42CrMo vs 42CrMo4 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
42CrMo dan 42CrMo4 adalah baja paduan kromium-molibdenum karbon sedang yang banyak digunakan untuk komponen berkekuatan tinggi yang dapat dipanaskan, seperti poros, roda gigi, dan pengikat. Insinyur dan profesional pengadaan sering menghadapi dilema pemilihan antara dua label ini karena keduanya memiliki metalurgi dan perilaku mekanik yang sangat mirip tetapi dirujuk dalam standar regional dan rantai pasokan yang berbeda. Konteks keputusan yang umum termasuk menyeimbangkan sertifikasi yang diperlukan (standar regional atau proyek), menentukan kemampuan pengelasan dan perlakuan pasca pengelasan, serta mengoptimalkan biaya dan waktu pengiriman untuk bentuk produk tertentu.
Perbedaan praktis utama bukanlah ketidakcocokan metalurgi yang dramatis tetapi lebih kepada standar dan rezim spesifikasi yang mengatur produksi, inspeksi, dan sertifikasi. Perbedaan itu mendorong pengadaan, pelacakan, dan kadang-kadang toleransi komposisi minor atau tingkat kotoran yang diizinkan.
1. Standar dan Penunjukan
- EN (Eropa): 42CrMo4 — biasanya dirujuk dalam EN 10083–3 dan sistem penomoran baja EN (sering juga diberikan sebagai 1.7225 dalam basis data material).
- GB (Cina): 42CrMo — banyak digunakan dalam standar nasional Cina (GB/T) dan biasanya terdaftar untuk baja struktural paduan.
- ASTM/ASME / AISI (AS): AISI 4140 / UNS G41400 adalah ekuivalen Amerika yang paling diterima secara luas dan sering dipertukarkan dengan 42CrMo/42CrMo4 dalam grafik referensi silang.
- JIS (Jepang): SCM440 adalah ekuivalen Jepang yang sering dikutip.
- Klasifikasi: baik 42CrMo maupun 42CrMo4 adalah baja karbon sedang, paduan rendah, yang dapat dipanaskan (baja paduan yang cocok untuk pendinginan dan penempaan; bukan stainless; bukan HSLA dalam pengertian modern).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | 42CrMo (GB/T) Tipikal | 42CrMo4 (EN) Tipikal |
|---|---|---|
| C | 0.38 – 0.45 wt% | 0.38 – 0.45 wt% |
| Mn | 0.60 – 0.90 wt% | 0.60 – 0.90 wt% |
| Si | 0.10 – 0.40 wt% | 0.10 – 0.40 wt% |
| P | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% |
| S | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% |
| Cr | 0.90 – 1.20 wt% | 0.90 – 1.20 wt% |
| Ni | ≤ 0.40 wt% (tidak ditentukan) | ≤ 0.40 wt% (tidak ditentukan) |
| Mo | 0.15 – 0.30 wt% | 0.15 – 0.30 wt% |
| V, Nb, Ti, B, N | jejak / tidak biasanya ditentukan | jejak / tidak biasanya ditentukan |
Catatan: - Ini adalah rentang komposisi tipikal; toleransi aktual tergantung pada standar dan sertifikasi pabrik. - Strategi paduan berfokus pada Cr dan Mo untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan penempaan sambil mempertahankan karbon sedang untuk kekuatan melalui perlakuan panas. Mn dan Si hadir untuk membantu kekuatan dan deoksidasi. P dan S dikendalikan pada tingkat rendah untuk menjaga ketangguhan dan umur lelah.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon: kontributor kekuatan utama melalui pembentukan martensit setelah pendinginan; C yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Kromium dan molibdenum: meningkatkan kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan ketahanan penempaan pada suhu tinggi; mereka mendorong pengerasan yang lebih dalam pada bagian yang lebih tebal. - Mangan: meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik. - Silikon: memperkuat ferit dan meningkatkan perilaku penempaan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi dinormalisasi: campuran ferit dan perlit, dengan butiran halus jika pendinginan terkontrol diterapkan. - Setelah pendinginan dan penempaan (jalur yang paling umum untuk baja ini): martensit yang ditempa dengan karbida (kaya Cr/Mo) terdispersi di dalamnya, memberikan kekuatan tinggi dengan ketangguhan yang lebih baik.
Jalur pemrosesan dan respons: - Normalisasi (pendinginan udara dari suhu austenitisasi): memperhalus ukuran butir dan menghasilkan mikrostruktur seragam yang dapat diprediksi untuk kekuatan sedang dan meningkatkan kemampuan mesin. - Pendinginan & penempaan: austenit (sekitar 820–880°C tergantung pada ukuran bagian), pendinginan (minyak/air/polimer terkontrol), kemudian penempaan pada 400–650°C untuk menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan. Hasil: kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi dengan ketangguhan yang dipertahankan; suhu penempaan mengontrol kekerasan akhir. - Pemrosesan termo-mekanis: penempaan ditambah pendinginan terkontrol dapat menghasilkan butiran austenit yang sangat halus dan meningkatkan ketahanan lelah tetapi sensitif terhadap proses.
Kedua grade merespons dengan cara yang sama terhadap perlakuan panas ini; perbedaan kecil dalam jaminan kimia atau batas kotoran mungkin sedikit mempengaruhi kemampuan pengerasan dan margin ketangguhan pada bagian besar.
4. Sifat Mekanik
| Sifat (tip.) | 42CrMo / 42CrMo4 (dinormalisasi) | 42CrMo / 42CrMo4 (pendinginan & penempaan) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (Rm) | 650 – 850 MPa | 850 – 1100+ MPa (tergantung proses) |
| Kekuatan luluh (Rp0.2) | 360 – 600 MPa | 600 – 950 MPa |
| Peregangan (A%) | 12 – 18% | 8 – 15% |
| Ketangguhan impak (Charpy V, suhu ruang) | 30 – 80 J | 20 – 60 J (tergantung pada penempaan & bagian) |
| Kekerasan | 180 – 260 HB | 220 – 360 HB (atau HRC 18–36) |
Interpretasi: - Kedua grade dapat mencapai sifat mekanik yang sangat mirip ketika diproses secara setara. Pendinginan & penempaan menghasilkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang jauh lebih tinggi dengan mengorbankan ketangguhan. - Ketangguhan dan ketangguhan sangat bergantung pada parameter perlakuan panas dan kebersihan (kandungan inklusi) — perbedaan antara dua label biasanya tidak signifikan relatif terhadap efek pemrosesan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan sedang dan terutama dipengaruhi oleh kandungan karbon dan kemampuan pengerasan dari Cr/Mo. Gunakan rumus ekuivalen karbon untuk memperkirakan kebutuhan pemanasan awal dan PWHT.
Indeks umum: - Ekuivalen karbon 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: - $CE_{IIW}$ tipikal untuk baja ini adalah sedang (sering sekitar 0.4–0.6 tergantung pada kimia yang tepat), menunjukkan kecenderungan untuk membentuk martensit keras di zona yang terpengaruh panas (HAZ) kecuali suhu pemanasan awal dan/atau suhu antar yang sesuai digunakan. - Pemanasan awal dan suhu antar yang terkontrol mengurangi laju pendinginan dan kekerasan HAZ; PWHT (penempaan) disarankan untuk pengelasan yang kritis, tebal, atau sangat tertekan. - Baik 42CrMo maupun 42CrMo4 memiliki kemampuan pengelasan yang serupa; pemilihan didorong oleh penerimaan PWHT dan lingkungan fabrikasi. Gunakan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat dan pertimbangkan kontrol hidrogen serta pemanasan awal untuk mencegah retak.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua grade ini bukan baja tahan karat; ketahanan korosi rendah dalam bentuk telanjang.
- Opsi perlindungan permukaan: pengecatan, pelumasan, fosfatasi, elektroplating, dan galvanisasi celup panas tergantung pada aplikasi dan batasan perlakuan panas pasca (galvanisasi setelah penempaan dapat diterima; galvanisasi sebelum perlakuan panas kritis tidak).
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-stainless, tetapi untuk referensi rumusnya adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ dan menghasilkan nilai rendah yang tidak berarti untuk baja paduan rendah-Cr ini; oleh karena itu, kinerja korosi harus dikelola dengan pelapis atau overlay stainless jika diperlukan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan mesin: Dalam kondisi dinormalisasi kemampuan mesin sedang; dalam kondisi pendinginan & penempaan pemesinan lebih sulit dan mungkin memerlukan alat karbida dan umpan yang dikurangi. Varian pemotongan bebas (dengan tambahan sulfur) tidak standar untuk grade ini.
- Kemampuan bentuk: Pembentukan panas dan penempaan cukup mudah; pembentukan dingin dibatasi oleh kandungan karbon — pembengkokan dingin yang parah dapat menyebabkan retak kecuali diannealing atau digunakan dalam kondisi dinormalisasi.
- Penggilingan dan penyelesaian: keduanya merespons dengan baik terhadap penggilingan presisi setelah perlakuan panas; perlakuan permukaan untuk umur lelah (shot peening, nitriding) biasanya diterapkan.
8. Aplikasi Tipikal
| 42CrMo (penggunaan umum) | 42CrMo4 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Poros, sumbu, dan spindle | Poros, sumbu, dan spindle |
| Roda gigi dan pinion | Roda gigi dan pinion |
| Pengikat dan baut berkekuatan tinggi | Pengikat dan baut berkekuatan tinggi |
| Batang penghubung, poros engkol dalam bagian kecil atau sedang | Komponen mesin di bawah beban siklik tinggi |
| Bagian yang tertekan (setelah perlakuan panas yang sesuai) | Bagian otomotif dan peralatan berat yang memerlukan pelacakan EN |
Rasional pemilihan: - Kedua grade dipilih untuk kekuatan tinggi dan ketahanan lelah yang baik setelah pendinginan & penempaan. - Pilih berdasarkan sertifikasi yang diperlukan, standar yang ditentukan, rantai pasokan (pabrik dan wilayah mana), dan penerimaan perlakuan panas pasca pengelasan yang diperlukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Kedua material tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk batang, penempaan, tabung tanpa sambungan, dan pelat. Ketersediaan bervariasi berdasarkan wilayah dan preferensi pemegang stok.
- 42CrMo4 sangat umum di pasar Eropa dan sering lebih nyaman ketika sertifikasi EN diperlukan.
- 42CrMo (GB/T) dan ekuivalennya (AISI 4140 / SCM440) biasanya lebih mudah diperoleh di Asia dan Amerika Utara.
- Perbedaan biaya relatif biasanya kecil dan didominasi oleh bentuk produk, ukuran bagian, dan persyaratan sertifikasi perlakuan panas atau pabrik daripada oleh label grade nominal.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 42CrMo | 42CrMo4 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sedang; pemanasan awal/PWHT sering diperlukan | Sedang; pemanasan awal/PWHT sering diperlukan |
| Kekuatan–Ketangguhan (perlakuan panas) | Tinggi (tergantung pada proses) | Tinggi (tergantung pada proses) |
| Biaya / Ketersediaan | Tersedia luas di Asia/Amerika; kompetitif | Tersedia luas di Eropa; kompetitif |
Rekomendasi: - Pilih 42CrMo jika Anda perlu mendapatkan material dalam ekosistem pemasok GB/AISI, atau jika pengadaan proyek memerlukan kesetaraan spesifikasi GB atau Amerika dan Anda memerlukan kinerja mekanik kelas 4140 yang tipikal dengan pelacakan lokal. - Pilih 42CrMo4 jika spesifikasi proyek memerlukan sertifikasi material EN, keselarasan rantai pasokan Eropa, atau jika kontrak klien/proyek secara eksplisit menyatakan standar EN (42CrMo4 / EN 1.7225).
Catatan akhir: kinerja metalurgi dan mekanik dari dua label ini tumpang tindih secara signifikan; faktor penentu sering kali bukan metalurgi (kepatuhan standar, sertifikasi pabrik, pelacakan, dan ketersediaan lokal). Untuk komponen kritis, selalu tentukan perlakuan panas yang diperlukan, kriteria penerimaan sifat mekanik, dan prosedur NDT/perlakuan panas pasca pengelasan daripada hanya mengandalkan nama grade saja.