BAJA PADUAN 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Proses Perlakuan Panas Utama untuk Baja Paduan 5140

Beberapa yang sudah mapan perawatan panas Proses dapat diterapkan pada baja paduan 5140 untuk memodifikasi struktur mikronya dan, akibatnya, sifat fisik dan mekanisnya. Perlakuan ini meliputi annealing, normalisasi, pengerasan dan tempering, austempering, dan pengerasan induksi.

3.1 Anil Baja Paduan 5140

Anil terutama digunakan untuk melunakkan baja paduan 5140, meningkatkan kemampuan mesin dan bentuk.

• Proses: Hal ini melibatkan pemanasan baja pada kisaran suhu 815°C hingga 870°C (1500°F hingga 1600°F), menahannya pada suhu ini selama durasi yang memadai, diikuti oleh proses pendinginan lambat, biasanya pendinginan tungku.
• Hasil: Perlakuan ini bertujuan untuk menghasilkan struktur mikro yang didominasi oleh karbida perlit atau karbida sferoid dalam matriks feritik. Kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah pemanasan baja 5140 dalam kisaran ini adalah sekitar 187 HB. Keadaan lunak ini, yang dicirikan oleh struktur mikronya yang spesifik, sangat ideal untuk operasi manufaktur berikutnya karena kemampuan mesin yang lebih baik dan kemampuan bentuk yang lebih baik.

3.2 Normalisasi Baja Paduan 5140

Normalisasi adalah proses perlakuan panas yang digunakan untuk memperbaiki struktur butiran baja paduan 5140, menciptakan struktur mikro yang lebih seragam dan homogen.

• Proses: Proses ini melibatkan pemanasan baja hingga suhu di atas titik transformasi kritis atasnya (Ac3) dan kemudian mendinginkannya di udara tenang.
• Hasil: Perlakuan ini menghasilkan ukuran butiran yang lebih halus dan seragam, yang dapat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan baja. Normalisasi sering dilakukan sebagai langkah persiapan sebelum perlakuan panas lebih lanjut seperti pengerasan dan tempering, untuk memastikan respons yang konsisten dan optimal terhadap pemrosesan termal berikutnya.

3.3 Pengerasan dan Tempering Baja Paduan 5140

Pengerasan dan tempering (sering disebut memadamkan Dan pengerasan) merupakan perlakuan panas kritis untuk baja paduan 5140 guna mengembangkan keseimbangan optimal antara kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan.

• Proses Pengerasan: Proses ini melibatkan austenitisasi baja, biasanya dengan pemanasan hingga sekitar 840°C (atau sesuai kebutuhan aplikasi tertentu), diikuti dengan pendinginan cepat (quenching) dalam media yang sesuai (misalnya, oli atau air). Tujuannya adalah mengubah austenit menjadi struktur martensit atau bainitik yang keras, yang menghasilkan kekerasan awal yang tinggi.

• Kemampuan pengerasan: Baja paduan 5140 menunjukkan kekerasan yang baik, lebih unggul daripada baja karbon biasa seperti 1040, terutama dalam mencapai kekerasan tembus pada bagian-bagian dengan diameter hingga sekitar 40 mm saat didinginkan dengan air. Misalnya, sampel 5140 berdiameter 15 mm menunjukkan kekerasan yang konsisten di seluruh penampangnya karena pembentukan martensit, karakteristik yang dipertahankan bahkan pada sampel berdiameter 40 mm dalam kondisi pendinginan yang sama. Namun, kekerasannya umumnya lebih rendah daripada tingkatan paduan yang lebih tinggi seperti 4140 atau 4340; hal ini perlu dipertimbangkan saat mengerjakan bagian yang sangat besar, di mana mencapai kekerasan menyeluruh yang seragam sangat penting, karena alternatif paduan yang lebih tinggi mungkin menawarkan pengerasan yang lebih dalam.

• Proses Tempering: Setelah pengerasan, baja menjadi sangat keras tetapi sering kali terlalu getas untuk sebagian besar aplikasi. Tempering melibatkan pemanasan ulang baja yang dipadamkan ke suhu tertentu di bawah suhu kritis terendahnya (Ac1), biasanya antara 175°C dan 705°C (350°F dan 1300°F). Suhu tempering yang dipilih menentukan keseimbangan akhir sifat-sifatnya.
• Hasil: Tempering mengurangi kekerasan dan kekuatan sampai batas tertentu tetapi secara signifikan meningkatkan keuletan dan ketangguhan, menghilangkan tekanan internal yang disebabkan selama pendinginan. Proses ini memungkinkan kontrol yang tepat atas sifat mekanis akhir dari komponen baja paduan 5140, menyesuaikannya dengan tuntutan layanan tertentu.

3.4 Baja Paduan 5140 yang Ditempa

Baja paduan rendah 5140 dianggap sangat cocok untuk austempering, proses transformasi isotermal yang menghasilkan mikrostruktur bainitik.

• Proses: Austempering melibatkan pendinginan baja dari suhu austenitisasinya langsung ke suhu di atas suhu awal martensit (Ms) tetapi di bawah kisaran pembentukan perlit (biasanya dalam zona transformasi bainit). Baja dipertahankan pada suhu ini hingga austenit berubah sepenuhnya menjadi bainit. Untuk baja 5140, transformasi ke bainit ini umumnya selesai dalam waktu 1 hingga 10 menit jika dipertahankan pada suhu antara 315°C hingga 400°C (600°F hingga 750°F).
• Hasil: Proses ini menghasilkan mikrostruktur bainitik, yang dikenal karena kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan keuletannya yang luar biasa, seringkali dengan distorsi yang berkurang dibandingkan dengan pendinginan dan tempering konvensional. Komposisi baja paduan 5140 memungkinkan austempering pada ukuran penampang yang lebih besar dibandingkan dengan baja karbon biasa seperti 1080, karena lebih banyak waktu yang tersedia untuk melewati pembentukan perlit selama pendinginan.

3.5 Pengerasan Induksi Baja Paduan 5140

Untuk aplikasi yang menuntut kekerasan permukaan tinggi dan ketahanan aus yang dipadukan dengan inti yang kuat, baja paduan 5140 dapat dikeraskan secara induksi secara efektif. Proses ini biasanya dilakukan setelah pengerasan awal dan perlakuan tempering untuk mendapatkan sifat inti yang diinginkan.

• Proses: Pengerasan induksi adalah teknik pengerasan permukaan yang menggunakan induksi elektromagnetik untuk memanaskan lapisan permukaan baja dengan cepat di atas suhu transformasinya, diikuti dengan pendinginan segera.
• Hasil: Hal ini menciptakan casing permukaan yang keras sambil mempertahankan sifat-sifat inti yang menguntungkan yang telah ditetapkan sebelumnya (seperti ketangguhan atau kekuatan tinggi). Untuk baja paduan 5140 (sering dikelompokkan dengan 4140 untuk karakteristik ini), pengerasan induksi dapat mencapai kedalaman casing 1,0 mm hingga 2,0 mm, dengan kekuatan inti biasanya berkisar antara 100-140 kgf/mm², tergantung pada diameter komponen dan parameter proses tertentu. Karakteristik sifat ganda ini sangat menguntungkan bagi komponen yang mengalami keausan permukaan dan tekanan inti.

3.6 Ringkasan Pilihan Perlakuan Panas untuk Baja Paduan 5140

Untuk memberi Anda gambaran yang jelas, tabel berikut merangkum proses perlakuan panas utama untuk baja paduan 5140: