4120 Baja: Sifat dan Aplikasi Utama

4120 baja diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang, terutama dikenal karena kemampuan pengerasan dan kekuatannya yang luar biasa. Elemen paduan utama dalam baja 4120 termasuk kromium (Cr) dan molibdenum (Mo), yang meningkatkan sifat mekanis dan ketahanan ausnya. Kelas baja ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan dan ketangguhan tinggi, menjadikannya cocok untuk komponen yang dikenakan beban berat dan stres.

Ikhtisar Menyeluruh

Baja 4120 menunjukkan karakteristik signifikan seperti kemudahan pemesinan yang baik, kemampuan pengelasan, dan kemampuan untuk diperlakukan termal untuk mencapai tingkat kekerasan yang diinginkan. Sifat inherennya meliputi kekuatan tarik yang dapat mencapai hingga 1.000 MPa (145 ksi) ketika diperlakukan termal dengan benar, bersama dengan ketahanan deformasi dan ketahanan terhadap benturan yang baik.

Keuntungan:
- Kekuatan Tinggi: Elemen paduan menyediakan kekuatan dan ketangguhan yang ditingkatkan.
- Kemampuan Peng Hardenan yang Baik: Dapat diperlakukan termal untuk mencapai tingkat kekerasan yang tinggi.
- Aplikasi Beragam: Cocok untuk berbagai aplikasi rekayasa, termasuk roda gigi, poros, dan komponen kritis lainnya.

Limitasi:
- Ketahanan Korosi: Tidak sekuat tahan korosi dibandingkan baja tahan karat, yang dapat membatasi penggunaannya dalam lingkungan tertentu.
- Biaya: Umumnya lebih mahal dibandingkan baja karbon rendah karena elemen paduan.

Secara historis, baja 4120 telah digunakan dalam industri otomotif dan dirgantara, di mana sifat mekanisnya sangat penting untuk kinerja dan keselamatan. Posisi pasarnya sangat kuat, sering menjadi pilihan utama untuk produsen yang membutuhkan bahan yang andal dan tahan lama.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Deskripsi/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G41200	AS	Ekivalen terdekat dengan AISI 4140
AISI/SAE	4120	AS	Perbedaan komposisi minor dibandingkan AISI 4140
ASTM	A29/A29M	AS	Spesifikasi umum untuk baja paduan
EN	1.7218	Eropa	Ekivalen dengan 4120 dengan variasi kecil
DIN	42CrMo4	Jerman	Sifat serupa, sering digunakan secara bergantian
JIS	SCM420	Jepang	Kelas sebanding dengan perbedaan kecil

Perbedaan antara 4120 dan ekivalennya, seperti AISI 4140, terutama terletak pada persentase spesifik elemen paduan, yang dapat mempengaruhi kemampuan pengerasan dan ketangguhan. Misalnya, 4140 umumnya memiliki kandungan karbon yang lebih tinggi, yang dapat meningkatkan kekerasannya tetapi juga dapat mengurangi ductilitas.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0.18 - 0.22
Mn (Mangan)	0.60 - 0.90
Cr (Kromium)	0.80 - 1.10
Mo (Molibdenum)	0.15 - 0.25
Si (Silikon)	0.15 - 0.40
P (Fosfor)	≤ 0.035
S (Sulfur)	≤ 0.040

Peran utama dari elemen paduan kunci dalam baja 4120 adalah sebagai berikut:
- Kromium (Cr): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan meningkatkan ketahanan aus.
- Molibdenum (Mo): Meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi dan meningkatkan ketangguhan.
- Mangan (Mn): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan berkontribusi pada keseluruhan kekuatan baja.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Temper	Suhu Uji	Nilai/Range Tipikal (Metrik)	Nilai/Range Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	850 - 1,000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Kekuatan Lepas (offset 0.2%)	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	650 - 850 MPa	94 - 123 ksi	ASTM E8
Perpanjangan	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell C)	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Kekuatan Benturan	Charpy V-notch	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi dari sifat mekanis ini menjadikan baja 4120 sangat cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban dinamis dan lingkungan stres tinggi, seperti pada komponen otomotif dan dirgantara. Kekuatan tarik dan kekuatan lepas yang tinggi, bersama dengan ductilitas yang baik, memungkinkannya untuk menahan deformasi signifikan sebelum kegagalan.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Titik Leleh/Rentang	-	1,540 - 1,600 °C	2,804 - 2,912 °F
Konduktivitas Termal	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/(jam·ft²·°F)
Kapasitas Panas Spesifik	20°C	0.46 kJ/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Koefisien Perluasan Termal	20-100°C	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.36 x 10⁻⁶ /°F

Signifikansi praktis dari kepadatan dan sifat termal baja 4120 sangat penting dalam aplikasi di mana bobot dan manajemen termal sangat penting. Kepadatannya yang relatif tinggi berkontribusi pada kekuatannya, sementara konduktivitas termalnya memungkinkan untuk disipasi panas yang efektif dalam lingkungan berperforma tinggi.

Ketahanan Terhadap Korosi

Agen Korosi	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Rating Ketahanan	Catatan
Klorida	3-5%	25°C (77°F)	Baik	Risiko korosi pitting
Asam Sulfat	10%	25°C (77°F)	Kurang Baik	Tidak direkomendasikan
Natrium Hidroksida	50%	25°C (77°F)	Baik	Rentan terhadap retak korosi stres

Baja 4120 menunjukkan ketahanan korosi sedang, terutama di lingkungan yang memiliki klorida, di mana ia dapat mengalami pitting. Dibandingkan dengan baja tahan karat seperti 304 atau 316, yang menawarkan ketahanan korosi yang sangat baik, 4120 kurang cocok untuk aplikasi di lingkungan yang sangat korosif.

Dalam hal kerentanan, 4120 dapat menghadapi tantangan seperti retak korosi stres (SCC) di lingkungan alkali, yang merupakan pertimbangan penting untuk aplikasi dalam pengolahan kimia atau lingkungan laut.

Ketahanan Terhadap Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Berkelanjutan Maks	400°C	752°F	Cocok untuk panas sedang
Suhu Layanan Intermiten Maks	500°C	932°F	Hanya untuk paparan jangka pendek
Suhu Skala	600°C	1,112°F	Risiko oksidasi di atas ini

Pada suhu tinggi, baja 4120 mempertahankan kekuatannya tetapi dapat mulai kehilangan kekerasan dan ketangguhan jika terpapar dalam waktu yang lama. Ketahanan oksidasinya sedang, dan harus diambil tindakan untuk mencegah skala di aplikasi suhu tinggi.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Lumpur Pelindung Tipikal	Catatan
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Pemanasan awal direkomendasikan
TIG	ER70S-2	Argon	Memerlukan perlakuan panas setelah pengelasan
Stik	E7018	-	Bagus untuk bagian yang lebih tebal

Baja 4120 umumnya dianggap dapat dilas, tetapi pemanasan awal sering direkomendasikan untuk menghindari retak. Perlakuan panas setelah pengelasan juga dapat meningkatkan sifat mekanis dari sambungan las, memastikan integritas struktur.

Kemudahan Pemesinan

Parameter Pemotongan	[Baja 4120]	[AISI 1212]	Catatan/Tips
Indeks Kemudahan Pemesinan Relatif	60%	100%	4120 lebih menantang untuk dipotong
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembalikan)	40-60 m/menit	80-100 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik

Kemudahan pemesinan baja 4120 sedang. Ini memerlukan pemilihan alat potong dan parameter yang hati-hati untuk mencapai hasil optimal. Alat baja kecepatan tinggi mungkin cepat aus, jadi alat karbida sering dipilih.

Kemudahan Pembentukan

Baja 4120 menunjukkan kemudahan pembentukan yang baik, memungkinkan untuk proses pembentukan dingin dan panas. Namun, harus diambil tindakan untuk menghindari pengerasan kerja berlebihan, yang dapat menyebabkan retak selama operasi pembentukan. Jari-jari belok minimum harus dipertimbangkan berdasarkan ketebalan material.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Merendam Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Annealing	600 - 700 / 1,112 - 1,292	1 - 2 jam	Udara	Pelemahan, meningkatkan ductilitas
Quenching	850 - 900 / 1,562 - 1,652	30 menit	Minyak/Air	Pengerasan
Tempering	400 - 600 / 752 - 1,112	1 jam	Udara	Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan

Selama perlakuan panas, baja 4120 mengalami transformasi metalurgi yang signifikan. Quenching meningkatkan kekerasan melalui pembentukan martensit, sementara tempering memungkinkan penyesuaian kekerasan dan ketangguhan, menciptakan keseimbangan yang cocok untuk berbagai aplikasi.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Otomotif	Roda gigi	Kekuatan tinggi, ketangguhan	Esensial untuk kinerja
Dirgantara	Komponen gear pendaratan	Ketahanan kelelahan tinggi	Kritis untuk keselamatan
Minyak & Gas	Pahat bor	Ketahanan aus, ketangguhan	Lingkungan stres tinggi
Mesin Berat	Poros	Kekuatan, kemudahan pemesinan	Daya tahan di bawah beban

Aplikasi lain dari baja 4120 termasuk:
- Komponen struktural dalam mesin
- Pengikat dan baut
- Aplikasi alat

Pilihan baja 4120 dalam aplikasi ini terutama karena sifat mekanisnya yang sangat baik, yang memberikan keandalan dan kinerja dalam kondisi yang menuntut.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	[Baja 4120]	[AISI 4140]	[AISI 4340]	Catatan Singkat Pro/Kon atau Kompromi
Sifat Mekanis Kunci	Kekuatan tinggi	Kekerasan lebih tinggi	Ketangguhan lebih tinggi	4140 menawarkan kemampuan pengerasan yang lebih baik
Aspek Korosi Kunci	Sedang	Kurang Baik	Baik	4340 memiliki ketahanan korosi yang lebih baik
Kemampuan Pengelasan	Baik	Sedang	Baik	4140 mungkin memerlukan perhatian lebih dalam pengelasan
Kemudahan Pemesinan	Sedang	Baik	Baik	4140 lebih mudah dipotong
Kemudahan Pembentukan	Baik	Sedang	Baik	4140 memiliki kemudahan pembentukan yang lebih rendah
Biaya Relatif Perkiraan	Sedang	Sekitar lebih tinggi	Sekitar lebih tinggi	Biaya bervariasi dengan elemen paduan
Ketersediaan Tipikal	Umum	Umum	Kurang umum	Ketersediaan dapat bervariasi berdasarkan daerah

Ketika memilih baja 4120, pertimbangan meliputi sifat mekanisnya, cost-effectiveness, dan ketersediaan. Meskipun menawarkan keseimbangan kekuatan dan ketangguhan yang baik, alternatif seperti AISI 4140 atau 4340 mungkin lebih cocok tergantung pada persyaratan aplikasi tertentu. Selain itu, faktor keselamatan dan kondisi lingkungan harus dievaluasi untuk memastikan kinerja maksimal dan umur panjang komponen yang terbuat dari kelas baja ini.