makalah nitriding

Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang

Logam mempunyai sifat-sifat istimewa yang menjadi dasar penggunaanya. Salah satu sifat yang dimiliki oleh logam adalah sifat mekanik. Sifat-sifat mekanik yang dimiliki oleh logam antara lain kekuatan, kekerasan, ketangguhan, keuletan, mampu bentuk, dan mampu las. Sifat-sifat mekanik tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain komposisi kimia, perlakuan yang diberikan, dan struktur butirnya. Pengerasan permukaan disebut juga surface hardening, dapat dikatakan sebagai suatu proses perlakuan panas untuk memperoleh pengerasan hanya pada lapisan permukaan saja. Dengan demikian, lapisan permukaan mempunyai kekerasan yang tinggi sedang bagian yang lebih dalam tetap seperti semula. Dengan kekerasan rendah tetapi keuletan / ketangguhannya tinggi. Surface hardening, merupakan sebuah proses yang termasuk satu dari berbagai macam teknik pengerjaan material, digunakan untuk menaikkan ketahanan aus material tanpa mempengaruhi kelunakan maupun ketangguhan dari material. Kombinasi permukaan yang keras dan ketahanan terhadap kerusakan berguna dalam parts seperti ring gear yang harus memiliki permukaan yang sangat keras untuk mengatasi keausan, bagian inti dari benda yang akan diproses akan menahan pengaruh yang terjadi selama pengoperasian material. Dalam dunia industri sering kali diperlukan bahan yang keras, yang tahan aus. Tetapi baja keras yang diperoleh dengan proses pengerasan tembus (through hardening), seperti yang telah dibahas didepan akan mengakibatkan turunnya keuletan / ketangguhan. Dalam banyak hal sering kali keuletan / ketangguhan ini juga diperlukan, disamping sifat tahan ausnya. Untuk itu surface hardening merupakan salah satu jalan keluar yang cukup baik. Dengan surface hardening akan diperoleh permukaan yang keras, tahan aus, dan bagian dalam yang masih ulet / tangguh, sehingga secara keseluruhan baja itu masih ulet / tangguh. 1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana proses kerja dari perlakuan nitriding? 2. Bagaimana sifat benda yang dihasilkan dari proses nitriding? 3. Apa kelebihan proses nitriding?

Heat Treatment-Nitriding | 1

1.3 Tujuan dan Manfaat Tujuan 1. Memberikan penjelasan tentang kerja dari perlakuan nitriding 2. Memberikan penjelasan tentang sifat benda yang dihasilkan dari proses nitriding 3. Memberikan penjelasan tentang kelebihan serta kekurangan dari proses nitriding Manfaat 1. Menambah pengetahuan tentang car kerja perlakuan nitriding 2. Menambah pengetahuan tentang sifat benda kerja hasil nitriding 3. Menambah pengetahuan tentang kelebihan dan kekurangan tentang nitrin g


Bab 2 Pembahasan 2.1 Mengenal Nitriding Nitriding

Nitriding merupakan proses laku panas pada logam secara thermochemical dimana atom nitrogen aktif akan berdifusi kedalam baja membentuk nitrida. Nitrida yang terbentuk ini sangat keras dan stabil. Nitrogen aktif ini bisa diperoleh dari gas ammonia dan bila dipanaskan pada temperatur nitriding antara (500-600 )°C akan berdisosiasi menjadi nitrogen aktif dan gas hidrogen : 1. Gas nitriding Menggunakan gas nitrogen (Moraes, 2001) 1

2

N2

Naktif

Naktif akan mengikat unsur paduan membentuk nitride: Al + Naktif AlN ( Aluminium nitrides) 1. Gas nitriding menggunakan gas ammonia (Zakharov, 1962) : 2NH3 N2 + 3H2 Pada dasarnya semua baja dapat di nitriding tetapi hasil yang optimal dapat diperoleh bila baja membentuk unsur paduan yang membentuk nitrida ( Nitride Forming Element ) seperti aluminium, titanium, nikel, chrom dan molybdenum. Pengaruh unsur paduan setelah nitriding dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Pengaruh Unsur Paduan Proses Nitriding Sumber : Rainer Leppanen & Hakan Jonsson, 1999:5

Seluruh baja dan besi cor yang dapat dikeras haruslah dikeraskan dan di ”temper” dahulu sebelum dilakukan proses nitriding, dimana temperatur


tempering harus cukup tinggi untuk menjaga kestabilan struktur pada proses nitriding (minimal 100 oC diatas temperature nitriding).

Gambar Skema Perapian Nitriding Nitriding dilakukan dengan memanaskan baja di dalam dapur dengan atmosfer yang mengandung atom nitrogen aktif, yang akan berdifusi kedalam baja dan bereaksi dengan unsur dalam baja membentuk nitrida. Nitrida yang terbentuk ini sangat keras dan stabil. Nitrogen aktifini di peroleh dari gas ammonia yang bila dipanaskan pada temperature nitriding, 500 – 600°C, akan berdissosiasi menjadi nitrogen aktif dan gas hydrogen :

2 NH3

2 NH2 + H2


Pada dasarnya semua baja dapat di nitriding, tetapi hasil yang baik diperoleh bila baja mengandung unsure paduan yang membentuk nitrida (nitide forming element) seperti aluminium, chrom atau molybden. Benda kerja yang kan di Nitriding di masukkan kedalam dapur yang ke dapur udara dan gas ammonia dialirkan secara kontinyu selama pemanasan pada temperature 500 – 600 °C. Proses ini berlangsung lama, dapat sampai beberapa hari. Kekerasan yang sangat tinggi (sampai Rc 70)

langsung terjadi setelah

terjadinya nitrida, tanpa perlu melakukan quenching. Dengan demikian benda kerja terhindar dari kemungkinan distorsi / retak dan tegangan sisa. Nitrida yang terbentuk sangat stabil. Kekerasannya hampir tidak berubah dengan pemanasan, walaupun sampai lebih dari 600 °C ( bandingkan dengan martensit yang mulai menjadi lunak pada temperature yang jauh lebih rendah, 200 °C). Walaupun proses nitriding ini berlangsung lama sekali tetapi tebal kulit yang terjadi tipis sekali. Baja untuk dinitriding biasanya tidak boleh terlalu lunak 0,3 – 0,4 % C, agar mampu mendukung kulit yang terlalu tipis. Biasanya benda kerja harus selalu di machining halus dan ukuran sudah sangat mendekati ukuran akhir, sehingga sesudah nitriding tidak ada lagi proses machining selain polishing / lapping. Baja yang dinitriding mempunyai sifat tahanaus yang sangat baik, juga sifat terhadap kelelahan menjadi lebih baik. Demikian juga sifat tahan korosinya. Pertimbangan metalurgi dan Syarat-syarat Proses.

Nitriding adalah metode termokimia feritik dengan mendifusikan nitrogen ke permukaan baja atau besi cor. Proses difusi ini didasarkan pada kelarutan nitrogen dalam besi, seperti yang ditunjukkan diagram equilibrium iron-nitrogen (gambar a)


Gambar a. diagram iron-nitrogen equilibrium. δ-phase tidak ditampilkan pada diagram ini, terdapat 11,0-11,35% N pada suhu di bawah sekitar 500 ° C (930 ° F).

Batas kelarutan nitrogen dalam besi tergantung pada temperaturn ya, pada suhu 450 C(840 F) paduan besi akan menyerap hingga 5,7-6,1% dari N. Di luar ini, fase pembentukan permukaan pada baja paduan cenderung dominan untuk epsilon (ε) fase. Hal ini sangat dipengaruhi oleh kandungan karbon pada baja, semakin besar kandungan karbon, semakin potensial untuk membentuk ε fase. Karena suhu terus meningkat menjadi tempertur γ-fase pada 490 C(914 F), Batas kelarutan mulai menurun pada temperatur sekitar 680 C(1256 F). Diagram equilibrium menunjukkan bahwa kontrol difusi nitrogen sangan penting untuk keberhasilan proses (gambar 1). Sejumlah parameter proses nitriding harus diterapkan dan dikontrol agar proses nitriding dapat berlangsung dengan baik. Sebagian besar parameter tersebut dapat dikontrol dengan instrumentasi dan metode yang relatif sederhana. Contoh parameter untuk gas nitriding meliputi:


     

suhu tungku control proses waktu aliran gas pengendali aktivitas gas pemeliharaan ruang proses.

Semua faktor ini membantu mengurangi distorsi selama proses tersebut, dengan mengesampingkan tegangan sisa yang diinduksi. Manfaat lain dari nitriding adalah bahwa proses ini bertindak sebagai proses penstabil dengan menyediakan penambahan temperatur untuk pengolahan baja. Pengendalian parameter proses diperlukan untuk menjamin pembentukan lapisan permukaan metallurgi. Tanpa kontrol, pengulangan dari persyaratan metallurginya tidak dapat dijamin ketersediaanya. Faktor Pengendali proses: adalah elemen-elemennya yang akan menjamin proses yang terkontrol dan hasil kerjanya:     

 

Total luas permukaan yang akan dinitridasi tekanaan proses di dalam ruang tertutup sistem tekanan pemberian gas ke dalam ruang tertutup(chamber) Sistem gas buang dari ruang chamber Pengendalian prosedur pemanasan awal sebelum dinitriding, termasuk menghilangkan relief tegangannya, hardening, dan tempering kualitas dan integritas pembersihan permukaan baja sebeleum dinitriding Kesesuaian sifat kimiawi baja untuk memaksimalkan nitridingnya.


2.2 Tujuan dari Nitriding 

Mendapatkan kekerasan permukaan yang tinggi



Meningkatkan ketahanan pakai dan sifat “anti galling”



Meningkatkan ketahanan terhadap umur kelelahan



Meningkatkan ketahanan terhadap korosi



Meningkatkan ketahanan kekerasan permukaan terhadap kenaikkan temperature sampai temperatur nitriding.

2.3 Macam-macam Proses Nitriding a. Gas Nitriding

Gas dimasukkan logam pada dengan gas

nitriding adalah suatu kasus proses pengerasan dimana nitrogen ke dalam permukaan dari paduan besi yang kokoh dengan menahan suhu yang sesuai( di bawah Ac 1 , untuk baja ferritik) dihubungkan nitrogen, biasanya amoniak(NH 3). Pendinginan(quenching) tidak


diperlukan untuk produksi material keras. Temperaturnya untuk semua jenis baja adalah antara 495-565 °C (925 and 1050 °F). Alasan utama nitridasi adalah: 

Untuk mendapatkan kekerasan permukaan yang tinggi



Untuk meningkatkan ketahanan aus dan sifat anti lecet



Untuk meningkatkan umur fatigue



Untuk meningkatkan ketahanan korosi (kecuali untuk baja t ahan karat)



Untuk mendapatkan permukaan yang tahan terhadap efek pelunakan panas sampai pada suhu nitridasi

Karena ketiadaan kebutuhan pendinginan, dengan attendant/penjagaan perubahan volume, dan suhu yang relatif rendah digunakan dalam proses ini, nitridasi baja menghasilkan lebih sedikit distorsi dan deformasi daripada proses carburizing ataupun konvensional-hardening. Baja nitridable

Unsur-unsur paduan yang umum digunakan pada baja seperti, aluminium, kromium, vanadium, tungsten, dan molibdenum bermanfaat dalam nitridasi karena unsur-unsur tersebut membentuk nitrida yang stabil saat suhu nitridasi. Molybdenum, selain kontribusinya sebagai pembentuk nitrida, juga mengurangi risiko penggetasan pada suhu nitridasi. Elemen paduan lainnya, seperti nikel, tembaga, silikon, dan mangan, hanya memiliki sedikit fungsi. jika ada, efeknya hanya pada karakteristik nitridasi. Walaupun pada suhu yang sesuai, semua baja dapat membentuk nitrida besi saat pendifusian nitrogen, hasil nitridasi lebih menguntungkan pada baja-baja yang mengandung satu atau lebih elemen paduan pembentuk nitrida. Karena Alluminium merupakan elemen pembentuk nitrida terkuat, Baja yang mengandung paduan Al(0,85-1,50%Al) menghasilkan hasil nitridasi terbaik dalam hal kandungan keseluruhan paduan. Baja paduan Chromium dapat mendekati hasil yang terbaik tersebut jiika kandungan yang diberikan cukup tinggi. Baja karbon murni tidak cocok untuk nitridasi-gas karena sangat rapuh dan mudah pecah, dan peningkatan kekerasannya pada zona penyebaran sangat kecil. Baja berikut dapat dinitridasi(gas nitriding) untuk aplikasi tertentu: a. Baja paduan rendah yang mengandung Aluminium b. Baja kardon sedang, baja paduan rendah dengan kadar chromium seri 4100,4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800


c. Baja hasill pengerjaan die hot-working dengan 5% kadar Chromium seperti H11, H12, dan H13 d. Baja rendah karbon, dengan paduan Chromium 3300, 8600, dan 9300 e. Baja perkakas keras A-2, A-6, D-2, D-3 dan S-7 f. Baja High-Speed tool seperti M-2, dan M-4 g. Nitronic stainless steels seperti 30, 40, 50, dan 60 h. Ferritic dan martensitic stainless steels seri 400 dan 500 i. Austenitic Stainless steels seri 200 dan 300 j. precipitation-hardening stainless steels seperti 13-8 PH, 15-5 PH, 17-4 PH, 17-7 PH, A-286, AM350, dan AM355 Tabel 1. Komposisi nilai dan siklus awal perlakuan panas untuk baja paduan rendah berkadar Aluminium umumnya diproses dengan gas-nitriding.

(a) Bagian sampai dengan diameter 50 mm (2 inci), dikuens dengan minyak, bagian yang lebih besar bisa dikuens dengan air. Baja berkadar Al menghasilkan kondisi nitrida dengan kekerasan yang sangat tinggi dan memiliki ketahanan aus yang sangat baik. Namun, hasil nitriding juga memiliki keuletan yang rendah, sehingga keterbatasan ini harus dipertimbangkan dengan cermat dalam pemilihan Aluminium penyusun baja. Sebaliknya, baja paduan rendah berkadar Cr menyediakan kondisi nitrida yang jauh lebih ulet tetapi dengan kekerasan yang lebih rendah. Namun demikian, baja ini menawarkan ketahanan aus yang cukup besar dan sifat anti-galling/lecet yang baik. Baja perkakas seperti H11 dan D2, menghasilkan kekerasan yang tinggi dengan kekuatan inti yang sangat tinggi pula. Keadaan sebelum diperlakukan panas

Semua baja harus dikeraskan dan ditemper sebelum dilakukan nitiriding. Temperatur Tempering harus cukup tinggi untuk menjamin stabilitas struktur pada suhu nitiriding. Suhu minimum temperingnya sedikitnya 30 ° C (50 ° F) lebih tinggi daripada suhu maksimum yang akan digunakan untuk nitriding.

Dalam paduan tertentu, seperti baja seri 4100 dan 4300, kasus pengerasan dengan nitriding dimodifikasi secara berarti oleh kekerasan inti; yakni penurunan hasil kekerasan inti di dalam penurunan kekerasan hasil nitridasi. Akibatnya, untuk mendapatkan hasil kekerasan maksimum, baja ini biasanya dilengkapi


dengan kekerasan inti yang maksimum dengan melakukan proses tempering pada temperatur tempering yang diijinkan. Aplikasi

Contoh aplikasi khas dari proses gas-nitriding dan prosedurnya akan ditampilkan pada tabel 2. Sedangkan dalam tabel 3 termuat contoh benda yang dinitridasi dan cara mengatasi problem yang muncul ketika benda dikeraskan dengan metode ini. Tabel 2.

Tabel 3.


Tahap single dan Doble Nitriding

Proses Tunggal dan doble nitriding dapat digunakan bila menggunakan nitriding dengan senyawa anhidrat amonia. Dalam tahap tunggal, suhu dalam kisaran sekitar 495-525 ° C (925-975 ° F) digunakan, dan tingkat disosiasi berkisar 15-30%. Proses ini menghasilkan kegetasan, lapisan kaya nitrogen dikenal sebagai lapisan nitrida putih pada permukaan hasil nitriding. Proses tahap ganda, dikenal sebagai proses Floe yang memiliki keuntungan mengurangi ketebalan lapisan nitrida putih. Tahap pertama dari proses tahap ganda-kecuali untuk waktu, adalah penduplikasian proses tahap tunggal. Tahap ke dua dapat dilanjutkan pada suhu nitriding yang digunakan untuk tahap pertama, atau suhu dapat ditingkatkan dari 550-565 ° C (1025-1050 ° F), namun, pada temperatur tersebut, laju disosiasi pada tahap kedua ditingkatkan hingga 65-80%(idealnya, 75-80%). Umumnya, pendisosiasi eksternal gas amonia dibutuhkan untuk mendapatkan disosiasi tahap ke-2 yang lebih tinggi. Tujuan utama nitridasi doble stage adalah untuk mengurangi kedalaman dari lapisan putih yang diproduksi pada permukaan hasil nitriding. Selain untuk pengurangan jumlah amonia yang dipakai tiap jam, tidak ada keuntungan dalam penggunaan proses doble-stage, kecuali jika jumlah lapisan putih yang diproduksi pada single-stage nitriding tidak dapat ditoleransi pada hasil akhir benda kerja, atau jika jumlah finishing yang diperlukan setelah nitriding berkurang cukup besar. Pada gambar 1, jumlah lapisan putih yang terbentuk selama 25 jam proses nitriding double-stage dibanding dengan yang terbentuk dengan proses nitriding single-stage selama 24 jam untuk material yang sama.


Gambar 1. Mikrostruktur dari 4140 steel yang dikuens dan ditemper setelah (a) gas nitriding selama 24 jam pada 525 ° C (975 ° F) dengan 20-30% disosiasi dan (b) gas nitriding selama 5 jam pada 525 ° C (975 ° F) dengan 20-30% disosiasi dilanjutkan proses tahap 2 selama 20 jam pad suhu 565 °C (1050 °F) dengan 7580% disosiasi. Kedua spesimen dikuens dengan minyak dari suhu 845 C(1550 F) ditemper selama 2 jam pada 620 C(1150 F) dan permukaan diaktifkan dengan Mangan Fosfat sebelum dinitriding. (a) Struktur setelah single-stage nitriding 0.005-0.0075 mm (0.0002-0.0003 in.) lapisan permukaan putih (Fe2N), besi nitrida dan martensite hasil tempering. (b) Tahap ke-2(doble-stage) memiliki disosiasi tinggi disebabkan tidak adanya lapisan putih dan struktur akhir memiliki lapisan penyebaran nitrida pada matriks baja martensite hasil temper.

Gambar 2. Menunjukkan pengaruh waktu niridasi pada kedalaman permukaan untuk 4140 steel selama proses doble-stage nitriding pada suhu 525 C(975 F) untuk kedua macam tahap. Penggunaan temperatur yang tinggi selama tahap kedua akan menghasilkan kedalaman lapisan dengan kekerasan yang sedikit lebih rendah.


Gambar 2. Kedalaman lapisan yang dikembangkan pada baja seri 4140 selama proses doble-stage nitriding. Angka menunjukkan durasi proses nitriding pada disosiasi 15-25%. Sisa dari siklus pada disosiasi 83-85%. Ringkasnya, penggunaan suhu yang lebih tinggi selama tahap kedua berfungsi: 

menurunkan kekerasan lapisan hasil



meningkatkan kedalaman lapisan hasil





dapat menurunkan kekerasan inti tergantung pada suhu awal tempering dan total waktu siklus nitridasi dapat menurunkan kedalaman lapisan hasil karena hilangnya kekerasan inti, tergantung pada seberapa efektif lapisanpermukaan tersebut ditetapkan

Prosedur Pengoperasian

Setelah hardening dan tempering, sebelum dilakukan nitriding, Benda(parts) harus dibersihkan secara menyeluruh. Sebagian besar benda yang akan diproses dapat berhasil dinitriding segera setelah vapor degreasing. Namun, beberapa proses pemesinan finishing seperti buffing, lapping, grinding dan burnishing bisa menghasilkan permukaan yang menghambat nitriding dan menghasilkan kedalaman hasil kerja yang tidak merata dan juga distorsi. Ada beberapa metode yang jika permukaan benda kerja yang dikerjakan akan berhasil dikondisikan sebelum proses nitriding. Salah satu metodenya yaitu pembersihan uap dan kemudian pembersihan dengan material abrasive pasir Aluminium Oxida atau abrasive lainnya seperti garnet, silicon carbida, seketika sebelum nitriding. Setiap pasir yang tersisa harus dihilangkan sebelum benda(parts) dimuat ke tungku. Parts harus dibersihkan dengan sarung tangan bersih. Pembersihan Tungku


Setelah pemuatan dan dan penguncian tungku pada awal siklus nitriding, hal ini dilakukan untuk membersihkan udara dari cetakan sebelum tungku dipanaskan sampai suhu di atas 150 C(300 F). Ini mencegah oksidasi parts dan komponen tungku, dan jika amonia digunakan sebagai atmosfer pembersih, akan menghindarkan produksi campuran yang rawan terjadi ledakan. Nitrogen lebih dipilih untuk menggantikan amonia untuk pembersihan, tapi tindakan yang sama harus diambil untuk menghindari oksidasi benda(parts), kecuali bila oksidasi sengaja diadakan untuk dimasukkan sebagai bagian dari siklus. Siklus pembersihan menggunakan amonia anhidrat adalah sebagai berikut: 





tutup tungku dan mulai mengalirkan gas amonia anhidrat secepat laju aliran yang praktis dengan langkah pertama Atur temperatur tungku pada 150 C(300 c) secara bersamaan. Panaskan tungku pada suhu tersebut dan tidak lebih. ketika tungku telah dibersihkan................

Tidak layak menggabungkan pra-oksidasi sebagai bagian dari siklus kecuali nitrogen tersedia sebagai media pembersih pada akhit tahap pengoksidasi yakni di suhu 320 C(625 F). Perhatian: Dalam keadaan apapun, amonia dimasukkan ke dalam tungku yang berisi udara pada 330 C karena bahaya ledakan. Pembersihan digunakan juga pada akhir siklus nitridasi ketika tungku didinginkan dari suhu nitridasi. Ini nerupakan praktek umum untuk menghilangkan amonia yang tersisa dalam tabung kimia dengan nitrogen untuk menegurangi jumlah amonia yang harusnya dilepaskan ke daerah kerja ketika beban dihilangkan. Pengenceran amonia mengurangi ketidaknyamanan bagi karyawan yang bekerja dekat tungku. Pemasukan nitrogen ke retort(tabung kimia) dapat ditunda sampai benda yang diniitriding telah dingin di bawah suhu 150 C. Nitrogen Amonia untuk pembersihan. Keuntungan nitrogen sebagai gas pembersih mencakup keamanan, kemudahan penanganan dan kemudahan kontrol. Penggunaan nitrogen, bagaimanapun, membutuhkan peralatan tambahan, semacam pemipaan. Amonia tidak memerlukan peralatan tambahan dan relatif aman bila ditangani dengan benar. Perhatian: Campuran 15-25% amonia di udara akan meledak jika kena percikan api. Tungku Pemanasan dan Pendinginan

Untuk alasan ekonomi, umumnya diinginkan penghematan waktu sesingkat mungkin dengan pemanasan dan pendinginan secepat peralatan yang mengijinkan dan memungkinkan mengikuti pertimbangan berikut. Ini dapat berguna untuk:






batasi tingkat pemanasannya, misalnya sampai 55 C/jam atau lebih lambat untuk memberikan waktu untuk pengeluaran setiap kotoran sisa pada pekerjaan sebelum mencapai suhu nitriding Panaskan dan dinginkan pada batas tertentu untuk meminimalkan gradient suhu di seluruh beban dan bagian kompleks benda, sehingga meminimalkan distorsi

Banyak tungku jenis pit yang dilengkapi dengan het e xchanger yang akan mempercepat pendinginan dari tungku dan beban kerja pada akhir siklus nitriding. Ketika sebuah heat exchanger yang dilengkapi air pendingin difungsikan, elemen pemanas tungku akan dimatikan ketika siklus nitriding selesai dan suhu tungku turun sekitar 55 C(100 F). Pda titik ini, amonia mengalir dua kali lipat, dan air pendingin dihidupkan pada heat exchanger. Blower sirkulasi pada heat exchanger juga dinyalakan, dan katup dibuka untuk memungkinkan sirkulasi dari atmosfer tungku melalui heat exchanger. Perhatian besar harus dilakukan untuk memastikan aliran gas mengarah ke tungku yang dibuktikan dengan gelombang gas yang keluar. Ketika gas mengalir melalui tungku yang telah stabil, aliran dapat dikurangi hingga keadaan minimum yang diperlukan untuk tekanan positif . Setelah pendinginan sampai 150 C atau dibawahnya, tungku dapat dibuka. Kedalaman dan kekerasan lapisan

Dua kriteria yang umum disebutkan dalam pengendalian sifat lapisan, variasi tidak hanya dengan durasi dan kondisi nitriding, tapi juga dengan komposisi baja, struktur sebelumnya dan kekerasan inti. Perubahan Distorsi dan Dimensi

Distorsi dalam nitriding bisa disebabkan oleh: 





relief tegangan sisa dari operasi sebelumnya seperti welding, hardening, machining, dll tegangan muncul selama nitriding karena pemanasan dan pendinginan yang terlalu cepat dan tidak rata tegangan disebabkan oleh peningkatan volum yang muncul dalam lapisa n. Perubahan ini menyebabkan terjadinya peregangan inti, yang menghasilkan tegangan tarik yang diimbangi oleh tegangan tekan dalam lapisan setelah benda didinginkan sampai suhu kamar. Besarnyanpengaturan tetap dalam inti dan lapisan dipengaruhi oleh kekuatan yield material, ketebalan lapisan, dan jumlah dan sifat nitrida yang terbentuk.


b. Ion Nitriding

Plasma nitriding biasanya juga dikenal sebagai ion nitriding atau glowdischarge nitriding . Plasma nitriding merupakan pengembangan dari konvensional gas nitriding dimana sumber gas bisa diperoleh dari ammonia atau campuran antara nitrogen dan hidrogen. Proses tersebut berlangsung pada tekanan gas (10-800) Pa dengan menggunakan tegangan listrik antara (300-800 ) V. Sehingga gas terionisasi dan akan melakukan bombardment pada benda kerja. Plasma nitriding dilakukan pada temperatur 400-800°C (Rainer Leppanen & Hakan Jonsson, 1999: 9). Ion nitriding adalah metode pengerasan permukaan dengan menggunakan teknologi pelucutan cahaya untuk memasukkan unsur nitrogen ke permukaan logam untuk selanjutnya disebarkan ke material. Dalam ruang hampa, energi listrik tegangan tinggi digunakan untuk membentuk plasma, dimana ion nitrogen dilucutkan untuk menempa benda kerja. Ion ini menembak benda kerja sehingga membentuk panas, membersihkan permukaan dan mengaktivasi nitrogen. Ion nitriding memberikan kontrol yang lebih baik pada sifat kimia lapisan dan keseragaman dan memiliki keuntungan lain, seperti rendahnya distorsi benda lebih rendah dari gas nitriding. Perbedaan utama antara gas dan ion nitriding adalah mekanisme yang digunakan untuk menghasilkan nitrogen baru pada permukaan kerja. Struktur lapisan ion-nitriding

Dalam proses ini, gas nitrogen(N2) digunakan sebagai pengganti amonia karena gas diuraikan untuk membentuk nitrogen baru di bawah pengaruh lucutan cahaya. Oleh karena itu potensi nitriding dapat dikontrol secara tepat dengan pengaturan isi N2 di dalam proses gas. Kontrol ini memungkinkan ketepatan penentuan komposisi dari seluruh lapisan nitrida, pemilihan lapisan fase tunggal dari salah satu besi ε atau γ, atau jumlah pencegahan pembentukan lapisan putih(whitelayer). Gambar 4


Gambar. 4 komposisi gas khas dan hasil konfigurasi metalurgi baja ion-nitrided

Proses umum ion-nitriding

Sebuah sistem ion-nitriding ditunjukkan gambar 5. Benda yang akan dinitriding dibersihkan, biasanya dengan uap pembersih, dimasukkan ke bejana vakum(hampa udara) dan dijaga. Proses berikunya dapat dibagi menjadi 4 langkah: pengosongan bejana, pemanasan sampai suhu nitriding, proses pelucutan cahaya cahaya pada suhu nitriding, dan pendinginan.

Kelebihan dan kekurangan

Bila dibandingkan dengan gas nitriding, proses ini menawarkan kontrol yang lebih tepat dalam penyuplaian nitrogen pada permukaan benda kerja, dan kemampuannya memilih suatu lapisan fase tunggal ε atau γ dan mencegah pembentukan lapisan putih secara keseluruhan (gambar 4). Kelebihan lainnya: 

Peningkatan kontrol ketebalan lapisan



suhu lebih rendah (375 C, 700 F karena aktivasi plasma)



distorsi rendah



tidak ada bahaya lingkungan(tidak menggunakan amonia)



mengurangi konsumsi energi



kemampuan untuk mengotomasi




kemampuan untuk melindungi daerah-daerah dimana nitriding tidak diinginkan dengan media masking sederhana.

Kelemahan: dibutuhkan perlengkapan parts untuk menghindari terlokalisir nya panas yang berlebih. Aplikasi

Untuk berbagai benda dari baja paduan dan besi cor, termasuk roda gigi, poros engkol, silinder linier, piston,dll. Secara umum kedalaman lapisan dan lapisan putih dapat diseleksi dan diantisipasi dari komponen nitrida. c. Liquid Nitriding(nitridasi dalam cairan garam)

Menggunakan kisaran temperatur yang sama seperti gas nitriding yaitu 510-530 C(950-1075 F). Media pengerasan lapisan adalah cairan, nitrogen-bearang, dengan pencampuran dalam bak yang mengandung sianida atau sianat. Tidak seperti cairan pada carburizing, yang menerapkan komposisi bak yang sama, liquid nitriding merupakan subkritik (suhu dibawah transformasi kritis) dalam proses pengerasan lapisan, dengan demikian, pemrosesan akhir benda sangat dimungkinkan karena kestabilan dimensi yang dapat dipertahankan. Liquid Nitriding menambahkan lebih banyak nitrogen dan minim karbon untuk material besi daripada yang diperoleh melalui perlakuan difusi dengan temperatur yang lebih tinggi. Proses liquid-nitriding memiliki beberapa modifikasi eksklusif dan diterapkan untuk berbagai karbon, baja paduan rendah, baj perkakas, baja tahan karat, dan besi cor


Bab 3. Penutup 3.1 Kesimpulan Nitriding merupakan salah satu proses perlakukan panas jenis pengerasan permukaan. Secara umum akan menghasilkan benda dengan kekerasan permukaan yang paling tinggi dibanding proses lain. Sehingga cocok untuk pengerjaan benda-benda seperti bearing, crankshaft, silinder,dll. Ada 3 macam proses nitriding, yaitu : gas nitriding dengan media untuk pengeras berupa gas NH3, ion liquid dengan media lucutan plasma, dan liquid nitriding dengan media larutan garam.

3.2 Saran Dari makalah yang telah ditulis, diharapkan pembaca bisa mengembangkan dan mencari banyak informasi dan referensi lainnya yang lebih lengkap, sehingga pengetahuan yang didapat bisa maksimal.


Daftar Pustaka Volume 4 Heat Treating of ASM Handbook. 1991. United States of America


makalah nitriding

Recommend Documents