Heat Treatment of Carbon Steel – S45C / C45 Steel.

What is AISI S45C Steel Grades / C45 Steel  ?

Tulisan ini merupakan respon kami atas permintaan customer kami yang akan melakukan proses perlakuan panas (heat treatment) pada material baja JIS S45C steel. Heat treatment of carbon steel equivalent AISI 1045 carbon steel /DIN 1.1730 / C45 steel, yang telah kami suplai sebelumnya kepada customer kami tersebut.

Baja JIS S45C Steel (JIS : Japanese Industrial Standard / Standar Industri Negara Jepang) atau equivalent AISI 1045 (AISI : American Iron and Steel Institute,standar Negara Amerika), atau DIN 1.1730 (DIN : Deutsches Institut für Normung/German institute for standardization, standar Negara Jerman), merupakan jenis baja “Medium Carbon Steel” (baja dengan kandungan unsur karbon medium : 0,3-0,5% C).

Dengan kandungan karbon medium ini, memungkinkan baja ini untuk dikeraskan dengan perlakuan panas (heat treatment) untuk membentuk struktur mikro martensit yang keras.

Baja ini saat di supply di pasaran memiliki kekerasan BHN 160-220 (BHN : Brinell Hardness) dan dapat dikeraskan lagi

Bila dilihat dari fungsinya, baja karbon medium ini diklasifikasikan sebagai machinery steel (baja yang dipakai dalam komponen / sparepart mesin) seperti untuk shaft (poros transmisi), crankshaft (poros engkol), gear (roda gigi), coupling, pulley, connecting rods ( batang torak), piston pins ( pena torak ), axles ( poros gandar ), rails (rel kereta api), dll.

 

S45C equivalent, s45c material
Material Baja S45C equivalent, diameter 405 x 1000 mm.

Material S45C-steel sangat sering digunakan karena harganya yang lebih murah dibanding machinery steel lainnya seperti VCL 140 (AISI 4140), VCN 150 (AISI 4340).

Pada umumnya tipe baja karbon ini mempunyai komposisi kimia dengan kandungan – kandungan utamanya antara lain : karbon 0.44%C, manganese antara 0.57 – 0.69%Mn, 0.013 – 0.037%P, 0.033 – 0.038%S, 0.16 – 0,.20%Si. Sedangkan kandungan – kandungan lain dalam jumlah yang relatif sangat kecil dapat untuk memperbaiki sifat mekanis seperti : Cr, Ni, Cu, dan Al.

Untuk memperbaiki sifat-sifat mekanis, dapat pula diberikan dengan perlakuan panas seperti: quenching, tempering, normalizing dan annealing.

Pada umumnya tipe baja karbon AISI / SAE 1045 proses normalisasi nya dilakukan pada temperatur antara 833 – 915 ºC di ikuti dengan pendinginan udara, sedangkan proses anilnya di lakukan pada temperatur antara 790 – 870 ºC untuk menghasilkan nilai kekerasan antara 156 – 217 BHN dan kuat tarik dapat mencapai antara 550 – 800 MPa.

Komposisi Kimia (Chemical Composition) Material S45C Steel dibandingkan jenis steel lainnya ditunjukkan pada tabel 1 dan 2 di bawah ini :

Bahan

C%

Mn%

Si%

S%

P%

V%

Cr%

S45C

0,42-0,50

0,50-0,80

0.04

0,035

0,035

ST52

0.22

1.6

0,55

0,035

0.04

20MnV6

0,16-0,22

1,30-1,70

0,10-0,50

0,035

0,035

0,10-0,20

42CrMo4

0,38-0,45

0,60-0,90

0,15-0,40

0.03

0.03

0,90-1,20

40Cr

0,37-0,45

0,50-0,80

0,17-0,37

0,80-1,10

Tabel 1. chemical composition of AISI 1045 / S45C steel/ C45 steel.

Bahan TS N / MM2 YS N / MM2 E% (MIN) Charpy KONDISI
S45 610 355 15 > 41J
S45 800 630 20 > 41J Q + T
ST52 500 355 22
20MnV6 750 590 12 > 40J
42CrMo4 980 850 14 > 47J Q + T
40Cr 1000 800 10 Q + T
Tabel 2. Mechanical Properties

Bahan

C%

Mn%

Si%

S%

P%

Cr%

Ni%

Cu%

Mo%

Al%

BHN

S45C

0,45

0,65

0.22

0,004

0,008

0.34

0.02

0.015

0.015

0.031

158

Tabel.3. Sertifikat Material equivalent AISI 1045

Berdasarkan data sertifikat material pada tabel 3, terlihat bahwa material yang kami supply adalah benar baja dengan spesifikasi JIS S45C Steel, equivalent AISI 1045, DIN C 45 W, HITACHI NS 1045, ASSAB 760, dan THYSSEN 1.1730.

Proses Perlakuan Panas Material Baja S45C equivalent

Telah disebutkan di atas bahwa dengan kandungan karbon medium (0.3-0,5%C) ini, baja S45C memungkinkan untuk dikeraskan dengan perlakuan panas (heat treatment) untuk membentuk fasa dengan struktur mikro martensit yang keras.

Baja ini saat di supply di pasaran memiliki kekerasan BHN 160-220 (BHN : Brinell Hardness) dan dapat dikeraskan lagi  hingga mencapai 50-55 Hrc tergantung proses dan media pendinginan celup cepat (quenching media) yang dipakai.

Media quenching yang dipakai yakni media air atau olie. Laju kecepatan pendinginan air (water) tentu lebih cepat daripada Olie. Sehingga untuk mengurangi resiko retak, maka sebaiknya di[ilih media pendingin olie.

Agar kekerasan material S45C steel dapat sesuai dengan standar kekerasan yang diharapkan konsumen maka perlu dipertimbangkan berbagai variabel. Variabel bebas yang digunakan adalah media pelindung, suhu austenitizing, media quenching dan perlakuan stress relieving, variabel terikat yang digunakan adalah suhu pre-heating, suhu tempering, waktu tahan/holding time austenitizing, ukuran diameter dan tebal material.

Ukuran diameter dan tebal material dijadikan konstan agar hasil yang didapat memiliki rentang yang pendek (Brammer dkk, 2011). Lamanya waktu dan suhu sangat menentukan kenaikan kekerasan yang dapat dicapai (Kuscu dkk, 2008). Quenching merupakan proses lanjutan autenitizing, dengan menggunakan media pendingin untuk mencapai kekerasan.

Tanpa salah satu proses tersebut di atas maka kekerasan tidak akan tercapai (Raygan dkk, 2008). Perlakuan-perlakuan tersebut akan membuat perubahan microstructure material awal menjadi lebih kuat dan keras (Clarke dkk, 2011). Kekerasan juga tidak dapat tercapai apabila terjadi dekarburisasi (Shin dkk, 2009). Metode yang tepat akan memberi beberapa keuntungan seperti meminimalkan biaya produksi, menjaga agar kualitas dan standar tetap terpenuhi, serta pada akhirnya meningkatkan persaingan di dalam pasar industri.

Proses hardening atau perlakuan panas (heat treatment), banyak juga orang umum menyebutnya proses penyepuhan, merupakan sekumpulan proses yang saling terkait satu sama lain. Hal tersebut berarti setiap langkah atau proses begitu penting peranannya karena dapat menentukan keberhasilan atau kegagalan proses hardening. Beberapa hal penting yang mempengaruhi kegagalan hardening, antara lain :

a.    Suhu Austenitizing
b.    Holding time (waktu tahan) Austenitizing

c.    Media pelindung Austenitizing
d.    Media Quenching.

Bersambung…..

Daftar Pustaka

  • Special Steel. PT. Steelindo Persada : Bandung.
  • Era Satyarini 1), Baju Bawono 2), Optimalisasi Sifat-sifat Mekanik material S45C, Fakultas Teknologi Industri, Program Studi Teknik Industri,Universitas Atma Jaya Yogyakarta  (2013).
  • Brammer, P., Mauvoisin, G., Bartier, O., Hernot, X., & Sablin, S.-S. (2011).
  • Influence of sample thickness and experimental device configuration on the spherical indentation of AISI 1095 steel. Journal of Materials Research,  27(01), 76–84. doi:10.1557/jmr.2011.247
  • Clarke, K. D., Van Tyne, C. J., Vigil, C. J., & Hackenberg, R. E. (2011).
  • Induction Hardening 5150 Steel: Effects of Initial Microstructure and Heating Rate. Journal of Materials Engineering and Performance, 20(2), 161–168. doi:10.1007/s11665-010-9825-8
  • Creswell, J. W. (2010). Research Design Pendekatan Kualitatif, Kuantitatif, dan Mixed. Hal 3-28 dan 304-324. Pustaka Pelajar : Yogyakarta.
  • H.M., Jogiyanto. (2008). Pedoman Survei Kuesioner (Ed. 1). Hal 169-175. Badan Penerbit Fakultas Ekonomika dan Bisnis UGM. Yogyakarta.
  • Kuscu, H., Becenen, I., & Sahin, M. (2008). Evaluation of temperature and properties at interface of AISI 1040 steels joined by friction welding. Assembly Automation, 28 (4), 308 – 316. doi: 10.1108/ 01445150810904468
  • Rajan, T.V., Sharma, C.P., dan Sharma, A. (1994). Heat Treatment-Principles and Techniques (Ed. 4). 1-3, 97-122, 238-240. Jaipur-India: Prentice Hall of India.
  • Raygan, S., Rassizadehghani, J., & Askari, M. (2008). Comparison of Microstructure and Surface Properties of AISI 1045 Steel After Quenching in Hot Alkaline Salt Bath and Oil. Journal of Materials Engineering and Performance, 18(2), 168–173. doi:10.1007/s11665-008-9273-x
  • Shin, H. S., Kim, S. W., Kim, H. P., & Park, J. K. (2009). Effect of Decarburization Heat Treatment and Chromium Addition on Corrosion Behavior of Carbon Steel, (May)
  • Suroto, A. dan Sudibyo, B. (1983). Ilmu Logam Metallurgy. ATMI Michael College. Solo: ATMI PRESS.