SAE1020 vs SAE1045 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SAE1020 dan SAE1045 adalah dua jenis baja karbon polos yang paling umum ditentukan dalam gambar teknik dan pengadaan. Dilema pemilihan biasanya muncul ketika desainer dan spesialis pengadaan harus menyeimbangkan kemampuan produksi dan biaya terhadap kinerja mekanis yang diperlukan: baja karbon rendah lebih mudah dibentuk dan dilas, sementara baja karbon menengah menawarkan kekuatan dan ketahanan aus yang lebih tinggi tetapi memerlukan perlakuan panas dan kontrol fabrikasi yang lebih hati-hati.
Perbedaan praktis utama antara kedua grade adalah kandungan karbon dan efeknya di hilir: SAE1045 memiliki kandungan karbon yang jauh lebih tinggi dibandingkan SAE1020, yang menggeser keseimbangan menuju kekuatan dan kemampuan pengerasan yang lebih besar dengan mengorbankan duktilitas dan kemampuan pengelasan. Karena mereka berada di titik yang berdekatan pada spektrum baja karbon, grade ini sering dibandingkan ketika menentukan poros, roda gigi, pengikat, dan bagian mekanis umum di mana trade-off antara kekuatan, ketangguhan, dan biaya harus dioptimalkan.
1. Standar dan Penunjukan
- SAE/AISI: SAE 1020 (AISI 1020), SAE 1045 (AISI 1045)
- ASTM/ASME: Umumnya dirujuk dengan penunjukan SAE/AISI dalam pengadaan; standar produk spesifik (batang, pelat, pengecoran) dapat merujuk pada grade ASTM dengan kimia yang serupa.
- EN: Baja EN yang kira-kira setara adalah C20 (untuk 1020) dan C45 (untuk 1045) dalam beberapa standar Eropa (sistem penunjukan berbeda menurut standar).
- JIS/GB: Standar JIS dan GB menggunakan nomenklatur yang berbeda tetapi rentang karbon yang sebanding ada (misalnya, JIS S20C / S45C).
- Klasifikasi: Keduanya adalah baja karbon polos (bukan baja paduan, bukan stainless, bukan HSLA secara default). Mereka bukan baja alat.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | SAE 1020 (tipikal, wt%) | SAE 1045 (tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.18–0.23 | 0.43–0.50 |
| Mn | 0.30–0.60 | 0.60–0.90 |
| Si | 0.10–0.35 | 0.10–0.35 |
| P | ≤ 0.040 (maks) | ≤ 0.040 (maks) |
| S | ≤ 0.050 (maks) | ≤ 0.050 (maks) |
| Cr | jejak (≤0.25) | jejak (≤0.30) |
| Ni | jejak (≤0.25) | jejak (≤0.30) |
| Mo, V, Nb, Ti, B, N | biasanya jejak atau tidak ditentukan | biasanya jejak atau tidak ditentukan |
Catatan: - Keduanya adalah baja karbon polos; tambahan paduan minimal dan terutama insidental. SAE1045 mengandung karbon yang lebih tinggi dan biasanya mangan yang lebih tinggi untuk membantu mempertahankan kekuatan dan kemampuan pengerasan. - Karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tarik dan potensi kekerasan; mangan membantu kekuatan dan deoksidasi tetapi juga meningkatkan kemampuan pengerasan. Silikon adalah deoksidator dan sedikit berkontribusi pada kekuatan. - Strategi paduan sederhana: kontrol karbon untuk kekuatan target dan gunakan perlakuan panas untuk mendapatkan mikrostruktur yang diinginkan daripada mengandalkan elemen paduan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- As-rolled / annealed: SAE1020 biasanya menunjukkan mikrostruktur ferrite–pearlite dengan proporsi ferrite lunak yang lebih tinggi dibandingkan pearlite. SAE1045 menunjukkan lebih banyak pearlite dan lebih sedikit ferrite karena kandungan karbon yang lebih tinggi.
- Normalisasi: Kedua grade merespons normalisasi dengan mikrostruktur ferrite/pearlite yang lebih halus; SAE1045 mengembangkan matriks pearlitik yang lebih keras dan kekuatan yang lebih tinggi setelah normalisasi dibandingkan SAE1020.
- Quenching & tempering: SAE1045 memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dan mencapai kekerasan dan kekuatan yang jauh lebih tinggi setelah quench dan temper dibandingkan SAE1020. SAE1020 sulit untuk dikeraskan secara merata di bagian yang lebih tebal karena karbon yang lebih rendah dan kemampuan pengerasan yang rendah.
- Mikro-paduan dan pemrosesan termo-mekanis: Tidak ada grade yang biasanya disuplai dengan mikro-paduan kecuali dipesan secara khusus; perlakuan termo-mekanis dapat sedikit memperhalus ukuran butir dan sedikit meningkatkan kekuatan dan ketangguhan pada kedua grade, tetapi tingkat karbon tetap menjadi faktor dominan.
- Implikasi praktis: SAE1045 menawarkan penyetelan perlakuan panas yang lebih luas (misalnya, kekuatan tarik dan hasil yang lebih tinggi setelah quench–temper) sementara SAE1020 terutama digunakan dalam kondisi annealed atau dinormalisasi untuk duktilitas dan kemampuan pembentukannya.
4. Sifat Mekanis
| Sifat | SAE 1020 (tipikal, rentang annealed/dinormalisasi) | SAE 1045 (tipikal, rentang annealed/dinormalisasi/dikeraskan) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~350–450 | ~500–700 (dapat melebihi 800 setelah pengerasan & tempering) |
| Kekuatan Hasil (MPa) | ~250–350 | ~300–550 (tergantung pada perlakuan panas) |
| Peregangan (%) | ~25–35 | ~10–20 (lebih rendah dengan perlakuan kekuatan yang lebih tinggi) |
| Ketangguhan Impak | Sedang; umumnya ketangguhan duktil yang baik dalam keadaan annealed | Lebih rendah dari 1020 dalam kondisi kekuatan tinggi; sedang saat dinormalisasi |
| Kekerasan (HB) | ~100–140 | ~150–250 (lebih tinggi setelah quench & temper) |
Catatan: - Nilai adalah rentang tipikal. Nilai aktual sangat tergantung pada bentuk produk, ukuran bagian, dan siklus perlakuan panas. - SAE1045 jauh lebih kuat dalam sebagian besar kondisi perlakuan panas; SAE1020 lebih duktil dan lebih toleran dalam operasi pembentukan. Kekuatan yang meningkat dari 1045 datang dengan mengorbankan peregangan yang berkurang dan umumnya ketangguhan yang lebih rendah saat dikeraskan kecuali jika diperlakukan dengan benar. - Untuk aplikasi yang kritis terhadap impak di mana ketangguhan pada suhu rendah penting, 1020 dalam kondisi yang sesuai atau baja paduan rendah dengan ketangguhan yang baik mungkin lebih disukai.
5. Kemampuan Pengelasan
- Kandungan karbon dan kemampuan pengerasan mengatur kemampuan pengelasan. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan risiko retak dingin dan pembentukan martensit di zona yang terpengaruh panas.
- Rumus setara karbon umumnya digunakan untuk penilaian kualitatif. Indeks contoh:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi (kualitatif): SAE1020 memiliki $CE$ dan $P_{cm}$ yang rendah dan mudah dilas dengan prosedur standar dan pemanasan awal minimal. SAE1045 memiliki kandungan karbon yang lebih tinggi dan, oleh karena itu, $CE/P_{cm}$ yang lebih tinggi — biasanya memerlukan pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, dan mungkin perlakuan panas pasca-las untuk sambungan kritis untuk mengurangi retak yang disebabkan hidrogen dan pengerasan HAZ.
- Panduan praktis: Gunakan elektroda rendah hidrogen, pemanasan awal yang terkontrol, dan tempering untuk bagian yang lebih tebal dari 1045; untuk 1020, bahan habis pakai pengelasan dan prosedur standar biasanya sudah memadai.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SAE1020 maupun SAE1045 bukan stainless; mereka rentan terhadap korosi atmosfer umum dan memerlukan perlindungan permukaan di mana korosi menjadi perhatian.
- Perlindungan tipikal: pembersihan pelarut, sistem primer/pelapis, fosfatasi, galvanisasi celup panas, elektroplating (di mana sesuai), atau pelapis pelindung (polimer/epoksi).
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja karbon polos; ini digunakan untuk baja stainless:
- $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Catatan pemilihan: Untuk lingkungan korosif, pertimbangkan baja stainless atau pelapis tahan korosi daripada mengandalkan kimia baja karbon.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan: SAE1020 lebih duktil dan lebih mudah dibengkokkan, ditarik, dan dibentuk dalam operasi dingin. SAE1045 akan memiliki kemampuan pembentukan yang terbatas dalam kondisi kekuatan yang lebih tinggi dan lebih rentan terhadap retak selama pembentukan.
- Kemampuan mesin: SAE1045, karena kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi, umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan SAE1020. Namun, tidak ada grade yang bebas potong; penilaian kemampuan mesin adalah sedang kecuali varian bebas pemotongan khusus ditentukan.
- Penggilingan dan penyelesaian: 1045 menghasilkan keausan alat yang lebih tinggi dan memerlukan alat yang lebih kuat atau kecepatan pemotongan yang lebih rendah untuk mencapai umur alat yang serupa dibandingkan 1020.
- Pengerasan permukaan: SAE1045 merespons dengan baik terhadap karburisasi, pengerasan induksi, dan perlakuan pengerasan untuk meningkatkan ketahanan aus dan umur lelah komponen seperti poros dan roda gigi; 1020 bukan kandidat yang baik untuk pengerasan permukaan yang signifikan karena kandungan karbon yang rendah.
8. Aplikasi Tipikal
| SAE 1020 | SAE 1045 |
|---|---|
| Komponen struktural umum, bagian yang dibentuk dingin, rakitan yang dilas, poros kekuatan rendah, rumah, fabrikasi umum di mana kemampuan pembentukan/pengelasan diprioritaskan | Poros, sumbu, roda gigi (layanan sedang), pin, baut (memerlukan kekuatan lebih tinggi), sproket, komponen yang diproses yang memerlukan kekuatan lebih tinggi atau permukaan yang dapat dikeraskan |
Rasional pemilihan: - Pilih 1020 ketika kemudahan pembentukan, pengelasan, dan kontrol biaya adalah pendorong utama, dan beban layanan sedang. - Pilih 1045 ketika kekuatan komponen, ketahanan aus, dan kemampuan untuk mencapai kekerasan yang lebih tinggi melalui perlakuan panas diperlukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: SAE1020 umumnya lebih murah per kilogram dibandingkan SAE1045 karena kandungan karbon yang lebih rendah dan permintaan pemrosesan yang lebih sederhana; harga pasar bervariasi dengan pasokan regional dan fluktuasi pembuatan baja.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya tersedia di seluruh dunia dalam bentuk batang, pelat, dan gulungan. SAE1020 sangat umum untuk produk lembaran dan struktural; SAE1045 banyak disimpan untuk poros, batang, dan pengecoran.
- Bentuk produk: 1045 umumnya disuplai sebagai batang yang digulung panas dan blanko yang ditempa, dan sering ditentukan ketika sifat pasca-perlakuan panas diperlukan. 1020 sering digunakan dalam rakitan yang dibentuk dingin dan dilas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Karakteristik | SAE1020 | SAE1045 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Tinggi (mudah dilas) | Sedang hingga Rendah (memerlukan pemanasan awal/kontrol) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan lebih rendah, duktilitas/ketangguhan lebih tinggi dalam keadaan annealed | Potensi kekuatan lebih tinggi, duktilitas lebih rendah pada kekuatan tinggi |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Pilih SAE1020 jika: - Anda memerlukan baja yang mudah dilas, dibentuk, dan ekonomis untuk beban sedang. - Bagian akan mengalami pembentukan dingin yang signifikan atau memerlukan duktilitas dan ketangguhan yang baik dalam kondisi yang telah difabrikasi. - Struktur atau rakitan yang besar memerlukan pemanasan awal minimal dan prosedur pengelasan yang sederhana.
Pilih SAE1045 jika: - Desain memerlukan kekuatan statis yang lebih tinggi, ketahanan aus yang lebih baik, atau bagian akan dikeraskan permukaannya atau dikeraskan secara menyeluruh. - Anda sedang memproduksi komponen berputar tugas menengah (poros, sumbu, roda gigi) di mana kekuatan tarik dan kekerasan yang lebih besar diperlukan. - Anda dapat mengontrol parameter pengelasan, atau pengelasan diminimalkan demi pemesinan/rakitan dan perlakuan panas.
Catatan akhir: Pemilihan material harus selalu divalidasi terhadap beban desain komponen, persyaratan kelelahan, metode penyambungan, perlakuan panas yang dimaksudkan, perlakuan permukaan, dan batasan biaya. Ketika ragu untuk komponen yang kritis atau terkait keselamatan, pertimbangkan untuk menentukan sifat (misalnya, kekuatan tarik/hasil minimum, kekerasan, atau ketangguhan) daripada hanya mengandalkan nama grade, dan konsultasikan dengan spesialis perlakuan panas dan pengelasan untuk menetapkan prosedur yang tepat.