5120 Baja: Properti dan Aplikasi Utama

5120 baja diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang, yang terutama dikenal karena kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus yang sangat baik. Ini adalah bagian dari sistem klasifikasi AISI/SAE, di mana digit pertama (5) menunjukkan bahwa itu adalah baja paduan, dan digit berikutnya (120) menunjukkan komposisi dan sifat spesifiknya. Elemen paduan utama dalam baja 5120 mencakup kromium (Cr) dan molibdenum (Mo), yang meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatannya, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi teknik.

Ikhtisar Komprehensif

Karakteristik paling signifikan dari baja 5120 termasuk kekuatan tarik yang tinggi, duktilitas yang baik, dan ketahanan aus yang sangat baik. Sifat-sifat ini sebagian besar disebabkan oleh komposisi kimianya, yang memungkinkan proses perlakuan panas yang efektif. Baja ini menunjukkan keseimbangan yang baik antara kekerasan dan ketangguhan, menjadikannya ideal untuk aplikasi yang memerlukan daya tahan dan ketahanan.

Kelebihan Baja 5120:
- Kekuatan dan Ketangguhan Tinggi: Elemen paduan berkontribusi pada mikrostruktur yang kuat, memberikan sifat mekanik yang sangat baik.
- Ketahanan Aus yang Baik: Ideal untuk komponen yang terkena gesekan dan aus.
- Aplikasi yang Serbaguna: Umumnya digunakan dalam komponen otomotif dan mesin, seperti roda gigi, poros, dan as.

Limitasi Baja 5120:
- Ketahanan Korosi: Dibandingkan dengan baja tahan karat, 5120 memiliki ketahanan yang terbatas terhadap lingkungan yang korosif.
- Tantangan Pengelasan: Memerlukan pertimbangan hati-hati selama proses pengelasan untuk menghindari retak.

Secara historis, baja 5120 telah signifikan dalam industri otomotif, khususnya untuk memproduksi komponen yang mengalami stres tinggi. Posisi pasarnya tetap kuat karena sifat mekaniknya yang menguntungkan dan serbaguna.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penetapan/Kelas	Negara/Wilayah Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G51200	USA	Ekivalen terdekat dengan AISI 5120
AISI/SAE	5120	USA	Umumnya digunakan dalam aplikasi otomotif
ASTM	A29/A29M	USA	Spesifikasi untuk baja paduan
EN	20CrMo	Yurpa	Perbedaan komposisi kecil
DIN	1.7035	Jerman	Sifat yang mirip, digunakan dalam aplikasi serupa
JIS	SCM420	Jepang	Sebanding, tetapi dengan variasi sedikit dalam elemen paduan

Perbedaan halus antara kelas-kelas ini dapat memengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, sementara SCM420 mungkin menawarkan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih baik karena kandungan kromiumnya yang lebih tinggi, 5120 sering dipilih karena keseimbangan ketangguhan dan ketahanan ausnya.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0.18 - 0.23
Cr (Kromium)	0.70 - 0.90
Mo (Molibdenum)	0.15 - 0.25
Mn (Mangan)	0.50 - 0.80
Si (Silikon)	0.15 - 0.40
P (Fosfor)	≤ 0.035
S (Belerang)	≤ 0.040

Elemen paduan utama dalam baja 5120 memainkan peran penting:
- Kromium (Cr): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan memperbaiki ketahanan aus.
- Molibdenum (Mo): Meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi dan memperbaiki ketangguhan.
- Mangan (Mn): Membantu dalam pengerasan dan meningkatkan kekuatan tarik.

Sifat Mekanik

Sifat	Kondisi/Temper	Nilai Umum/Rentang (Metrik)	Nilai Umum/Rentang (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Diannealing	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Kekuatan Tahan (0.2% offset)	Diannealing	350 - 550 MPa	51 - 80 ksi	ASTM E8
Peregangan	Diannealing	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Kekerasan (Brinell)	Diannealing	207 - 250 HB	95 - 120 HB	ASTM E10
Kekuatan Impak (Charpy)	-40°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Gabungan sifat mekanik ini membuat baja 5120 cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketangguhan, seperti pada roda gigi dan poros otomotif. Kemampuannya untuk menahan beban mekanis yang signifikan sambil menjaga integritas struktural adalah faktor kunci dalam pemilihannya untuk komponen kritis.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kerapatan	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Titik Lebur	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Kekuatan Termal	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Kapasitas Kalor Spesifik	20°C	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	20°C	0.0006 Ω·m	0.00002 Ω·in
Koeffisien Perluasan Termal	20°C	11.5 x 10⁻⁶/K	6.4 x 10⁻⁶/°F

Signifikansi praktis dari sifat fisik baja 5120 mencakup:
- Kerapatan: Memberikan rasio kekuatan terhadap berat yang baik, menjadikannya cocok untuk aplikasi ringan.
- Kekuatan Termal: Penting untuk aplikasi di mana pengeluaran panas sangat penting, seperti pada komponen mesin.
- Titik Lebur: Menunjukkan kesesuaian untuk aplikasi suhu tinggi, memastikan stabilitas di bawah stres termal.

Ketahanan Korosi

Agens Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Atmosfer	-	-	Cukup	Rentan terhadap karat
Air Garam	3.5	25	Kurang Baik	Risiko pengikisan
Asam Sulfur	10	25	Kurang Baik	Tidak dianjurkan
Natrium Hidroksida	50	25	Cukup	Risiko korosi stres

Baja 5120 menunjukkan ketahanan korosi yang sedang, menjadikannya cocok untuk lingkungan tertentu tetapi tidak ideal untuk aplikasi yang sangat korosif. Kerentanannya terhadap karat dalam kondisi atmosfer dan pengikisan di lingkungan salin membutuhkan pelapisan pelindung atau perlakuan permukaan dalam aplikasi yang terpapar kelembapan atau agen korosif.

Ketika dibandingkan dengan grade baja lainnya, seperti 4140 dan 4340, 5120 menunjukkan ketahanan korosi yang lebih rendah tetapi menawarkan ketangguhan dan ketahanan aus yang lebih baik. Ini menjadikannya pilihan yang lebih disukai dalam aplikasi di mana sifat mekanik lebih diutamakan dibandingkan ketahanan korosi.

Ketahanan Terhadap Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Berkelanjutan Maksimal	400	752	Cocok untuk suhu sedang
Suhu Layanan Intermiten Maksimal	500	932	Hanya untuk paparan jangka pendek
Suhu Scaling	600	1112	Risiko oksidasi di atas suhu ini
Pertimbangan Kekuatan Creep	400	752	Mulai menurun pada suhu tinggi

Pada suhu tinggi, baja 5120 menjaga kekuatannya tetapi dapat mengalami oksidasi jika tidak dilindungi dengan baik. Kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi cukup memadai, tetapi harus diperhatikan untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu yang melebihi batasnya.

Sifat Pembuatan

Kemampuan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Perlindungan yang Umum	Catatan
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Preheat dianjurkan
TIG	ER80S-Ni	Argon	Diperlukan perlakuan panas setelah pengelasan
Stick	E7018	-	Baik untuk bagian yang lebih tebal

Kemampuan pengelasan baja 5120 sedang; pemanasan awal sering dianjurkan untuk mencegah retak. Perlakuan panas setelah pengelasan dapat meningkatkan sifat pengelasan dan zona yang terkena panas.

Kemampuan Mesin

Parameter Pembuatan	Baja 5120	AISI 1212	Catatan/Saran
Indeks Kemampuan Mesin Relatif	60	100	5120 lebih menantang untuk diproses
Kecepatan Pemotongan Umum	25 m/menit	40 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik

Kemampuan mesin baja 5120 lebih rendah dibandingkan dengan baja yang mudah dikerjakan seperti AISI 1212. Kondisi optimal mencakup penggunaan baja kecepatan tinggi atau alat karbida dan cairan pemotongan yang tepat untuk meningkatkan umur alat.

Formabilitas

Baja 5120 menunjukkan formabilitas yang sedang. Pembentukan dingin dimungkinkan, tetapi harus hati-hati untuk menghindari pengerasan kerja. Pembentukan panas lebih disukai untuk bentuk yang kompleks, karena mengurangi risiko retak dan meningkatkan duktilitas.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Umum	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Annealing	700 - 800 / 1292 - 1472	1 - 2 jam	Udara	Melunakkan, meningkatkan duktilitas
Quenching	850 - 900 / 1562 - 1652	30 menit	Minyak atau Air	Pengerasan
Tempering	400 - 600 / 752 - 1112	1 jam	Udara	Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan

Proses perlakuan panas secara signifikan mengubah mikrostruktur baja 5120, meningkatkan kekerasan dan kekuatan sambil mempertahankan ketangguhan yang memadai. Quenching diikuti oleh tempering umumnya digunakan untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan.

Aplikasi Umum dan Penggunaan Akhir

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Otomotif	Roda gigi	Kekuatan tinggi, ketahanan aus	Penting untuk daya tahan
Mesin	Pori	Ketangguhan, ketahanan kelelahan	Kritis untuk kinerja
Aerospace	Komponen gear pendaratan	Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi	Keamanan dan keandalan

Aplikasi lainnya mencakup:
- Komponen mesin berat
- Perkakas dan cetakan
- Sylinder hidrolik

Pemilihan baja 5120 untuk aplikasi ini terutama karena sifat mekaniknya yang sangat baik, yang memastikan keandalan dan kinerja dalam kondisi yang menuntut.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Baja 5120	Baja 4140	Baja 4340	Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat
Sifat Mekanik Kunci	Ketangguhan tinggi	Kemampuan pengerasan lebih tinggi	Kekuatan superior	5120 menawarkan ketangguhan yang lebih baik
Aspek Korosi Kunci	Cukup	Cukup	Baik	4340 memiliki ketahanan korosi yang lebih baik
Kemampuan Pengelasan	Sedang	Baik	Sedang	4140 lebih mudah untuk dilas
Kemampuan Mesin	Sedang	Cukup	Kurang Baik	4140 lebih mudah untuk diproses
Formabilitas	Sedang	Sedang	Kurang Baik	5120 lebih dapat dibentuk
Perkiraan Biaya Relatif	Sedang	Sedang	Lebih tinggi	5120 ekonomis
Availability Umum	Umum	Umum	Kurang umum	5120 tersedia luas

Saat memilih baja 5120, pertimbangan mencakup sifat mekaniknya, biaya efektif, dan ketersediaan. Meskipun mungkin tidak unggul di setiap kategori dibandingkan alternatif seperti 4140 atau 4340, keseimbangan sifatnya menjadikannya pilihan yang andal untuk banyak aplikasi.

Kesimpulannya, baja 5120 adalah baja paduan karbon sedang yang serbaguna yang menawarkan kombinasi unik kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi teknik. Sifat-sifatnya dapat disesuaikan melalui perlakuan panas dan pemilihan proses fabrikasi yang hati-hati, memastikan kinerja optimal dalam lingkungan yang menuntut.