Kelas 5 Baja: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Grade 5 Steel, yang biasanya dikenal sebagai Fastener Grade 5, adalah baja karbon menengah yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi rekayasa, terutama untuk pengikat seperti baut dan sekrup. Kelas baja ini diklasifikasikan sebagai baja karbon, khususnya sebagai baja paduan karbon menengah, yang biasanya mengandung kandungan karbon antara 0,30% hingga 0,60%. Unsur paduan utama dalam baja Grade 5 termasuk mangan, yang meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan, serta silikon, yang memperbaiki kekuatan dan deoksidasi selama pembuatan baja.
Tinjauan Komprehensif
Baja Grade 5 dikenal karena sifat mekanik yang sangat baik, termasuk ketahanan tarik yang tinggi dan duktilitas yang baik. Ia sering digunakan dalam aplikasi di mana kekuatan dan ketangguhan sedang diperlukan. Baja ini biasanya diperlakukan panas untuk mencapai kekuatan tarik minimum sebesar 120.000 psi (sekitar 827 MPa), menjadikannya cocok untuk aplikasi yang menuntut.
Kelebihan Baja Grade 5:
- Kekuatan Tinggi: Proses perlakuan panas secara signifikan meningkatkan kekuatan tariknya, menjadikannya ideal untuk aplikasi struktural.
- Duktilitas Baik: Sifat ini memungkinkan beberapa deformasi sebelum patah, yang sangat penting dalam aplikasi di mana pengikat dapat mengalami beban dinamis.
- Ketersediaan Luas: Baja Grade 5 biasanya tersedia dan banyak digunakan di berbagai industri, menjadikannya pilihan utama bagi para insinyur.
Limitasi Baja Grade 5:
- Ketahanan Korosi: Meskipun berkinerja baik di banyak lingkungan, ia tidak sekuat baja tahan karat atau kelas paduan lainnya dalam hal ketahanan korosi.
- Kinerja Suhu Tinggi Terbatas: Sifat mekaniknya dapat menurun pada suhu tinggi, membatasi penggunaannya dalam aplikasi panas tinggi.
Secara historis, baja Grade 5 telah memainkan peran penting dalam industri otomotif dan konstruksi, di mana ia telah digunakan untuk komponen penting yang memerlukan kinerja andal di bawah tekanan.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | G50500 | AS | Ekivalen terdekat dengan AISI 1045 |
| ASTM | A325 | AS | Digunakan untuk baut struktural |
| SAE | J429 Grade 5 | AS | Umumnya digunakan untuk pengikat |
| ISO | 898-1 | Internasional | Ekivalen untuk baut struktural |
| EN | 8.8 | Eropa | Sifat mekanik yang mirip |
| DIN | 10.9 | Jerman | Varian dengan kekuatan lebih tinggi |
| JIS | S45C | Jepang | Perbedaan komposisi minor |
Baja Grade 5 sering dibandingkan dengan kelas lain seperti Grade 8 dan Grade 2. Meskipun Grade 8 menawarkan kekuatan tarik yang lebih tinggi, ia bisa lebih rapuh, menjadikan Grade 5 pilihan yang lebih serbaguna untuk aplikasi yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan dan duktilitas.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.30 - 0.60 |
| Mn (Mangan) | 0.60 - 0.90 |
| Si (Silikon) | 0.15 - 0.40 |
| P (Fosfor) | ≤ 0.04 |
| S (Sulfur) | ≤ 0.05 |
Mangan memainkan peran penting dalam meningkatkan kemampuan pengerasan baja Grade 5, memungkinkan untuk mencapai tingkat kekuatan yang lebih tinggi melalui perlakuan panas. Silikon berkontribusi pada kekuatan keseluruhan dan bertindak sebagai deoksidator selama produksi baja. Karbon adalah elemen paduan utama yang mempengaruhi kekerasan dan kekuatan, sementara fosfor dan sulfur dikendalikan untuk meminimalkan kerapuhan.
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 | 827 - 1,034 MPa | 120 - 150 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Tarik (offset 0.2%) | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 758 - 1,034 MPa | 110 - 150 ksi | ASTM E8 |
| Panjangnya | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell C) | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 25 - 35 HRC | 25 - 35 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak | Quenched & Tempered | -20°C (-4°F) | 27 - 40 J | 20 - 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Gabungan antara kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang tinggi menjadikan baja Grade 5 cocok untuk aplikasi di mana beban mekanis signifikan. Duktilitasnya memungkinkannya untuk menahan beban dinamis tanpa patah, menjadikannya ideal untuk pengikat dalam aplikasi otomotif dan struktural.
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 |
| Konduktivitas Termal | 20 °C | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | 20 °C | 0.49 kJ/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | 20 °C | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
Kepadatan baja Grade 5 berkontribusi pada kekuatan keseluruhannya, sementara titik lelehnya menunjukkan stabilitas termal yang baik. Konduktivitas termal sedang, menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana disipasi panas diperlukan.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | Berubah-ubah | Ambient | Baik | Risiko korosi pitting |
| Asam | Berubah-ubah | Ambient | Kurang Baik | Tidak direkomendasikan |
| Larutan Alkalin | Berubah-ubah | Ambient | Baik | Ketahanan sedang |
| Atmosfer | - | Ambient | Baik | Memerlukan pelindung coating |
Baja Grade 5 menunjukkan ketahanan korosi sedang, terutama dalam kondisi atmosfer. Namun, ia rentan terhadap pitting dalam lingkungan klorida dan tidak boleh digunakan dalam kondisi asam. Dibandingkan dengan baja tahan karat, seperti 304 atau 316, ketahanan korosi baja Grade 5 jauh lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk lingkungan laut atau lingkungan yang sangat korosif.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batasan | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 400 °C | 752 °F | Cocok untuk panas sedang |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 500 °C | 932 °F | Hanya untuk paparan jangka pendek |
| Suhu Scaling | 600 °C | 1112 °F | Risiko oksidasi di atas suhu ini |
Pada suhu tinggi, baja Grade 5 mempertahankan kekuatannya hingga sekitar 400 °C (752 °F) tetapi dapat mengalami oksidasi dan scaling di atas titik ini. Kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi terbatas dibandingkan dengan baja paduan yang lebih tinggi yang dirancang untuk ketahanan panas.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Las
| Proses Las | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argon + CO2 | Baik untuk bagian tipis |
| TIG | ER70S-2 | Argon | Memerlukan pemanasan awal |
| Stick | E7018 | - | Cocok untuk pengelasan lapangan |
Baja Grade 5 umumnya dapat dilas menggunakan proses umum seperti pengelasan MIG dan TIG. Pemanasan awal mungkin diperlukan untuk menghindari retak, terutama pada bagian yang lebih tebal. Perlakuan panas setelah pengelasan dapat meningkatkan sifat-sifat las.
Kemampuan Mesin
| Parameter Pemrosesan | Baja Grade 5 | AISI 1212 | Catatan/Saran |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Pemrosesan Relatif | 60% | 100% | Kemampuan pemrosesan sedang |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (penggilingan) | 30 m/menit | 50 m/menit | Gunakan alat baja kecepatan tinggi |
Baja Grade 5 memiliki kemampuan pemrosesan sedang, yang dapat ditingkatkan dengan alat dan kondisi pemotongan yang tepat. Disarankan untuk menggunakan alat dari baja kecepatan tinggi atau karbida untuk pemrosesan yang efisien.
Formabilitas
Baja Grade 5 menunjukkan formabilitas yang baik, memungkinkan untuk proses pembentukan dingin dan panas. Namun, ia dapat mengalami pengerasan kerja, yang dapat memengaruhi radius pembengkokan. Hati-hati perlu diambil untuk menghindari deformasi yang berlebihan, yang dapat menyebabkan retak.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Penuaian | 600 - 700 | 1 - 2 jam | Udara | Melunakkan, meningkatkan duktilitas |
| Quenching | 800 - 900 | 30 menit | Minyak/Air | Mengeraskan, meningkatkan kekuatan |
| Tempering | 400 - 600 | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas seperti quenching dan tempering sangat penting untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan pada baja Grade 5. Transformasi selama perlakuan ini mengubah struktur mikro, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan.
Aplikasi Umum dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Otomotif | Komponen mesin | Kekuatan tarik yang tinggi, duktilitas | Kepastian di bawah beban dinamis |
| Konstruksi | Baut struktural | Kekuatan tinggi, duktilitas yang baik | Penting untuk integritas struktural |
| Mesin | Pengikat di mesin berat | Kekuatan tarik yang tinggi, ketahanan korosi sedang | Daya tahan di lingkungan yang keras |
- Otomotif: Digunakan dalam komponen mesin dan sistem suspensi karena kekuatan dan ketangguhannya.
- Konstruksi: Umumnya digunakan untuk baut struktural di bangunan dan jembatan.
- Mesin: Digunakan dalam berbagai pengikat dan komponen yang memerlukan kinerja yang andal.
Baja Grade 5 dipilih untuk aplikasi ini karena keseimbangan antara kekuatan, duktilitas, dan ketersediaan, menjadikannya pilihan yang serbaguna bagi para insinyur.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | Baja Grade 5 | Baja Tahan Karat AISI 304 | Baja Paduan AISI 4140 | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Utama | Kekuatan tinggi | Kekuatan sedang | Kekuatan sangat tinggi | Grade 5 lebih duktil daripada 4140 |
| Aspek Korosi Utama | Baik | Excellent | Kurang baik | Grade 5 kurang tahan terhadap korosi dibandingkan 304 |
| Kemampuan Las | Baik | Excellent | Baik | Grade 5 lebih mudah dilas dibandingkan 4140 |
| Kemampuan Mesin | Sedang | Kurang baik | Baik | Grade 5 lebih mudah diproses daripada 304 |
| Formabilitas | Baik | Baik | Kurang baik | Grade 5 lebih mudah dibentuk ketimbang 4140 |
| Perkiraan Biaya Relatif | Sedang | Tinggi | Sedang | Grade 5 hemat biaya untuk banyak aplikasi |
| Ketersediaan Tipikal | Tinggi | Sedang | Sedang | Grade 5 tersedia luas dalam berbagai bentuk |
Saat memilih baja Grade 5, insinyur harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti biaya-efektivitas, ketersediaan, dan kebutuhan aplikasi spesifik. Keseimbangan sifatnya menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi batasan dalam ketahanan korosi dan kinerja suhu tinggi harus diakui.
Singkatnya, baja Grade 5 adalah material serbaguna dan banyak digunakan di industri pengikat, menawarkan kombinasi yang baik antara kekuatan, duktilitas, dan ketersediaan. Sifat-sifatnya menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi pertimbangan yang cermat terhadap batasan-batasannya sangat penting untuk kinerja optimal di lingkungan tertentu.