Proses Perlakuan Panas Pada Baja 02 Jun
Proses perlakuan panas adalah suatu proses mengubah sifat logam dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi kimia logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari logam. Adanya sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis logam. Alotropik itu sendiri adalah merupakan transformasi dari satu bentuk susunan atom 0 (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain. Pada temperatur dibawah 910 C sel satuannya o Body Center Cubic (BCC), (BCC), temperatur antara 910 dan 1392 C sel satuannya Face Center Cubic (FCC) (FCC) sedangkan sedangkan temperatur diatas 1392 sel satuannya satuannya kembali menjadi BCC. Bentuk sel satuan ditunjukan pada Gbr dibawah ini
:Bentuk sel satuan BCC
Bentuk sel satuan FCC Perubahan bentuk susunan atom (sel satuan) akibat pemanasan ditunjukan pada Gbr. Dibawah ini
Gbr. Perubahan bentuk sel satuan akibat pemanasan pada logam
Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu : 1. Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku (annealing ) atau mendinginkan dalam udara terbuka (normalizing (normalizing ). ). 2. Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama kekerasan dengan cara selup cepat (quenching (quenching ) material yang sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam, maupun oli. Austenisasi Pada Perlakuan Panas
Tujuan proses austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur austenit yang homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan bertambah dengan naiknya suhu austenisasi, ini mempengaruhi karakteristik isothermal. Bila kandungan karbon meningkat maka temperatur Ms menjadi rendah, selain itu kandungan karbon akan meningkat pula jumlah grafit akan membentuk senyawa karbida yang semakin banyak. Proses perlakuan panas selalu diawali dengan transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain. Struktur mikro yang dihasilkan lewat transformasi tergantung pada parameter proses perlakuan panas yang diterapkan dan jenis proses proses perlakuan panas. Struktur mikro yang berubah melalui transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain, dimaksudkan untuk memperoleh sifat mekanik dan fisik yang diperlukan untuk suatu aplikasi proses pengerjaan logam. Proses selanjutnya setelah fasa tunggal austenit terbentuk adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi, dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada kecepatan difusi. Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat mekanik yang keras dan getas. Perubahan struktur mikro selama proses pendinginan dapat merupakan paduan dari mekanisme difusi dan mekanisme geser.
Variasi dari pembentukan struktur mikro yang merupakan fungsi dari kecepatan pendinginan pada baja dari temperatur eutektoid, dapat dilihat pada Gbr. dibawah.
Gbr. Pengaruh Kecepatan pendinginan pada baja terhadap struktur mikro Annealing
Annealing adalah adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan lambat didalam tungku yang dimatikan. Temperatur pemanasan annealing, untuk baja hypoeutektoid adalah sekitar sedikit diatas garis A 3 (Gbr. 5.) dan untuk baja hypereutektoid adalah adalah sedikit diatas garis Acm (Gbr.5.). Tujuan dari annealing untuk memperbaiki ; mampu mesin, mampu bentuk, keuletan, kehomogenan struktur, menghilangkan tegangan dalam, dan lain sebagainya. Normalizing
Normalizing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginannya diudara terbuka. Tujuan normalizing antara lain untuk memperbaiki sifat mampu mesin, memperhalus butir dan lain sebagainya. Temperatur pemanasan normalizing, untuk baja hypoeutektoid o dipanaskan pada temperatur 30 C sampai dengan 40 C diatas garis A3 agar diperoleh Austenit yang homogen. Daerah temperatur pemanasan untuk proses Annealing proses Annealing dan Normalizing dari diagram fasa Fe-C, dapat dilihat pada Gbr
Temperatur pemanasan untuk Annealing, Normalizing, Hot Working dan Homogenizing pada diagram Fe-Fe3C setelah waktu penahanan pada temperatur austenisasi selesai, kemudian baja didinginkan di o udara sampai mencapai temperatur kamar (27 C). Struktur Metalurgi baja HypoEutektoid yang dihasilkan terdiri dari ferit dan perlit.Sifat mekanik baja yang dihasilkan setelah proses annealing dan normalizing , tergantung pada laju pendinginan diudara. Laju pendinginan yang agak cepat akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.Siklus dari temperatur pemanasan dan kecepatan pendinginan dari proses annealing dan normalizing , dapat dilihat pada Gbr
Gbr .Skematik siklus temperatur – waktu dari annealing dan normalizing
Struktur yang dihasilkan dari proses pemanasan dan pendinginan yang lambat adalah fasa ferit dan fasa perlit.
Gbr.Struktur mikro baja karbon medium (AISI 1045) yang dinormalisasi hasil austenisasi pada o temperatur 1095 C pendinginan diudaraDari Gbr.terlihat fasa ferit dan perlit. Fasa ferit adalah fasa yang terlihat berwarna terang, fasa ini mempunyai mempunyai sifat lunak. Sedangkanfasa perlit yang terlihat berwarna gelap adalah lapisan ferit dan sementit, fasa ini mempunyai sifat mampu mesin yang baik.Temperatur pemanasan austenisasi yang semakin tinggi super ( heating ) diatas garis A3 akan menghasilkan pertumbuhan butir austenit yang semakin besar, sehingga pada saat pendinginan yang lambat akan menghasilkan butir ferit dan perlit yang semakin kasar.Pada Gbr.dapat dilihat skema pengaruh temperatur austenisasi pada struktur mikro baja hasil proses annealing dan normalizing .
Gbr.Skema pengaruh temperatur austenisasi yang menunjukan perubahan struktur baja dalam proses annealing dan normalizing.Temperatur pemanasan yang sangat tinggi (overheating ) pada proses annealing dan normalizing ini sedikit berpengaruh pada kekuatan luluh, kekuatan tarik dan kekerasan suatu baja. Persentase perpanjangan, reduksi dan kekuatan impak akan meningkat dengan semakin meningkatnya besar (Ref.4) butir. Proses Hardening Proses ini berguna untuk memperbaiki kekerasan dari baja tanpa dengan mengubah komposisi kimia secara keseluruhan. Proses ini mencakup proses pemanasan sampai pada austenisasi dan diikuti oleh pendinginan dengan kecepatan tertentu untuk
mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan. Temperatur yang dipilih tergantung pada jenis baja yang diproses, dimana temperatur pemanasan 50 ˚C – 100 ˚C di atas garis A3 untuk baja hypoeutektoid . Sedangkan proses pendinginannya bermacam-macam tergantung pada kecepatan pendinginan dan media quenching yang dikehendaki. Untuk pendinginan yang cepat akan didapatkan sifat logam yang keras dan getas sedangkan untuk pendinginan yang lambat akan didapatkan sifat yang lunak dan ulet.Pada baja hypoeutektoid temperatur diatas garis Ac3, struktur baja akan seluruhnya berkomposisikan butir austenit, dan pada saat pendinginan cepat akan menghasilkan martensit. Quenching baja hypoeutektoid dari temperatur diatas temperatur optimum akan menyebabkan terjadinya overheating . Overheating dalam hardening akan (Ref.4) menghasilkan butir martensit kasar yang mempunyai kerapuhan yang tinggi Proses ini sangat dipengaruhi oleh parameter tertentu seperti :
Temperatur pemanasan, yaitu temperatur austenisasi yang dikehendaki agar dicapai transformasi yang seragam pada material. Waktu pemanasan, yaitu lamanya waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pemanasan tertentu (temperatur austenisasi). Waktu penahanan, yaitu lamanya waktu yang diperlukan agar didapatkan distribusi temperatur yang seragam pada benda kerja.
Waktu pemanasan ini merupakan fungsi dari dimensi dan daya hantar panas benda kerja. Lamanya waktu penahanan akan menimbulkan pertumbuhan butir yang dapat menurunkan kekuatan material.Pada Gbr. berikut dapat dilihat pengaruh parameter tersebut di atas, dengan kekerasan yang dihasilkan.
Grafik pengaruh parameter pengerasan.Berdasarkan faktor-faktor tadi maka selanjutnya pembentukan austenit dan pengontrolan butiran austenit merupakan aspek penting dalam proses hardening, karena transformasi austenit dan sifat mekanis dari struktur mikro yang terbentuk ditentukan oleh ukuran butir austenit.Quenching Untuk memperoleh kekerasan yang diinginkan, maka dilakukan proses quenching. Media quech yang biasa dipergunakan diantaranya :
Larutan Garam Air Oli
Pemilihan media quech untuk mengeraskan baja tergantung pada laju pendinginan yang diinginkan agar dicapai kekerasan tertentu. Untuk lebih memahami laju pendinginan dari setiap media queching, perlu memeriksa kurva pendinginan seperti terlihat pada Gbr.17. Kurva ini menyatakan perubahan temperatur benda kerja pada saat didinginkan atau di quench dari temperatur pengerasannya. Pada pendinginan tersebut terjadi dalam 3 tahap berbeda yang ditandai A, B, C, dimana masing-masing tahap memiliki karakteristik pendinginan yang berbeda beda.
Gbr.17. Tahapan dari pendinginan selama quenching Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium queching, lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap. Pada tahap ini (tahap A) benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda kerja. Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap, akan menurunkan laju pendinginan, karena lapisan terbentuk dan akan berfungsi (Ref.5) sebagai isolator. Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap ini lamakelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya. Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan makin rendah.Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan lapisan uap, dengan demikian tahap B dimulai. Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda kerja sehingga terbentuk gelembung-gelembung udara dan menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah besar.Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah pada saat temperatur benda kerja turun. Untuk mencapai struktur martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang (Ref.5)
terjadi melampaui kecepatan pendinginan kritik dari benda kerja yang diquench, sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.Fluida yang ideal untuk media quench agar diperoleh struktur martensit, harus bersifat :
Mengambil panas dengan cepat didaerah temperatur yang tinggi. Mendinginkan benda kerja relatif lambat di daerah temperatur yang rendah, misalnya di bawah temperatur 350˚C agar distorsi atau retak dapat dicegah.
Pada tabel.berikut dapat dilihat beberapa sifat dan keunggulan dari setiap media quenching yang biasa digunakan.Tabel. Nilai kekerasan ( severity) dari media quenching Air Oil No Circulation of Fluid or 0.0 Agitation of Piece 2 Mild Circulation ………………………… ….
…
Moderate Circulation ………………………
…
Good Circulation ………………………… …
…
Strong Circulation 0.0 ………………………….. 5 Violent Circulation … ………………………….
Wate Brin r e
0.2 5 to 0.9 to 0.3 1.0 0 0.3 0 to 1.0 to 0.3 1.1 5 0.3 5 to 1.2 to 0.4 1.3 0 0.4 1.4 to to 1.5 0.5 0.5 1.6 to to 2.0 0.8 0.8 to 4 1.1
2
2 to 2.2
…
…
…
5
Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan. Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu. Secara umum perlakukan panas (Heat treatment ) diklasifikasikan dalam 2 jenis :
1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya adalah untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki machineability . Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.
2. Non Equilirium (Tidak setimbang) Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening) Sebelum kita membahas lebih jauh lagi tentang perlakuan panas, tidak ada salahnya jika kita sedikit mereview kembali (mengulang kembali) pengetahuan kita tentang Diagram Near Equilibrium Ferrite-
Cementid (Fe-Fe3C)
Penekanan kita terletak pada
Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon. Kandungan Carbon 0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferr ite pada temperature kamar 0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723 Derajat Celcius 0,83%C = Titik Eutectoid
2%C = Batas kelarutan Carbon pada be si Gamma pada temperature 1130 Derajat Ce lcius 4,3%C = Titik Eutectic 0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius Garis-garis Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan). Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan). Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution. Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite) Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan. Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan. Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid. Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite. Struktur mikro Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C. Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic). Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic. Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Ceme ntid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C. Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.
Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita tarik benang merah bahwa secara umum laku panas dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling. Anneling ialah suatu proses laku panas (heat treatment ) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll. Sehingga kita akan mengenal dengan apa yang disebut : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.
1. Full annealing (annealing) Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik). Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum ter jadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus. Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang ter lalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat
mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid , annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.
2. Normalizing Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.
3. Spheroidizing Merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid ) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid ) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bolabola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.
4. Process Annealing Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terj adi hanyalah rekristalisasi saja.
5. Stress relief Annealing Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar keker asannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.
Jenis perlakuan panas dan permukaan 2012 06.17
Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada struktur mikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki struktur mikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Struktur mikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses perlakuan panas yang diterima selama proses pengerjaan. Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) d iklasifikasikan dalam 2 jenis : 1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk : a. Melunakkan struktur kristal b. Menghaluskan butir c. Menghilangkan tegangan dalam d. Memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Ø Full Annealing (annealing) Ø Normallizing Ø Spheroidizing Ø Homogenizing Ø Stress relief Annealing 2. Non Equilirium (Tidak setimbang) Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang tinggi.
lebih
Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Ø Hardening Ø Martempering Ø Austempering Ø Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening) Annealing : Memanaskan suatu bahan hingga diatas suhu transformasi (723 C) kemudian didinginkan dengan perlahan-lahan. Tujuannya adalah untuk melunakan bahan.
Stress Relieving : Yaitu proses menghilangkan tegangan sisa da ri suatu bahan dengan memanaskan kemudian ditahan beberapa waktu lalu dilakukan dengan pendinginan perlahanlahan. Tujuannya adalah untuk menghilangkan tegangan sisa selama proses fabrikasi.
Hardening : Memanaskan suatu bahan hingga diatas suhu transformasi (723 C) kemudian didinginkan secara cepat, melalui media pendingin seperti air, oli atau media pendingin lainnya. Tujuannya adalah untuk mengeraskan bahan.
Aging : Proses pemanasan kembali bahan yang telah dikeraskan, Suhu pemanasannya relatif rendah yaitu dibawah suhu transformasi eutektoid. Tujuannya adalah untuk mengurangi kekerasan bahan sehingga keuletan (ketangguhan) bahan tersebut dapat naik.
PERLAKUAN PANAS PADA BAJA 2
PERLAKUAN PANAS PADA BESI/BAJA 1. Stress Relieving
Besi/baja akan mengalamami tegangan dalam akibat dari pemanasan atau pendinginan yang tidak kontinue akibat dari tuang, las maupun tempa, atau karena pengepresan, tekuk, tekan, maupun juga karena proses potong. Karena jika tegangan dalam ini tidak dihilangkan akan mengganggu proses selanjutnya misalnya rentan terjadinya keretaan maupun penyusutan pada proses pemanasan lanjutan. Prinsip dari pemanasan ini adalah memanaskan besi/baja sampai temperatur di bawah titik ubah A1 (pada diagram FEC) kemudian didinginkan perlahan-lahan. Untuk pemanasan Stress Relieving pada baja idealnya 550 ºC sampai 650 ºC yang dipertahankan selama 3 jam atau sesuai dengan tebal dari baja. Jika proses pendinginan terlalu cepat malahan akan timbul tegangan baru, semuanya itu dapat dicegah dengan cara pendinginan dalam dapur / oven sampai suhu 400 ºC dan jika dapur/oven tidak ada pelindung oksidasi ( dengan gas Nitrogen ) maka baja yang dipanaskan harus dibungkus/ dikubur dengan tatal dari besi tuang supaya tidak terjadi oksidasi karena pertemuan dengan gas oksigen. 2. Normalizing
Proses normalizing bertujuan untuk memperbaiki dan me nghilangkan struktur butiran kasar dan ketidak seragaman struktur dalam baja menjadi be rstrukrur yang normal kembali yang otomatis mengembalikan keuletan baja lagi. Struktur butiran kasar terbentuk karena waktu pe manasan dengan temperatur tinggi atau di daerah austenit yang menyebabkan baja berstruktur butiran kasar. Sedangkan penyebab dari ketidak seragaman struktur karena : - pengerjaan rol atau tempa - pengerjaan las atau potong las - temperatur pengerasan yang terlalu tinggi - menahan terlalu lama di daerah austenit - Pengepresan, penglubangan dengan punch, penarikan Pada proses normalizing ini baja di panaskan secara pelan-pelan sampai suhu 20 ºC sampai 30 ºC diatas suhu pengerasan, ditahan sebentar lalu didinginkan dengan perlahan dan kontinue.
Proses normalizing ini dilakukan juga sebelum kita melakukan proses Soft anneling
3. Soft Anneling
Proses soft anneling bertujuan untuk melunakkan besi atau baja sehingga dapat dengan mudah dilakukan proses permesinan dan dapat dengan mudah dilakukan pengerasan lagi dengan resiko keretakan yang kecil. Proses soft anneling ini dapat dilakukan dengan 2 cara : - Benda kerja dipanaskan secara merata sampai temperatur titik ubah A1 ( diatas 721 ºC ) ditahan sebentar supaya suhu pada inti benda kerja sama dengan suhu pada permukaan benda kerja, lalu didinginkan di oven agar pendinginan dapat berlangsung secara teratur. - Benda kerja dipanaskan dibawah titik ubah atau hampir menyentuh titik ubah lalu ditahan dengan waktu yang lama 2sampai 20 jam, baru didinginkan secara teratur. Tidak seperti cara pertama, pada cara kedua ini kecepatan pendinginan disini tidak mempunyai pengaruh apapun. 4. Full Hardening
Untuk memenuhi tuntutan fungsi seperti harus keras, tahan gesekan atau beban kerja yang berat, maka baja harus dikeraskan melalui proses pengerasan. Prinsip dari full hardening adalah memanaskan baja sampai titik temperatur austenit kemudian didinginkan secara memdadak / quenching dengan kecepatan pindinginan diatas kecepatan pendinginan kritis agar terjadi pembentukan martensit dan diperoleh kekerasan yang tinggi. Besarnya Temperatur pemanasan austenit tergantung dari jenis baja, dan biasanya tiap-tiap produsen sudah mengeluarkan diagram suhunya masing-masing. Untuk mencapai suhu austenit ± 900 ºC harus dilakukan pemanasan bertahap,
Misalnya untuk Special K (Bohler) Suhu hardening 950-980 ºC untuk mencapai kekerasan 63-65 RC Media quenching oli atau udara Untuk mencapai suhu 950 ºC harus dipanaskan bertahap yaitu • Suhu 450 ditahan selama 10 menit / 10 mm tebal material • Lalu dipanaskan lagi ke 750 ºC selama 10 menit / 10 mm tebal material • Lalu dipanaskan kembali sampai suhu 950-980 ºC • Di tahan sebentar lalu di keluar kan dan di celupkan kedalam oli quenching sambil digoyang goyang supaya gelembung asap cepat terlepas dari permukaan baja sehingga pendinginannya dapat merata . • Jika bentuk dari material yang dikeraskan berpenampang komplex atau benda tersebut berpenampang tipis, temperatur pengerasan harus memakai atas bawah, sedangkan juka material besar dan tebal atau berbentuk sederhana memakai temperatur pengerasan batas atas. Media dari quenching ada bermacam-macam menurut jenis baja yang dikeraskan : a. Air Biasanya air ini diberi garam dapur sebanyak 10% atau bahan kimia lainn ya seperti osmanil untuk mencegah terjadinya gelembung asap yang berlebihan yang dapat mengakibatkan terjadinya flek hitam pada permukaan material yang dikeraskan. Air sebagai media quenching harus bersuhu 10 -40 ºC. b. Oli c. Larutan garam d. Udara. e. Di dalam dapur listrik
Di bawah ini ada beberapa penyebab kegagalan proses Hardening : a. Suhu pengerasan terlalu rendah sehingga suhu belum mencapai pada temperature austenit sehingga kekerasan tidak tercapai seperti yang diharapkan. b. Pemanasan terlalu cepat sehingga temperatur inti dari benda kerja belum sama dengan temperatur kulit luar pada baja. c. Tidak adanya proses pemanasan bertahap dan tidak adanya waktu penahanan pada proses pemanasan sehingga pada waktu di quenching benda kerja akan men galami retak. d. Timbulnya nyala api yang mengakibatkan terlepasnya karbon pada permukaan benda kerja, sehingga permukaan benda kerja kurang keras. e. Kesalahan pemilihan media quenching, misalnya baja keras ilo di quenching dengan air. 5. Tempering
Setelah proses hardening biasanya baja akan sangat keras dan bersifat rapuh, untuk itu perlu proses lanjutan yaitu proses tempering. Tempering ini bertujuan untuk : • Mengurangi kekerasan • Mengurangi tegangan dalam • Memperbaiki susunan struktur Baja Prinsip dari tempering adalah baja dikeraskan sampai temperature dibawah A1(diagram FeC) ditahan selama 1 jam/ 25 mm tebal baja, lalu didinginkan di udara dan pada suhu 300-400 ºC dapat di quenching dengan media oli atau dapat juga didinginkan di udara. Secara kimia selama tempering yang terjadi adalah atom C yang setelah proses hardening terperangkap pada jaringan besi Alfa dan pada proses pemanasan tempering atom C mendapat kesempatan untuk melakukan diffuse yaitu pemerataan kadar C tanpa adanya halangan dan
kembali menjadi Zementit. Proses ini berlangsung terus sehingga diperoleh struktur ferrite yang bercampur dengan zementit, dan diperoleh struktur yang ulet. 6. Martempering
Pada proses ini baja dipanaskan hingga temperatur austenit kemudian didinginkan secara mendadak / di quenching pada bak yang berisi air garam yang panas yaitu pada temperatur Martensit ( 210-220 ºC ) dan ditahan dalam bak sedemikian lama hingga permukaan maupun inti baja memiliki suhu sama yaitu suhu martensit, lalu diangkat dan didinginkan di udara, baru setelah mencapai suhu kamar baru dilakukan tempering. Perubahan bagian dari inti baja dari austenit menjadi martensit selalu disertai dengan perubahan volume ditambah pula perbedaan suhu antara kulit dan inti dari baja yang di quenching ( kulit lebih cepat menjadi martensit ) menyebabkan terjadinya tegangan maupun deformasi, pada pemanasan bertahap ini ( martempering ) kemungkinan diatas dapat diperkecil karena perubahan dari austenit ke martensit berlangsung serentak. Kekerasan yang dihasilkan pada proses martempe ring ini sedikit lebih rendah dari pada proses hardening dengan oli karena waktu tahan pada martempering berjalan lama sehingga strukturnya sedikit terbentuk struktur bainit. Pengerasan dalam bak panas ini hanya cocok untuk jenis baja yang proses perubahannya lambat.
7. Pengerasan Bainit
Prinsip dari pengerasan ini adalah dengan cara memanaskan baja sampai temperature austenit kemudian di quenching dalam bak air garam yang panasnya diatas temperature martensit atau tepatnya pada temperature bainit yaitu ± 200-400 ºC dan ditahan dengan waktu yang cukup lama sehingga austenit berubah menjadi bainit keseluruhannya. Setelah proses pengerasan bainit benda kerja tidak perlu di tempering lagi. Strukteu yang dihasilkan lebih ulet dibandingkan dengan pengerasan martempering, dan biasanya dipakai untuk elemen mesin yang mementingkan keuletan dan berdinding tipis.
8. Carburising ( Pengerasan Permukaan dengan karbon )
Pengerasan permukaan biasanya dibutuhkan untuk as/poros yang mengalami beban kerja berat, karena biasanya membutuhkan kekerasan di permukaan tetapi didalamnya/inti bajanya masih tetap ulet. Untuk mencapai kondisi diatas maka baja yang digunakan adalah jenis baja carbon rendah atau kadar C max 0.2 % sehingga jika dikeraskan bagian inti tidak menjadi keras dan permukaan yang dikehendaki keras harus melalui proses diffuse dengan carbon/pengkarbonan untuk menghasilkan kekerasan yang diinginkan. Prinsip dari carburizing ini adalah men diffusi kan permukaan benda kerja dengan carbon sehingga permukaan memiliki kadar karbon sebesar 0.9% pada suhu 850 – 950 ºC kemudian baru didinginkan. Cara carburizing ini ada berbagai macam:
A. Pack Carburizing ( Pengkarbonan dengan media padat ) Cara ini sudah dikenal sejak dahulu dan dianggap cara yang paling praktis. Benda kerja dimasukkan ke dalam kotak yang tahan panas dan didalamnya diberi arang bakar atau kokas berdiameter ± 3 mm yang mengelilingi benda kerja dengan tebal lapisan minimal 3 Cm dan ditambahkan barium karbonat atau sodium karbonat sebagai katalisator lalu ditutup rapat agar carbon tidak keluar sia-sia . Lalu dipanaskan sampai 900 ºC dengan waktu tahan sesuai dengan ketebalan kekerasan yang dikehendaki, untuk 1 jam lama penahanan menghasilakan lapisan keras setebal 0.1 mm. Jika ketebalan lapisan keras sudah tercapai baru dikeluarkan dan dibiarkan dingin di udara . Cara ini juga memiliki kelemahan : - Terdapat banyak debu arang - Waktu pemanasan tergolong lama sampai ke inti benda kerja karena terlapisi oleh kotak dan media carbon. - Kadang proses pengkarbonan berlangsung tidak merata terutama pada kotak yang besar. B. Cyaniding ( pengkarbonan dengan media cair )
Pada proses ini pembawa carbon berasal dari cairan garam yaitu Natrium cyanid (Na CN) yang dimasukkan kedalam bak panas. Karena pemindahan panas dari cairan ke benda kerja sangat tinggi maka pemanasan berlangsung sangat cepat. Pengkarbonan dalam bak garam ini menghasilkan kedalaman sampai 0.5 mm. Rumusan suhu : Pengkarbonan pada temperatur 850 ºC menghasilkan ketebalan carbon 0.1 mm untuk pencelupan selama 20 menit.
Annealing
Annealing ialah suatu proses laku panas (heat treatment ) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll. 1. Full annealing (annealing)
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik). Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature
pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus. Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid , annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir. 2. Normalizing
Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing. 3. Spheroidizing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat ( spheroid ) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid ) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat
atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil ( sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite. 4. Process Annealing
Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja. 5. Stress relief Annealing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working ) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing .
Perlakuan Panas & Permukaan – Diagram TTT (Time Temperature Transformation) March 13th, 2012 Muhammad Khairul Huda Leave a comment Go to comments
Diagram TTT adalah suatu diagram yang menghubungkan transformasi austenit terhadap waktu dan temperature. Jika dilihat dari bentuk grafiknya diagram ini mempunyai nama lain yaitu diagram S atau diagram C. Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur baja yang diinginkan agar cocok dengan penggunaan yang direncanakan. Struktur yang diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi awal. Proses transformasi ini dapat dibaca dengan menggunakan diagram fasa namun untuk kondisi tidak setimbang diagram fasa tidak dapat digunakan, untuk kondisi seperti ini maka digunakan diagram TTT. Melalui diagram ini dapat dipelajari kelakuan baja pada setiap tahap perlakuan panas, diagram ini juga dapat digunakan untuk memperkirakan struktur dan sifat mekanik dari baja yang diquench dari temperatur austenitisasinya kesuatu temperatur diagram ini menunjukan dekomposisi austenit dan berlaku untuk macam baja tertentu. Baja yang mempunyai komposisi berlainan akan mempunyai diagram yang berlainan, selain itu besar butir austenit, adanya inclusi atau elemen lain yang terkandung juga mempunyai pengaruh yang sama.
Bila baja tersebut kita dinginkan cepat sampai dibawah A dan dibiarkan beberapa saat (± 30 detik pada 1250 F) sedemikian rupa jatuh pada daerah dimana perlit baru sebagian terjadi, kemudian dilanjutkan segera dengan quench maka akan terjadi struktur perlit dan martensit sebagian. Martensit ini adalah hasil transformasi isotermis sebagian austenit pada suhu diatas tadi. Lamanya baja berada pada suhu dibawah A akan menentukan banyaknya pembentukan perlit atau bainit, dan menentukan jumlah austenit sisa yang membentuk martensit setelah quench. Deengan kata lain perkataan proses pembentukan perlit/bainit pada suhu tersebut terhenti pada saat quenching. Garis sebelah kiri menunjukkan saat setelah berapa lama dimulai transformasi dan garis sebelah kanannya adalah akhir transformasi (100%) pada tiap-tiap suhu. Dilihat dari bentuk kurva maka untuk suhu diatas 1000°F, makin rendah suhu pembentukkan phase (perlit) lebih cepat dan dibawah 1000°F sampai dengan ±500°F makin rendah suhu, makin lama untuk pembentukkan phase (disisni terjadi struktur bainite).
Dengan demikian pembentukan martensit bisa terjadi dengan pendinginan cepat dari setiap suhu tertentu bilamana waktu lama pada suhu-suhu tersebut berada disebelah kiri garis kurva kanan. Paling cepat terjadinya transformasi ke phase perlit/bainit adalah pada suhu sekitar 1000°F (merupakan “nose”dari kurva). Makin pendek lamanya baja tersebut dibiarkan pada suhu tertentu, makin besar jumlah austenit dan makin besar pula jumlah martensit yang terbentuk setelah quenching. Dari diagram, cenderung tidaklah mungkin memperoleh martensit dengan membiarkan baja tersebut pada suhu tertentu (konstan) untuk waktu yang sangat lama. Kembali pada pembicaraan semula, dekomposisi austenit dapat menghasilkan spherodite, perlit, bainit atau martensit, dan mungkin juga diperoleh campuran. Tempering dari struktur martensit juga bisa merubah menjadi spherodite, “tempered martensite” (atau “sorbite) atau martensit dengan “secondary troostite”. Baja dengan struktur martensit mempunyai sifat magnetis dan cocok untuk permanent magnit. Dalam pemakaian teknis baja martensit di-temper untuk memperoleh sifat ductile dan tonghness. Proses temper dipilih menurut keperluan optimasi antara kekuatan (hardness) dan keliatan. Perlit adalah struktur eutektoida 0.8%C yang terdiri dari phase ferit yang diselingi dengan lapisan-lapisan carbida cement(Fe3C). sedang bainit adalah konstitusi mikro campuran phase karbida dan phase ferit (ferrite-cementite-aggregate). Dari diagram TTT perlit dan bainit terbentuk pada suhu konstan (isothermal) dari phase austenit pada suhu diantara A1 dan dibawah “nose”. Bila austenit didinginkan cepat ampai pada suhu ini, perlit belum terbentuk, baru beberapa saat dibiarkan pada suhu ini akan mulai terbentuk (gejala seperti recrystalisasi dari cold worked metal). Dekomposisi dimulai dari nucleus cementit yang nantinya membentuk nodule dari ferit, ini terjadi pada boundary kristal austenit atau pada inclusi. Nucleasasi (pengintian) dan growth (pertumbuhan) dan terjadinya perlit.Nodul perlit terbentuk terdiri dari plat-plat ferit yang diselingi dengan pelat-pelat cementit. Pada suhu lebih rendah maka waktu untuk pertumbuhan berkurang sehingga pelat-pelat cementit dan perit menjadi tipts dan hal ini memberikan gejala meningkatkan kekerasan. Gejala bertambahnya kekerasan karena suhu dekomposisi austenit yang rendah, sama pada pembentukan bainit. Pada suhu dekomposisi austenit pada daerah “nose” akan menghasilkan campuran perlit dan bainit dalam periode waktu tertentu. Lebih rendah dari suhu ini (dan masih diatas suhu s) akan dihasilkan “bainite”. Jadi yang mempengaruhi pembentukan bainite adalah suhu dimana austenit akan dekomposisi isothermis. Pada suhu yang lebih tinggi (pada daerah antara “nose” dan s) dibawah nose, akan terbentuk mikrostruktur bainite “feather like” yang disebut “high bainite” atau “upperbainite”. Pada suhu yang lebih rendah akan terbentuk mikrostruktur bainite “needle-like” atau bainite “acicular”, atau disebut “low bainite”. Struktur bainite ini pada umumnya campuran ferit dan carbida yang mengelompok bersama yang terbentuk melalui pengintian perit. Diagram TTT dari baja paduan biasa mempunyai 2 buah nose yaitu nose untuk pembentukan perlit dan nose untuk pembentukan bainit. Dalam hal ini bisa terjadi bainit pada waktu quenching, sedang untuk baja carbon struktur bainite baru terjadi dengan proses isothermis. Dalam diagram TTT, sumbu horizontal adalah sumbu yang menunjukan waktu yang diperlukan bagi perubahan transformasi austenit pada setiap suhu (dalam sumbu vertikal) , atau keadaan transformasi pada setiap perubahan suhu persatuan waktu (kecepatan
pendinginan) pada proses pendinginan. Kecepatan pendinginan makin lambat (kecil) makin besar waktu yang ditunjukan dalam sumbu tersebut, atau makin kekanan dalam diagram, dan sebaliknya. Kecepatan pendinginan terkecil untuk memperoleh martensit ditentukan oleh posisi “nose” dari diagram “S”. martensit akan diperoleh pada setiap kecepatan pendinginan yang sedemikian rupa tidak memotong diagram S tersebut. Kecepatan pendinginan yang terendah untuk menghasilkan martensit (menyinggung nose) disebut kecepatan pendinginan kritis (critical cooling rates). Kecepatan pendinginan kritis ini tergantung dari posisi nose berhubungan erat dengan sumbu waktu (waktu yang diperlukan untuk transformasi) dan ini ditentukan oleh komposisi, grain size , dan kondisi austenit sebelum quenching, yang semua ini tergantung dari macam baja. Bilamana kecepatan pendinginan lebih cepat dari kecepatan kritis maka transformasi austenit menjadi martensit terjadi pada garis s (martensit start). Pada suhu ini martensit terbentuk kira-kira 1% lebih rendah dari suhu s jumlah martensit bertambah sampai pada garis suhu f (martensit finish) dengan 99% martensit. Sesuai dengan garis s dan f yang paralel horizontal terhadap sumbu waktu, maka untuk kecepatan pendinginan yang lebih besar dari kecepatan kritis pembentukan tidak banyak tergantung lagi dari waktu atau kecepatan pendinginan. Bilamana austenit didinginkan sampai pada suhu diantara s dan f dan dibiarkan pada suhu ini (isothermally colled) maka austenit yang belum menjadi martensit akan menjadi bainit. Beberapa unsur seperti carbon dan unsur-unsur paduan lainnya (kecuali Codan Al) mempengaruhi garis Ms dan Mf. Bila kadar carbon dalam baja naik Ms akan turun, begitu juga unsur-unsur paduan baja tersebut mempunyai pengaruh yang sama. Pengaruh terhadap suhu Mf menunjukan gejala yang mirip. Bila suatu baja mempunyai komposisi kimia sedemikian rupa mempunyai Ms diatas suhu kamar dan Mf dibawah suhu kamar, maka pada proses dekomposisi austenit tersebut, pada suhu kamar masih terdapat phase austenit (retained austenit). Hal ini sering terjadi pada heat-treatment high-speed tool steel dan memungkinkan terjadinya retak. Untuk ini proses dekomposisi dengan metode deep-freezing (dibawah Mf dan jauh dibawah suhu kamar) diperlukan. Martensit terbentuk tanpa adan ya carbon (carbida cement), seluruh karbon yang tadinya berada larut dalam γ-iron masih terlarut interstisi dalam α – iron. Adanya atom-atom carbon interstisi ini, lattice martensit merupakan body-centered-tetragonal. Reaksi martensit yang terjadi pada pendinginan cepat adalah transformasi tanpa pengintian (nukleisasi), pertumbuhan dan difusi carbon, dan komposisi kimia terlarut dari martensit adalah sama dengan komposisi pada keadaan larutan padatnya.
HEAT TREATMENT Posted: 20th March 2012 by jefri yuristianto in Uncategorized
0
Perlakuan panas (Heat Treatment) adalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, dan kadang-kadang sifat kimia dari suatu ma terial. Aplikasi yang paling umum adalah untuk material logam walaupun perlakuan panas juga digunakan dalam pembuatan berbagai materi lain, seperti kaca. Secara umum perlakuan panas adalah memanaskan atau mendinginkan material, biasanya dalam suhu ekstrem, untuk men capai hasil yang diinginkan seperti pengerasan atau pelunakan material. Yang termasuk Teknik Perlakuan Panas adalah Annealing, case Hardening, precipitation Strengthening, Tempering dan Quenching. Perlu dicatat bahwa walaupun perlakuan panas sengaja dilakukan untuk untuk tujuan mengubah sifat secara khusus, di mana pemanasan dan pendinginan dilakukan untuk tujuan mengubah sifat, pemanasan dan pendinginan sering terjadi secara kebetulan selama proses manufaktur lain seperti pembentukan panas (Hot forming) atau Pengelasan. Tujuan :
Untuk mendapatkan sifat-sifat yang di inginkan sesuai dengan yang direncanakan (dalam batas batasnya). Untuk mencapai struktur dan sifat mekanis yang dikehendaki dari bahan tersebut, seperti: 1. 2. 3. 4. 5.
Mengeraskan Melunakkan Menghilangkan tegangan sisa Menaikan ketangguhan dll
Prinsip Proses Perlakuan Panas adalah setiap proses pada logam tujuannya untuk memperbaiki sifat. Proses perlakuan panas yang berbeda akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda pula. Struktur mikro yang akan ada pada baja akibat proses perlakuan panas adalah ferit, sementit, perlit, bainit, martensit dan karbida. Ferit
Terbentuk dari proses pendinginan yang lambat dari austenit (baja hypoeutectoid) Bersifat lunak dan ulet Mempunyai konduktivitas panas yang tinggi
Sementit
Senyawa besi dan karbon (Fe3C)
Bersifat keras Pada pendinginan lambat bentuknya lamellar.
Perlit
Campuran antara ferit dan sementti Pada 0,8% karbon perlit yang tebentuk berupa c ampuran ferit dan sementit yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun secara bergantian.
Bainit
Merupakan fasa yang kurang stabil (met astabil) Diperolah dari austenit pada temperatur yang lebih dari temperatur t ransformasi ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke martensit. Hasil transformasi berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit (tet api bukan perlit). Kekerasan bervariasi tergantung pada temperatur transformasinya. Jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut upper baini t (strukturnya seperti perlit yang sangat halus). Jika terbentuk pada temperatur yang relatif rendah disebut lower bainit (strukturnya menyerupai martensit temper).
Martensit
Merupakan fasa yang terbentuk akibat karbon larut lewat jenuh pada be si alfa. Terjadi dengan pendinginan yang cepat Sel satuannya Body Center Tetragonal (BCT) Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal Makin tinggi konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang terisi sehingga efek tetragonalitasnya makin besar.
Karbida
Unsur-unsur paduan banyak digunakan untuk baja-baja perkakas (misalnya hot work tool steel, cold work tool steel , HSS) Meningkatkan ketahanan aus dan memelihara kestabilan pada temperatur tinggi. Keberadaan unsur paduan pada baja akan menimbulkan terbentuknya karbida seperti M3C,M23C6,M6C,M7C3. Karbida mempunyai kekerasan yang tinggi Banyaknya karbida yang terbentuk sangat dipengaruhi oleh persentase karbon dan unsur paduan serta tergantung jenis karbida yang akan terbentuk.
PELUNAK AN (SOFTENI NG)
Pelunakan: Pelunakan ini dilakukan untuk mengurangi kekuatan atau kekerasan, menghilangkan tegangan sisa, meningkatkan kekerasan, memulihkan keuletan, perbaikan ukuran butir atau mengubah sifat-sifat elektromagnetik dari baja. Mengembalikan keuletan atau menghapus tegangan sisa diperlukan ketika sejumlah besar pendinginan harus dilakukan, seperti dalam sebuah operasi rolling-cold atau wiredrawing. Pendinginan dari keseluruhan proses, spheroidizing, normalizing dan hipertemple tempering, martempering adalah cara utama yang digunakan untuk melunakan baja. Pendinginan (Annealing)
Pendinginan adalah proses perlahan meningkatkan suhu sekitar 50 º C (90 º F) di atas suhu Austenitik garis A3 atau garis ACM dalam kasus baja Hypoeutectoid (baja dengan Karbon <0,77%) dan 50 º C (90 º F) ke dalam wilayah austenit-Cementite dalam kasus baja Hypereutectoid (baja dengan Karbon> 0,77%). Hal ini diadakan pada suhu ini selama waktu yang cukup untuk semua bahan untuk berubah menjadi austenit atau austenit-sementite sebagai kasus yang mungkin. Hal ini kemudian perlahan-lahan didinginkan pada laju sekitar 20 º C / jam (36 º F / jam) dalam tungku untuk sekitar 50 º C (90 º F) ke kisaran Ferrite-Cementite. Pada titik ini, dapat didinginkan di udara suhu kamar dengan konveksi alami.
Struktur butir perlit kasar dengan ferit atau Sementit (tergantung pada apakah eutektoid rendah atau tinggi). Baja menjadi lembut dan ulet.
Proses Pendinginan
Proses Pendinginan digunakan untuk perlakukan kerja-keras bagian-bagian yang terbuat dari baja karbon rendah (<0,25% Karbon). Hal ini memungkinkan bagian menjadi cukup lembut untuk menjalani kerja lebih dingin tanpa patah. Proses pendinginan dilakukan dengan meningkatkan suhu hanya di bawah wilayah ferit-austenit, garis A1 pada diagram. Suhu ini sekitar 727 º C (1341 º F) sehingga pemanasan ke sekitar 700 º C (1292 º F) seharusnya cukup. Hal ini diadakan cukup lama untuk memungkinkan rekristalisasi dari fase ferit, dan kemudian didinginkan dalam keadaan masih udara. Karena materi tetap dalam fase yang sama di seluruh proses, perubahan yang terjadi hanya ukuran, bentuk dan distribusi struktur butir. Proses ini lebih murah daripada pendinginan penuh atau normalisasi karena bahan tersebut tidak dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi atau didinginkan dalam tungku. Tekanan Bantuan Pendinginan
Tekanan Bantuan Pendinginan digunakan untuk mengurangi tegangan sisa pada tuangan besar, bagian las dan bagian bentuk dingin. Bagian tersebut cenderung memiliki tekanan akibat siklus termal atau kerja pengerasan. Bagian yang dipanaskan sampai suhu sampai 600 – 650 º C (11121202 º F), dan ditahan untuk waktu yang lama (sekitar 1 jam atau lebih) dan kemudian perlahanlahan didinginkan dalam keadaan masih udara.
Normalizing
proses untuk meningkatkan suhu lebih dari 60 º C (108 º F), di atas garis A3 atau garis ACM sepenuhnya ke kisaran austenit. Hal ini diadakan pada suhu ini untuk sepenuhnya mengubah
struktur menjadi austenit, dan kemudian dihapus bentuk tungku dan didinginkan pada suhu ruangan di bawah konveksi alami. Hal ini menghasilkan struktur butir halus dengan perlit kelebihan ferit atau Cementite. Bahan yang dihasilkan lembut; tingkat kelembutan tergantung pada kondisi lingkungan pendinginan sebenarnya. Proses ini jauh lebih murah daripada pendinginan penuh karena tidak ada biaya tambahan pendin ginan tungku yang dikontrol. Perbedaan utama antara pendinginan penuh dan normalisasi adalah bahwa bagian pendinginan sepenuhnya seragam dalam kelembutan (machinablilty) di seluruh bagian; karena seluruh bagian pendinginan tungku dikontrol. Dalam kasus bagian dinormalisasi, tergantung pada geometri bagian, pendinginan adalah non-seragam yang dihasilkan di non-seragam sifat material di seluruh bagian. Ini mungkin tidak diinginkan jika mesin lebih lanjut yang diinginkan, karena itu membuat pekerjaan mesin agak tak terduga. Dalam kasus seperti itu adalah lebih baik untuk melakukan pendinginan penuh.
PENGERASAN (HARDENI NG)
Kekerasan adalah fungsi dari isi Karbon baja. Pengerasan baja membutuhkan perubahan dalam struktur dari struktur berpusat badan kubik yang ditemukan pada suhu kamar dengan struktur kubik berpusatpada muka yang ditemukan di wilayah Austenitik. Baja dipanaskan ke wilayah Autenitic. Ketika tiba-tiba dipadamkan, martensit terbentuk. Ini adalah struktur yang sangat kuat dan rapuh. Ketika perlahan-lahan dipadamkan itu akan membentuk austenit dan perlit yang merupakan struktur keras sebagian dan sebagian lembut. Ketika tingkat pendinginan sangat lambat maka sebagian besar perlit akan sangat lembut.
Pengerasan, yang merupakan ukuran dari kedalaman kekerasan penuh dicapai, terkait dengan jenis dan jumlah elemen paduan. Paduan yang berbeda, yang memiliki jumlah konten Karbon yang sama, akan mencapai jumlah kekerasan maksimal yang sama, namun kedalaman kekerasan penuh akan bervariasi dengan paduan yang berbeda. Alasan untuk baja paduan b ukan untuk meningkatkan kekuatan, tetapi meningkatkan kekerasan, kekerasan dapat dicapai seluruh materi. Biasanya ketika baja panas didinginkan, sebagian besar pendinginan terjadi di permukaan, seperti halnya pengerasan. Hal ini menyebar ke kedalaman materi. Paduan membantu dalam pengerasan dan dengan menentukan paduan yang tepat seseorang dapat mencapai sifat yang diinginkan untuk aplikasi tertentu. Paduan tersebut juga membantu dalam mengurangi kebutuhan untuk pendinginan yang cepat sehingga menghilangkan distorsi dan retak potensial. S elain itu, bagian tebal dapat mengeras sepenuhnya.
