Baja EN31 (52100): Properti dan Aplikasi Utama

Baja EN31, juga dikenal sebagai Baja Bearing atau 52100, adalah baja paduan karbon tinggi yang terutama diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang. Kualitas baja ini terkenal karena kekerasan yang sangat baik, ketahanan aus, dan kemampuannya untuk menahan beban tinggi, menjadikannya sangat cocok untuk memproduksi elemen yang berputar dalam bearing, seperti bola dan rol. Elemen paduan utama dalam EN31 termasuk kromium, yang meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi, serta karbon, yang berkontribusi pada kekerasan dan kekuatannya.

Ikhtisar Komprehensif

Baja EN31 dicirikan oleh kandungan karbonnya yang tinggi (sekitar 0,95% hingga 1,05%) dan kromium (sekitar 1,30% hingga 1,60%), yang bersama-sama memberikan sifat mekanik yang signifikan. Mikrostruktur baja ini biasanya terdiri dari matriks perlitan halus dengan sementit yang terdispersi, yang dihasilkan dari proses perlakuan panas yang tepat.

Sifat paling signifikan dari EN31 meliputi:

• Kekerasan Tinggi: Tingkat kekerasan yang dapat dicapai dapat mencapai hingga 60 HRC setelah perlakuan panas yang tepat.
• Ketahanan Aus yang Sangat Baik: Kekerasan dan mikrostrukturnya memberikan ketahanan aus yang unggul, menjadikannya ideal untuk aplikasi beban tinggi.
• Kekakuan yang Baik: Meskipun kekerasannya, EN31 mempertahankan kekakuan yang wajar, yang sangat penting untuk aplikasi dinamis.

Kelebihan (Pro):
- Kekuatan fatig yang luar biasa dan ketahanan aus.
- Cocok untuk aplikasi stres tinggi, terutama dalam kontak berputar.
- Kemampuan mesin yang baik dalam kondisi teranil.

Keterbatasan (Kontra):
- Ketahanan korosi yang terbatas dibandingkan dengan baja tahan karat.
- Memerlukan perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai sifat yang diinginkan.
- Dapat menjadi rapuh jika diproses dengan tidak benar.

Secara historis, EN31 telah digunakan secara luas di industri otomotif dan dirgantara untuk komponen seperti gir, poros, dan bearing, menjadikannya sebagai material kritis dalam aplikasi rekayasa.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G52100	USA	Ekivalen terdekat dengan EN31
AISI/SAE	52100	USA	Umumnya digunakan dalam aplikasi bearing
ASTM	A295	USA	Spesifikasi untuk baja krom karbon tinggi
EN	EN31	Eropa	Penunjukan standar di Eropa
DIN	100Cr6	Jerman	Sifat mirip, perbedaan komposisi kecil
JIS	SUJ2	Jepang	Kelas yang sebanding dengan variasi sifat yang sedikit

Perbedaan antara kelas ekivalen ini dapat mempengaruhi pemilihan berdasarkan persyaratan aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun G52100 dan EN31 sering dapat dipertukarkan, G52100 mungkin menawarkan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih baik karena kandungan karbon spesifiknya.

Sifat Kunci

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0,95 - 1,05
Cr (Kromium)	1,30 - 1,60
Mn (Mangan)	0,30 - 0,50
Si (Silikon)	0,15 - 0,40
P (Fosfor)	≤ 0,025
S (Belerang)	≤ 0,025

Peran utama karbon dalam EN31 adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan, sementara kromium meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan aus. Mangan berkontribusi pada kekakuan dan membantu dalam deoksidasi selama pembuatan baja, sedangkan silikon meningkatkan kekuatan dan elastisitas.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Suasana	Suhu Uji	Nilai/Rentang Tipikal (Sistem Metric)	Nilai/Rentang Tipikal (Sistem Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dipadamkan & Ditemper	Suhu Ruang	1000 - 1200 MPa	145 - 174 ksi	ASTM E8
Kekuatan Luluh (0,2% offset)	Dipadamkan & Ditemper	Suhu Ruang	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Peregangan	Dipadamkan & Ditemper	Suhu Ruang	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Kekerasan (HRC)	Dipadamkan & Ditemper	Suhu Ruang	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Kekuatan Impak (Charpy)	Dipadamkan & Ditemper	-20°C (-4°F)	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Gabungan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi membuat EN31 cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban dinamis, seperti bearing dan gir, di mana ketahanan terhadap deformasi sangat penting.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metric)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	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	31,2 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Panas Spesifik	Suhu Ruang	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruang	0,0006 Ω·m	0,000006 Ω·in

Kepadatan EN31 berkontribusi pada berat dan kekuatannya, sementara konduktivitas termal signifikan untuk aplikasi yang melibatkan perpindahan panas. Kapasitas panas spesifik menunjukkan berapa banyak energi yang diperlukan untuk meningkatkan suhu, yang penting dalam proses yang melibatkan siklus termal.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Air	0 - 100	20 - 100 / 68 - 212	Baik	Risiko berkarat
Asam	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Buruk	Rentan terhadap pitting
Kloro	0 - 5	20 - 100 / 68 - 212	Buruk	Risiko retak korosi tegangan
Alkali	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Baik	Ketahanan sedang

Baja EN31 memiliki ketahanan korosi yang terbatas, terutama dalam lingkungan asam dan klorida, menjadikannya kurang sesuai untuk aplikasi yang terpapar kondisi keras tanpa pelapis pelindung. Dibandingkan dengan baja tahan karat, seperti AISI 304 atau AISI 316, kerentanan EN31 terhadap korosi jauh lebih tinggi, sehingga memerlukan langkah-langkah perlindungan dalam lingkungan yang korosif.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Kontinu Maksimal	200	392	Di luar ini, sifat dapat menurun
Suhu Layanan Intermiten Maksimal	300	572	Hanya paparan jangka pendek
Suhu Skala	600	1112	Risiko oksidasi pada suhu lebih tinggi

Pada suhu yang lebih tinggi, EN31 mempertahankan kekerasan dan kekuatannya hingga batas tertentu, tetapi paparan berkepanjangan dapat menyebabkan oksidasi dan hilangnya sifat mekanik. Perlakuan panas yang tepat dapat meningkatkan kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Pelindung Tipikal	Catatan
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Preheat disarankan
TIG	ER70S-2	Argon	Membutuhkan kontrol yang hati-hati
Stik	E7018	Tidak ada	Perlakuan panas pasca-las disarankan

EN31 biasanya tidak direkomendasikan untuk pengelasan karena kandungan karbonnya yang tinggi, yang dapat menyebabkan retak. Memanaskan sebelumnya dan perlakuan panas pasca-las sangat penting untuk mengurangi risiko ini.

Kemampuan Mesin

Parameter Pemesinan	EN31	AISI 1212	Catatan/Tip
Indeks Kemampuan Mesin Relatif	60%	100%	EN31 lebih sulit untuk diproses karena kekerasannya.
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Putar)	30-50 m/menit	60-80 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik.

Pemesinan EN31 memerlukan pertimbangan yang hati-hati terhadap alat dan kecepatan pemotongan karena kekerasannya. Alat karbida disarankan untuk mencapai hasil yang optimal.

Formabilitas

EN31 menunjukkan formabilitas yang terbatas karena kandungan karbon yang tinggi, menjadikannya kurang cocok untuk proses yang memerlukan deformasi signifikan. Pembentukan dingin dimungkinkan tetapi harus dilakukan dengan hati-hati untuk menghindari retak. Pembentukan panas dapat dilakukan pada suhu tinggi untuk meningkatkan duktualitas.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Oven	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	150 - 200 / 302 - 392	1 jam	Udara	Mengurangi kerapuhan, meningkatkan kekakuan

Proses perlakuan panas secara signifikan mempengaruhi mikrostruktur EN31, mengubahnya dari keadaan yang lebih lunak dan lebih ulet menjadi kondisi yang keras dan tahan aus. Perlakuan temper yang tepat sangat penting untuk menyeimbangkan kekerasan dan kekuatan.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir Tipikal

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Otomotif	Bearings bola	Kekerasan tinggi, ketahanan aus	Penting untuk daya tahan
Dirgantara	Poros gir	Kekuatan tarik tinggi, ketahanan fatig	Kritikal untuk keselamatan
Manufaktur	Komponen alat	Kekakuan, kemampuan mesin	Diperlukan untuk presisi
Minyak & Gas	Komponen katup	Ketahanan korosi, kekuatan	Esensial dalam lingkungan yang keras

Aplikasi lainnya termasuk:

• Mesin industri: Digunakan dalam komponen yang memerlukan ketahanan tinggi terhadap aus.
• Robotika: Untuk bagian yang menahan stres tinggi dan memerlukan presisi.
• Perangkat medis: Dalam aplikasi di mana kekuatan dan keandalan sangat penting.

Pemilihan EN31 untuk aplikasi ini terutama disebabkan oleh sifat mekaniknya yang sangat baik, yang memastikan keandalan dan kinerja dalam kondisi yang menuntut.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	EN31	AISI 4140	AISI 440C	Catatan Singkat Pro/Kontra atau Trade-off
Sifat Mekanis Kunci	Kekerasan tinggi	Kekerasan sedang	Kekerasan tinggi	EN31 menawarkan ketahanan aus yang lebih baik tetapi kekakuan yang lebih rendah dibandingkan 4140.
Aspek Korosi Kunci	Baik	Bagus	Excellent	EN31 kurang tahan korosi dibandingkan 440C, yang kritikal di lingkungan tertentu.
Kemampuan Las	Buruk	Baik	Bagus	EN31 memerlukan praktik pengelasan yang hati-hati dibandingkan 4140.
Kemampuan Mesin	Sedang	Baik	Buruk	EN31 lebih sulit diproses daripada 4140, memerlukan alat khusus.
Formabilitas	Terbatas	Bagus	Terbatas	EN31 kurang dapat dibentuk dibandingkan 4140, yang dapat menguntungkan dalam aplikasi tertentu.
Perkiraan Biaya Relatif	Sedang	Sedang	Lebih tinggi	Pertimbangan biaya dapat memengaruhi pemilihan berdasarkan anggaran proyek.
Ketersediaan Tipikal	Umum	Umum	Kurang umum	EN31 tersedia luas, sementara 440C mungkin lebih sulit didapat.

Ketika memilih EN31, pertimbangan meliputi persyaratan aplikasi spesifik, efektivitas biaya, dan ketersediaan. Kekerasan tinggi dan ketahanan ausnya menjadikannya ideal untuk aplikasi di mana daya tahan sangat penting, sementara keterbatasannya dalam ketahanan korosi dan kemampuan las harus ditangani melalui pilihan desain dan pemrosesan yang tepat.

Kesimpulannya, baja EN31 adalah material yang serbaguna dan kokoh yang memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi rekayasa, terutama di mana kinerja tinggi dan keandalan sangat penting. Memahami sifat dan keterbatasannya memungkinkan insinyur untuk membuat keputusan yang tepat untuk hasil aplikasi yang optimal.