkan matriks ferrite-pearlite dengan karbida halus. 42CrMo, dengan karbon lebih tinggi, akan memiliki fraksi pearlite yang sedikit lebih tinggi dan dispersi karbida yang lebih halus setelah siklus termal yang sesuai.
• Pemanasan dan tempering (Q&T)
• Pemanasan: Kedua kelas akan membentuk martensit dalam bagian yang cukup tebal mengingat kemampuan pengerasan Cr–Mo. 42CrMo akan menghasilkan struktur martensitik yang lebih keras dan lebih kuat karena karbon yang lebih tinggi.
• Tempering: Tempering mengurangi kerapuhan dan menyesuaikan ketangguhan. Karena 42CrMo dimulai dengan kekerasan yang lebih tinggi, jadwal tempering harus disesuaikan untuk mencapai keseimbangan kekuatan-ketangguhan yang sama seperti 35CrMo.
• Normalisasi + tempering / Pemrosesan termo-mekanis
• Perlakuan termo-mekanis yang memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya meningkatkan ketangguhan dan ketahanan kelelahan pada kedua kelas. Perilaku relatifnya serupa; kandungan karbon yang lebih tinggi dalam 42CrMo memberikan penekanan lebih besar pada pendinginan yang terkontrol dan tempering untuk menghindari embrittlement temper atau stres residual yang berlebihan.

Poin penting - 42CrMo mencapai kekuatan dan kekerasan maksimum yang lebih tinggi setelah siklus Q&T yang setara. - 35CrMo menawarkan jendela tempering yang sedikit lebih toleran untuk ketangguhan dan kinerja yang lebih baik pada penampang yang lebih tebal di mana pengerasan menyeluruh lebih menantang.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis yang tepat sangat bergantung pada bentuk produk dan perlakuan panas. Tabel di bawah ini memberikan perbandingan kualitatif dan tren sifat tipikal daripada nilai sertifikat absolut. Gunakan sertifikat pabrik dan kondisi HT yang ditentukan secara kontraktual untuk pengadaan.

Sifat	42CrMo	35CrMo
Kekuatan Tarik (tipikal)	Potensi kekuatan tarik maksimum yang lebih tinggi setelah Q&T (lebih kuat dalam kondisi HT yang sama)	Potensi kekuatan tarik maksimum yang sedikit lebih rendah untuk HT yang diberikan
Kekuatan Luluh	Kekuatan luluh yang lebih tinggi pada target tempering/kekerasan yang sama	Kekuatan luluh yang lebih rendah, margin duktilitas yang lebih tinggi
Peregangan / Duktilitas	Peregangan yang lebih rendah pada tingkat kekuatan tinggi (pertukaran dengan kekuatan)	Peregangan dan duktilitas yang lebih baik pada tempering yang sebanding
Ketangguhan Impak	Dapat sangat baik jika ditempa dengan benar; lebih sensitif terhadap perlakuan panas dan ukuran bagian	Umumnya kurang sensitif; dapat memberikan rasio ketangguhan terhadap kekuatan yang lebih baik pada kekerasan yang lebih rendah
Kekerasan	Kekerasan yang dapat dicapai lebih tinggi setelah pendinginan (memerlukan lebih banyak tempering untuk ketangguhan)	Kekerasan puncak yang dapat dicapai lebih rendah untuk jadwal HT yang sama

Penjelasan - Karena karbon meningkatkan awal martensit dan kandungan karbon martensit, C yang lebih tinggi dalam 42CrMo menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi untuk pendinginan yang diberikan. Kenaikan kekuatan itu datang dengan biaya ketangguhan dan duktilitas yang lebih rendah kecuali tempering digunakan untuk menukar kekerasan dengan ketangguhan. - Untuk komponen yang kritis terhadap kelelahan, desainer sering kali menentukan tempering yang terkontrol untuk mencapai keseimbangan yang diperlukan, dan memilih kelas yang meminimalkan sensitivitas terhadap ukuran bagian dan input panas.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las adalah fungsi dari ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan; penilaian praktis biasanya menggunakan rumus ekuivalen karbon. Dua indeks yang sering dikutip:

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

• Indeks 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 untuk 42CrMo vs 35CrMo - 42CrMo (karbon lebih tinggi) akan memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih tinggi daripada 35CrMo dengan semua hal lain sama, yang berarti risiko retak dingin yang lebih besar dan kebutuhan yang lebih besar untuk pemanasan awal, kontrol antar proses, bahan habis pakai rendah hidrogen, atau perlakuan panas pasca-las (PWHT). - Karbon yang lebih rendah pada 35CrMo membuatnya lebih mudah dilas dalam praktik umum dan mengurangi tingkat keparahan pemanasan awal/PWHT untuk ketebalan yang sama. - Kedua kelas dapat dilas dengan prosedur standar untuk baja Cr–Mo ketika pemanasan awal dan PWHT yang sesuai diterapkan. Untuk bagian kritis atau tebal, lakukan kualifikasi prosedur pengelasan (PQR) dan sertakan PWHT untuk mengurangi hidrogen dan menetralkan HAZ.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 42CrMo maupun 35CrMo bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi terbatas pada baja karbon paduan rendah. Kriteria pemilihan biasanya bergantung pada pelapisan dan penyelesaian daripada paduan.
• Strategi perlindungan umum: pengecatan, perlindungan katodik, galvanisasi celup panas (ketika geometri memungkinkan), atau pelapisan jika sesuai.
• PREN tidak berlaku untuk baja paduan rendah non-stainless ini. Sebagai konteks, rumus PREN untuk penilaian stainless adalah: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Tetapi indeks ini tidak relevan untuk baja struktural kromium-molibdenum biasa karena kandungan kromium mereka terlalu rendah untuk memberikan perilaku stainless.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan Pemesinan
• 35CrMo biasanya lebih mudah diproses daripada 42CrMo pada tingkat kekerasan yang sama karena karbon yang lebih rendah dan kecenderungan yang berkurang untuk mengeras saat bekerja. Umur alat dan gaya potong akan lebih menguntungkan untuk 35CrMo.
• Ketika bagian disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan yang lebih lembut, kemudahan pemesinan meningkat untuk keduanya; kondisi yang dikeraskan akan memerlukan alat karbida.
• Kemudahan Pembentukan dan Pembengkokan
• Karbon yang lebih rendah dalam 35CrMo menghasilkan kemudahan pembentukan dingin yang lebih baik. Memerlukan pengurangan springback yang lebih sedikit adalah hal yang biasa saat membengkokkan atau membentuk.
• 42CrMo memerlukan kontrol yang lebih ketat terhadap jari-jari pembengkokan dan mungkin memerlukan perlakuan panas perantara untuk deformasi plastik yang signifikan.
• Penyelesaian Permukaan dan Penggilingan
• Kedua baja dapat digiling dan diselesaikan hingga kondisi permukaan berkualitas tinggi; kekerasan yang lebih tinggi dalam 42CrMo meningkatkan abrasivitas pada roda penggilingan dan alat.

8. Aplikasi Tipikal

42CrMo (Cr–Mo karbon lebih tinggi)	35CrMo (Cr–Mo karbon lebih rendah)
Poros, poros kekuatan tinggi, poros engkol, roda gigi yang sangat terbebani, rumah bantalan di mana kekuatan dan ketahanan aus yang lebih tinggi diperlukan setelah Q&T	Poros, tempa struktural, baut & pengikat kekuatan tinggi, komponen yang memerlukan duktilitas lebih tinggi atau pengelasan yang lebih mudah
Bagian berputar dengan stres tinggi dan komponen dengan bagian kritis terhadap kelelahan yang dapat diperlakukan panas dengan andal	Bagian yang memerlukan fabrikasi yang lebih mudah atau operasi penyambungan yang lebih sering; komponen struktural dengan kekuatan menengah
Komponen alat mesin di mana kekerasan dan ketahanan aus bermanfaat	Komponen di mana ketangguhan, duktilitas, dan efisiensi biaya diprioritaskan

Alasan pemilihan - Pilih 42CrMo di mana kekuatan pasca-HT yang lebih tinggi dan ketahanan aus diperlukan dan pengelasan atau pembentukan kompleks diminimalkan atau dapat dikendalikan dengan prosedur pengelasan yang kuat. - Pilih 35CrMo di mana pembentukan, pengelasan, atau rasio ketangguhan terhadap kekuatan yang lebih baik lebih penting dan di mana kekuatan puncak yang sedikit lebih rendah dapat diterima.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Kedua kelas bersaing dalam biaya; 42CrMo dapat sedikit lebih mahal karena pemrosesan karbon yang sedikit lebih tinggi dan permintaan untuk aplikasi kekuatan yang lebih tinggi. Perbedaan harga biasanya kecil dibandingkan dengan biaya perlakuan panas dan pemrosesan pasca.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Keduanya tersedia secara luas dalam bentuk batang, tempa, dan tabung tanpa sambungan di pasar yang menyuplai baja Cr–Mo. 42CrMo (atau setara AISI 4140) cenderung lebih umum tersedia secara global karena penggunaannya yang luas; 35CrMo mungkin lebih regional tergantung pada standardisasi. Selalu konfirmasi waktu pengiriman pabrik, sertifikasi, dan jejak batch.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Kriteria	42CrMo	35CrMo
Kemampuan Las	Sedang — memerlukan pemanasan awal/PWHT yang lebih ketat pada ketebalan	Lebih baik — persyaratan pemanasan awal/PWHT yang lebih rendah
Keseimbangan Kekuatan – Ketangguhan	Kekuatan maksimum yang lebih tinggi; memerlukan tempering yang hati-hati untuk mempertahankan ketangguhan	Margin ketangguhan yang lebih baik untuk pemrosesan serupa; kekuatan puncak sedikit lebih rendah
Biaya (material saja)	Sebanding; sedikit lebih tinggi di beberapa pasar	Sebanding; sering kali sedikit lebih rendah
Kemudahan Pemesinan / Kemudahan Pembentukan	Kurang menguntungkan pada kekerasan yang sama	Lebih menguntungkan pada kekerasan yang sama

Rekomendasi - Pilih 42CrMo jika penggerak desain utama adalah kekuatan pasca-perlakuan panas yang lebih tinggi, ketahanan aus, atau ketika penampang yang lebih kecil memerlukan kekuatan maksimum yang diizinkan untuk komponen berputar yang kritis terhadap kelelahan dan ketika Anda dapat mengendalikan prosedur pengelasan dan perlakuan panas. - Pilih 35CrMo jika desain lebih mengutamakan duktilitas yang lebih baik, pengelasan dan fabrikasi yang lebih mudah, risiko retak yang dibantu hidrogen yang lebih rendah, atau produksi yang sensitif terhadap biaya di mana kekuatan puncak yang sedikit lebih rendah dapat diterima.

Catatan akhir Selalu tentukan kondisi perlakuan panas yang tepat, batas kekerasan, dan pengujian penerimaan dalam dokumen pengadaan. Untuk rakitan yang dilas atau bagian tebal, minta kualifikasi prosedur pengelasan (PQR) dan pertimbangkan PWHT. Untuk bagian kritis yang terkena kelelahan atau beban siklus tinggi, gabungkan pemilihan metalurgi dengan perlakuan panas yang divalidasi dan inspeksi non-destruktif untuk mencapai kinerja lapangan yang andal.