HEAT TREATMENT
Heat
Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk
mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance
( tungku ) pada temperature rekristalisasi selama periode waktu tertentu
kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air faram, oli
dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda.
Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh
struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau
paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah.
Dengan adanya pemanasan atau pendinginan degnan kecepatan tertentu maka
bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya.
Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu
pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan
sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan pendinginan dan
batas temperature sangat menetukan.
Jenis-jenis Heat Treatment
Proses
quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga
mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka
audtenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja
tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan
pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja.
Pada
waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah menjadi
ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah
larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk sementitoleh
karena itu terjadi fase lalu yang mertensit, imi berupa fase yang sangat keras
dan bergantung pada keadaan karbon.
b. Annealing
Proses
anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas temperature
kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature merata
disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar temperature
bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperoleh struktur yang diinginkan
dengan menggunakan media pendingin udara.
Tujuan proses annealing :
1. Melunakkan material
logam
2. Menghilangkan tegangan
dalam / sisa
3. Memperbaiki
butir-butir logam.
c. Normalizing
Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit
yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin udara.
Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namunhasilnya jauh lebih mulus dari
anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun
pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu
memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari
kadar karbon.
d. Tempering
Proses
tempering adalah pemanasan baja sampai temperature sedikit di bawah temperature
kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan sampai merata
selama 15 menit. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin. Jika kekerasan
turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalamhal ini keuletan dan ketangguhan
baja akan meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan baja yang lebih
lemah. Proses ini berbeda dengan anneling karena dengan proses ini belum tentu
memperoleh baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh
kadar karbon.
Jenis-jenis pengerasan permukaan
1. karburasi
Cara ini sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi
dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang
mengandung karbon, baik dalan bentuk padat, cair ataupun gas.
Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan
karburasi gas.
2. karbonitiding
Adalah
suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di
dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen.
Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat
bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah
ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm.
3. cyaniding
Adalah
proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen
yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.
adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam
lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.
Pengelompokan dan
Standarisasi Baja
Pengelompokan Baja
1) Baja Karbon
Baja
karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon
sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa
terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon
biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur.
2) Baja Paduan
Baja
paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain
atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja
karbon.
Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan
yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di
bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%.
3) Baja Khusus
Baja
khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena
pemakaian-pemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan
panas, baja perkakas, baja listrik.
Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsure terpenting
untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam
menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat
martensitas dan austenitis.
Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada
suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi.
Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang
peranan dalam industri-industri. Unsure-unsur paduan dalam karbitnya diperlukan
untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi.
Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika.
Standarisasi Baja
1) Amerika Serikat
a) ASTM ( American Society for Testing Materials )
o Strogen Steel (H3 9M-94)
o High Strength Low alloy Structure Steel
(H2 42M-93a)
o Low and Intermediate tensile Strength
carbon silicon, steel plate for machine pane and general construction (A
284M-38)
o High Steel Strength. Quenhead and
Temporal alloy steel plate euatable for andirum (A 514-94m)
o Structural Steel mide 290 MPa minimum
Yield point (BMM) maximum
o High Strongth Low alloy alambium
vanadium steel of structural quality (43,72m-94a)
o Structural carbon steel plate of
improved longers (AS 37M-93a)
o High Strength Low alloy Structural Steel
345 MPa minimum yield point 100 mm thickness (AS 88M-94a)
o Normalized high Strength Low alloy
Structural Steel (A633-94a)
o Low carbonate hardening, nikel copped
evanium monodin, corombium and nikel copper columbion allow steel (A710M-94)
o Hot road stuktural steel high Strength
Low alloy plate with improved in ability (A 610 M-93a)
o Quenhead and tempered carbon steel
plates for structural aniration (A 678-94a)
b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive
Engineers)
Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi dengan loxx
digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja AISI, SAE 1445, ini
berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan paduan uranium (0,4%-1,4%)
c) Menurut UNS
(United Numbering System)
Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan SAE, hanya
saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk jenis tambahan
lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi G41070 di mana awalnya G
untuk baja karbon paduan rendah.
o Rolled Steel for general structural (G
3101-87)
o Rolled Steel for walled structural (G
3106-92)
o Hot Rolled Atmosphetle corrosion
resisting steel (G 3128-87)
o Hot Yield Strength Steel plate for
walled structural (G 3128-87)
o Superior atmosphere corrosion resistant
steel (G 3215-87)
3) Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.)
o Steel for general structural purposes
(17100-80)
o Waldable tine astin steel (17102-83)
4) Standarisasi Perancis (NF)
o Structural Steel (A 35-501-87)
o Structural Steel
Imprived atmosphere votection vistance (H 35-502-DA)
Heat Treatment
A. EFEK PADA STRUKTUR MIKRO DAN UKURAN BUTIRAN
Pada proses pembuatannya, komposisi
kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada
suhu yang tinggi.
Pada saat proses pendinginan dari
suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500,
pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat
treatment.
Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan,
maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai
dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada
berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan
(Equilibrium Phase Diagram).
Fig 6.3 Equilibrium phase diagram for iron – iron
carbide system (f.c.c.face – centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)
Penjelasan
diagram:
·
Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk
struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis
vertical paling kanan).
·
Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat
getas
·
Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon
yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
·
Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro
yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini
dinamakan titik Eutectoid.
·
Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai
dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran
antara ferit dan perlit.
·
Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai
dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran
antara perlit dan sementit.
·
Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan
kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu
menjadi struktur mikro Austenit.
·
Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu
leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh
menjadi Austenit.
Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada
proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur
kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi
kimia.
B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih
tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu
tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat
dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C.
0.9% Mn steel
Penjelasan diagram:
·
Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia
terutama kadar karbon dalam baja.
·
Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang
ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan
menghasilkan struktur perlit dan ferit.
·
Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah
kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan
struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).
·
Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis
horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan
getas).
·
Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C
tersebut akan bergeser kekanan.
·
Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu
pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran
yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang
lebih kecil.
C. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS
Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan
material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi
sampai dengan suhu rendah.
Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap
struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling
Transformation Diagram.
Penjelasan diagram:
- Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
- Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
- Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan
baja:
·
Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 -
9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara
perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur
(furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.
·
Normalizing : pemanasan produk setengah jadi
pada suhu 875 – 9800C disusul dengan pendinginan udara
terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya
berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas
(rolling).
·
Quenching : system pendinginan produk baja
secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman
produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.
Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada
juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang
dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa
dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka
diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat.
Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat
disesuaikan dengan pemilihan heat treatment yang tepat.
Keterangan tambahan:
- Ferit biasa dinamakan juga Besi - α
- Austenit dinamakan juga Besi - g
- Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d
saran dan masukan untuk blogger yang dibuat ini pak,
BalasHapusjika di open via PC web, warna background yang gelap dan warna tulisan di posting kurang begitu jelas/sinkron.
mohon untuk diperbaiki agar pengunjung dapat memanfaatkan ilmu yang diposting.