4320 Baja: Sifat dan Aplikasi Kunci

Besi 4320 diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang, yang dikenal terutama karena keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus. Kelas baja ini dicirikan oleh elemen paduannya, yang biasanya termasuk kromium (Cr), nikel (Ni), dan molibdenum (Mo). Elemen-elemen ini meningkatkan kemampuan pengerasan baja dan sifat mekanik keseluruhannya, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi teknik.

Ikhtisar Komprehensif

Besi 4320 sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan dan ketangguhan tinggi, seperti dalam pembuatan gigi, poros, dan komponen lain yang dikenakan beban dinamis. Komposisi kimianya biasanya mencakup sekitar 0,20-0,25% karbon, 0,70-0,90% mangan, 0,15-0,25% molibdenum, dan 0,40-0,60% nikel, dengan kandungan kromium berkisar antara 0,70-0,90%. Kehadiran elemen paduan ini berkontribusi pada kemampuan pengerasan yang sangat baik, memungkinkan mencapai tingkat kekuatan tinggi melalui proses perlakuan panas.

Keuntungan utama baja 4320 termasuk kemampuan mesin yang baik, kelayakan pengelasan, dan kemampuan untuk diperlakukan panas untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan. Namun, ia juga memiliki keterbatasan, seperti kerentanan terhadap retak korosi stres dalam lingkungan tertentu dan kecenderungan untuk kurang tahan terhadap korosi dibandingkan baja tahan karat. Secara historis, baja 4320 telah signifikan di industri otomotif dan dirgantara, di mana sifat mekaniknya sangat penting untuk kinerja dan keselamatan.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G43200	USA	Ekivalen terdekat dengan AISI 4320
AISI/SAE	4320	USA	Penunjukan yang umum digunakan
ASTM	A29/A29M	USA	Spesifikasi umum untuk baja paduan
EN	1.6523	Eropa	Kelas ekivalen dalam standar Eropa
DIN	34CrNiMo6	Jerman	Perbedaan komposisi minor
JIS	SNCM420	Jepang	Sifat mirip, tetapi rekomendasi perlakuan panas berbeda

Perbedaan antara kelas ekivalen ini dapat mempengaruhi pemilihan berdasarkan persyaratan aplikasi spesifik. Misalnya, meskipun G43200 dan 1.6523 mungkin memiliki sifat mekanik yang serupa, kinerjanya dalam lingkungan tertentu atau selama proses manufaktur tertentu dapat bervariasi.

Sifat Kunci

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0,20 - 0,25
Mn (Mangan)	0,70 - 0,90
Cr (Kromium)	0,70 - 0,90
Ni (Nikel)	0,40 - 0,60
Mo (Molibdenum)	0,15 - 0,25
Si (Silikon)	0,15 - 0,40
P (Fosfor)	≤ 0,035
S (Belerang)	≤ 0,040

Elemen paduan kunci dalam baja 4320 memainkan peran penting:
- Nikel meningkatkan ketangguhan dan kekuatan benturan, terutama pada suhu rendah.
- Kromium meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi.
- Molibdenum berkontribusi pada kekuatan pada suhu tinggi dan meningkatkan ketangguhan keseluruhan baja.

Sifat Mekanik

Sifat	Kondisi/Temper	Suhu Uji	Nilai/Rentang Tipikal (Metrik)	Nilai/Rentang Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	850 - 1000 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	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell C)	Quenched & Tempered	Suhu Ruang	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Kekuatan Benturan	Quenched & Tempered	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Sifat mekanik baja 4320 menjadikannya cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban dinamis dan persyaratan integritas struktural. Kekakuan dan kekuatan lepas yang tinggi, dikombinasikan dengan duktilitas yang baik, memungkinkannya menahan stres signifikan tanpa kegagalan.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Titik Leleh	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Kepadatan Termal	20°C	45 W/m·K	31,2 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Kapasitas Kalor Spesifik	20°C	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	20°C	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·in

Kepadatan dan titik leleh baja 4320 menunjukkan kekuatannya, sementara konduktivitas termalnya dan kapasitas kalor spesifiknya sangat penting untuk aplikasi yang melibatkan manajemen termal. Resistivitas listrik relevan untuk aplikasi di mana konduktivitas listrik menjadi pertimbangan.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3-5%	20-60°C	Baik	Risiko korosi pitting
Asam Sulfat	10%	25°C	Buruk	Tidak dianjurkan
Hidroxida Natrium	50%	25°C	Bagus	Ketahanan terbatas

Besi 4320 menunjukkan ketahanan korosi sedang, terutama dalam lingkungan yang mengandung klorida dan larutan alkali. Ia rentan terhadap korosi pitting dalam lingkungan kaya klorida dan harus digunakan dengan hati-hati dalam kondisi asam. Dibandingkan dengan baja tahan karat seperti 304 atau 316, ketahanan korosi baja 4320 jauh lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi di lingkungan yang sangat korosif.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Servis Kontinu Max	400°C	752°F	Cocok untuk suhu sedang
Suhu Servis Intermiten Max	500°C	932°F	Hanya untuk paparan jangka pendek
Suhu Skala	600°C	1112°F	Risiko oksidasi melebihi suhu ini

Pada suhu yang lebih tinggi, baja 4320 mempertahankan kekuatannya tetapi dapat mengalami oksidasi. Kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi terbatas, dan perhatian harus diberikan untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu di atas 400°C.

Sifat Fabrikasi

Kelayakan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Perisai yang Umum	Catatan
MIG	ER80S-Ni	Argon + CO2	Preheat dianjurkan
TIG	ER80S-Ni	Argon	Perlakuan panas pasca pengelasan disarankan

Besi 4320 umumnya dianggap layak dilas, tetapi pemanasan awal dianjurkan untuk meminimalkan risiko retak. Perlakuan panas pasca pengelasan dapat membantu mengurangi stres residual dan meningkatkan ketangguhan.

Kemampuan Mesin

Parameter Mesin	Baja 4320	AISI 1212	Catatan/Tip
Indeks Kemampuan Mesin Relatif	70%	100%	4320 kurang dapat diolah dibandingkan 1212
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembubutan)	30-50 m/menit	60-80 m/menit	Gunakan alat paduan untuk hasil terbaik

Kemampuan mesin baja 4320 sedang. Kecepatan pemotongan dan alat yang optimal dapat meningkatkan kinerja, tetapi tantangan mungkin muncul karena ketangguhannya.

Formabilitas

Besi 4320 dapat dibentuk dingin dan panas, tetapi perhatian harus diberikan untuk menghindari pengerasan kerja. Radius pembengkokan minimum harus dipertimbangkan selama operasi pembentukan untuk mencegah retak.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C)	Waktu Rendam Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Annealing	700 - 800	1 - 2 jam	Udara	Pelemahan, kemampuan mesin yang lebih baik
Quenching	850 - 900	30 menit	Minyak atau Air	Pengerasan, peningkatan kekuatan
Tempering	400 - 600	1 jam	Udara	Peningkatan ketangguhan

Proses perlakuan panas secara signifikan mengubah mikrostruktur dari baja 4320, meningkatkan sifat mekaniknya. Quenching meningkatkan kekerasan, sementara tempering mengurangi kerapuhan, menghasilkan material seimbang yang cocok untuk berbagai aplikasi.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Tipikal

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Kunci Baja yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan
Otomotif	Gigi	Kekuatan tarik tinggi, ketangguhan	Daya tahan di bawah beban
Dirgantara	Poros	Ringan, kekuatan tinggi	Kinerja dan keselamatan
Minyak & Gas	Komponen katup	Ketahanan korosi, ketangguhan	Keandalan di lingkungan yang keras

• Aplikasi lain termasuk:
• Komponen mesin berat
• Alat dan cetakan
• Komponen struktural dalam konstruksi

Besi 4320 dipilih untuk aplikasi yang memerlukan kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus, menjadikannya ideal untuk komponen yang dikenakan beban dinamis.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Baja 4320	AISI 4140	AISI 4340	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanik Kunci	Kekuatan Sedang	Kekuatan Tinggi	Kekuatan Sangat Tinggi	4340 menawarkan kekuatan superior tetapi kurang ductile
Aspek Korosi Kunci	Baik	Baik	Bagus	4340 memiliki ketahanan korosi yang lebih baik
Kelayakan Pengelasan	Baik	Baik	Buruk	4320 lebih mudah dilas dibandingkan 4340
Kemampuan Mesin	Sedang	Sedang	Buruk	4140 lebih dapat diolah dibandingkan 4340
Estimasi Biaya Relatif	Sedang	Sedang	Lebih tinggi	Biaya bervariasi dengan elemen paduan
Ketersediaan Tipikal	Umum	Umum	Kurang umum	4320 tersedia luas dalam berbagai bentuk

Ketika memilih baja 4320, pertimbangan mencakup sifat mekaniknya, kelayakan pengelasan, dan efisiensi biaya. Ini adalah material serbaguna yang cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi ketahanan korosinya mungkin membatasi penggunaannya di lingkungan tertentu. Memahami trade-off antara 4320 dan kelas alternatif seperti AISI 4140 dan AISI 4340 dapat membantu insinyur membuat keputusan yang lebih baik berdasarkan persyaratan proyek tertentu.