4340M Baja: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Steel 4340M adalah baja paduan karbon menengah yang terutama diklasifikasikan sebagai baja yang dikuatkan dan ditempa. Dikenal karena ketangguhannya yang luar biasa, kekuatan tinggi, dan ketahanan terhadap kelelahan yang baik, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi yang menuntut. Unsur paduan utama dalam steel 4340M mencakup nikel, kromium, dan molibdenum, yang meningkatkan sifat mekaniknya dan kinerja keseluruhan.
Tinjauan Menyeluruh
Steel 4340M adalah modifikasi dari grade baja standar 4340, dengan penambahan molibdenum untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketangguhan. Baja ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap keausan, seperti di industri dirgantara dan otomotif. Unsur paduan memainkan peran penting dalam mendefinisikan karakteristik baja:
- Nikel (Ni): Meningkatkan ketangguhan dan kekuatan dampak, terutama pada suhu rendah.
- Kromium (Cr): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi.
- Molibdenum (Mo): Meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi dan kemampuan pengerasan.
Kelebihan Baja 4340M:
- Kekuatan tarik dan kekuatan leleh yang tinggi.
- Ketangguhan dan ketahanan terhadap kelelahan yang sangat baik.
- Dapat diolah dan dilas dengan baik jika diproses dengan benar.
Limitasi Baja 4340M:
- Rentan terhadap retakan korosi stres di lingkungan tertentu.
- Memerlukan perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai properti yang diinginkan.
- Biaya lebih tinggi dibandingkan baja dengan grade lebih rendah.
Secara historis, 4340M telah signifikan dalam pengembangan komponen berkinerja tinggi, terutama di sektor dirgantara, di mana keandalan dan kekuatan sangat penting. Posisi pasar sangat kuat, dengan penggunaan luas dalam aplikasi kritis seperti roda gigi, poros, dan komponen struktural.
Nama Alternatif, Standar, dan Persamaan
| Organisasi Standar | Penunjukan/Grade | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | G43400 | AS | Persamaan terdekat dengan AISI 4340 |
| AISI/SAE | 4340 | AS | Grade standar, perbedaan kecil dalam komposisi |
| ASTM | A829 | AS | Spesifikasi untuk baja paduan |
| EN | 34CrNiMo6 | Eropa | Sifat serupa, tetapi unsur paduan berbeda |
| JIS | SNCM439 | Jepang | Sebanding tetapi dengan persyaratan perlakuan panas yang berbeda |
Perbedaan antara grade ini dapat mempengaruhi pemilihan berdasarkan persyaratan aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun 4340 dan 4340M serupa, penambahan molibdenum dalam 4340M meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketangguhan, menjadikannya lebih cocok untuk aplikasi tekanan tinggi.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.38 - 0.43 |
| Mn (Mangan) | 0.60 - 0.90 |
| Si (Silikon) | 0.15 - 0.40 |
| Ni (Nikel) | 1.65 - 2.00 |
| Cr (Kromium) | 0.70 - 0.90 |
| Mo (Molibdenum) | 0.15 - 0.25 |
Peran utama unsur paduan kunci dalam steel 4340M mencakup:
- Karbon: Memberikan kekerasan dan kekuatan.
- Nikel: Meningkatkan ketangguhan dan ketercorenan.
- Kromium: Meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan kemampuan pengerasan.
- Molibdenum: Meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Nilai/Range Tipikal (Metric) | Nilai/Range Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dikuatkan & Ditempa | 980 - 1,100 MPa | 142 - 160 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Leleh (0.2% offset) | Dikuatkan & Ditempa | 850 - 950 MPa | 123 - 138 ksi | ASTM E8 |
| Panjang Regangan | Dikuatkan & Ditempa | 12 - 15% | 12 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell C) | Dikuatkan & Ditempa | 28 - 34 HRC | 28 - 34 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | -40°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi kekuatan tarik dan leleh yang tinggi, bersama dengan panjang regangan dan ketahanan impak yang baik, menjadikan steel 4340M cocok untuk aplikasi yang mengalami beban dinamis dan memerlukan integritas struktural.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metric) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Densitas | Suhu Ruang | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Titik Leleh | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Konduktivitas Termal | Suhu Ruang | 45 W/m·K | 31 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruang | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
Sifat fisik kunci seperti densitas dan konduktivitas termal sangat signifikan untuk aplikasi di mana berat dan disipasi panas merupakan faktor kritis, seperti di komponen dirgantara.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Air Laut | 3.5 | 25/77 | Baik | Risiko korosi pitting |
| Asam Sulfat | 10 | 25/77 | Kurang Baik | Tidak disarankan |
| KLorida | 1 | 25/77 | Baik | Rentan terhadap SCC |
Steel 4340M menunjukkan ketahanan korosi moderat, terutama di lingkungan klorida, di mana ia dapat rentan terhadap retakan korosi stres (SCC). Jika dibandingkan dengan baja tahan karat, seperti 304 atau 316, 4340M memiliki ketahanan yang lebih rendah terhadap lingkungan korosif, sehingga kurang cocok untuk aplikasi yang terpapar bahan kimia keras atau kondisi salin.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 400 | 752 | Cocok untuk suhu sedang |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 500 | 932 | Hanya untuk paparan jangka pendek |
| Suhu Pengelupasan | 600 | 1112 | Risiko oksidasi di atas suhu ini |
Pada suhu tinggi, steel 4340M mempertahankan kekuatan dan ketangguhan yang baik, tetapi perlu hati-hati untuk menghindari oksidasi dan pengelupasan, yang dapat membahayakan integritasnya.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Perlindungan Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER80S-Ni1 | Argon + CO2 | Preheat direkomendasikan |
| TIG | ER80S-Ni1 | Argon | Perlakuan panas pasca-las mungkin diperlukan |
Steel 4340M dapat dilas menggunakan berbagai proses, tetapi pemanasan awal sering kali diperlukan untuk mencegah retakan. Perlakuan panas pasca-las juga disarankan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan ketangguhan.
Kemampuan Mesin
| Parameter Pemesinan | Steel 4340M | Steel AISI 1212 | Catatan/Saran |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Mesin Relatif | 60% | 100% | 4340M lebih sulit untuk diproses karena kekerasannya. |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembalakan) | 30 m/menit | 50 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik. |
Pemesinan 4340M memerlukan pemilihan alat dan parameter pemotongan yang hati-hati untuk mencapai hasil optimal, karena kekerasannya dapat menyebabkan peningkatan keausan alat.
Kemampuan Bentuk
Steel 4340M menunjukkan kemampuan bentuk yang moderat. Pembentukan dingin dapat dilakukan, tetapi harus hati-hati untuk menghindari pengerasan kerja. Pembentukan panas lebih disukai untuk bentuk yang kompleks, karena mengurangi risiko retakan dan meningkatkan ketercorenan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Rendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 jam | Udara | Mengurangi kekerasan, meningkatkan kemampuan mesin |
| Quenching | 800 - 850 / 1472 - 1562 | 30 menit | Minyak atau Air | Meningkatkan kekerasan dan kekuatan |
| Tempering | 400 - 600 / 752 - 1112 | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas secara signifikan mengubah mikrostruktur steel 4340M, meningkatkan sifat mekaniknya. Quenching meningkatkan kekerasan, sementara tempering menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir Tipikal
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Kunci Baja yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Dirgantara | Gear pendaratan pesawat | Kekuatan tinggi, ketangguhan | Komponen penyangga beban kritis |
| Otomotif | Poros penggerak | Ketahanan kelelahan, ketangguhan | Aplikasi tekanan tinggi |
| Minyak & Gas | Bit bor | Ketahanan terhadap keausan, kekuatan | Meminta daya tahan tinggi |
Aplikasi lain termasuk:
- Komponen mesin berat
- Roda gigi dan poros dalam sistem transmisi daya
- Komponen struktural pada kendaraan berkinerja tinggi
Steel 4340M dipilih untuk aplikasi ini karena sifat mekaniknya yang superior, yang menjamin keandalan dan kinerja dalam kondisi ekstrem.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | Steel 4340M | Steel AISI 4140 | Steel 8620 | Catatan Pro/Kon atau Perbandingan Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Utama | Kekuatan tinggi | Kekuatan sedang | Kekuatan lebih rendah | 4340M menawarkan kekuatan yang lebih baik tetapi dengan biaya yang lebih tinggi. |
| Aspek Korosi Utama | Moderat | Moderat | Kurang Baik | 4340M memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan 8620. |
| Kemampuan Las | Baik | Baik | Baik | 4340M memerlukan pemanasan awal untuk pengelasan yang optimal. |
| Kemampuan Mesin | Moderat | Baik | Sangat baik | 4340M lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan 8620. |
| Biaya Relatif Perkiraan | Tinggi | Moderat | Rendah | Pertimbangan biaya mungkin membatasi penggunaan dalam aplikasi yang kurang kritis. |
| Ketersediaan Tipikal | Moderat | Tinggi | Tinggi | 4340M mungkin kurang mudah ditemukan dibandingkan 4140 atau 8620. |
Dalam memilih steel 4340M, pertimbangan mencakup efisiensi biaya, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi spesifik. Sifat-sifat uniknya menjadikannya ideal untuk aplikasi berkinerja tinggi, tetapi evaluasi yang hati-hati terhadap alternatif sangat penting untuk memastikan pemilihan material yang optimal.
Singkatnya, steel 4340M adalah paduan yang serbaguna dan berkinerja tinggi yang unggul dalam aplikasi yang menuntut, menawarkan keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, dan kemampuan mesin. Sifat-sifatnya menjadikannya pilihan yang diutamakan di industri di mana keandalan dan kinerja sangat penting.