Heat Treatment (Perlakuan Panas) Dg Kondisi Equilibrium (Pendinginan Lambat) • Dilakukan mendekati kondisi equilibrium, shg menghasilkan struktur mikro yg mendekati diagram fasenya. • Secara umum disebut sebagai annealing • Pada dasarnya annealing dilakukan dengan memanaskan logam/paduan sampai temperatur tertentu, menahan pd temperatur tadi selama bbrp wkt agar tercapai perubahan yg diinginkan, dan mendinginkan dg laju pendinginan lambat. • Tujuan melakukan annealing mrpkn slah satu atau beberapa dari hal brkt ini tergantung tujuannya : – – – – –
Melunakkan Menghaluskan butir kristal Menghilangkan tegangan dalam Memperbaiki machinability (sifat mampu mesin) Memperbaiki sifat kelistrikan/kemagnitan
• Annealing dapat merupakan persiapan material utk pengerjaan/laku panas berikutnya, atau sbg suatu proses akhir yg menentukan sifat dr produk akhir. • Jenis proses annealing ada banyak tergantung kondisi material, temperatur pemanasan, lama holding time, laju pendinginan, dll. • Bisa disebut full annealing, stress relief annealing, normalising, spheroidising, homogenising.
Full annealing • •
Biasa digunakan utk membuat baja menjadi lbh lunak, menghaluskan butir kristal, dan memperbaiki sifat machinability. Proses: – memanaskan baja sampai di atas temperatur kritis (utk baja hypoeutektoid 25-500C diatas A3, utk baja hypereutektoid 25-500C diatas A1 tdk smp Acm lht fotocopy diagram fasa) – Holding time sebentar – Pendinginan lambat (terutama saat melewati temp kritis transformasi pendinginan bersama dapur
•
Pada baja hypoeutektoid saat pemanasan sampai temp kritis A1 butir2 kristal perlit bertransformasi menjadi kristal austenit yg halus. Jika temp dinaikkan maka kristal ferrit jg bertransformasi menjadi kristal austenit yg halus, sampai dg A3 butir kristal austenit yg terbentuk halus tapi tdk homogen. Dg menaikkan temp sedikit diatas A3 dan holding time sebentar akan diperoleh austenit yg lbh homogen dan butir kristal yg jg masih halus. Shg jk didinginkan lambat akan menghasilkan butir2 kristal ferit & perlit yg halus.
• Tetapi bila temp pemanasan terlalu tinggi diatas A3 atau holding time terlalu lama maka butiran kristal austenit yg terjadi akan terlalu kasar, jk didinginkan lambat akan menghasilkan ferit/perlit yg juga kasar. • Utk baja hypereutektoid full annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya tidak merupakan proses akhir. • Full annealing pendinginan dilakukan dalam dapur, hal ini akan mengurangi produktivitas dapur, shg dilakukan isothermal annealing yaitu pemanasan dan holding time dlkkn dalam dapur ttp pendinginan benda kerja dicelup ke dlm garam cair (salt bath temp 6500C ,garam yg dipanaskan hingga mencair) pd temp sdkt dibawah A1 sampai transformasi austenit ke perlit selesai lalu didinginkan di udara diam.
Normalising • Temperatur pemanasan lbh tinggi dr full annealing, yaitu 500C diatas temp kritis A3 (hypoeutektoid), dan Diatas Acm utk Hypereutektoid, dan pendinginan dilakukan di udara. • Krn pendinginan lbh cepat mk pembentukan ferrit proeutektoid (pd bj hypoeutektoid) atau sementit proeutektoid (pd bj hypereutektoid) akan lbh kcl/sedikit, dan perlit akan lbh banyak. • Artinya normalising merubah letak titik eutektoid mjd lbh kekiri pd bj hypoeutektoid, dan mjd lbh ke kanan pd bj hypereutektoid, atau eutektoid tidak lagi 0,8%C. • Pendinginan yg lbh cpt menyebabkan perlit mjd lbh halus, jarak antar lamel lbh tipis, shg mjd lbh keras dan lbh kuat dibanding proses full annealing.
• Hasil normalising memp strukturmikro lbh halus, shg utk baja dg komposisi kimia yg sama akan memp yield strength, ultimate strength, kekerasan, dan impact strength yg lbh tinggi, serta machinability yg lbh baik dr proses full annealing. • Normalising jg dilakukan thdp bd hasil tuangan/ hasil tempa, utk menghilangkan tegangan dalam dan menghaluskan butiran kristalnya, shg didapat sifat mekanik yg lbh baik. • Normalising mghslkn strukturmikro lbh homogen shg baik utk proses hardening (pengerasan).
Spheroidizing • Dilakukan dg pemanasan sdkt dibwh temp kritis bawah, holding time ckp lama baru didinginkan. • Dilakukan pd baja karbon medium dan tinggi (hypereutektoid). Jaringan sementit yg berbentuk plat/ lempengan (cementit network) dihancurkan pd saat holding time yg lama dg temp ckp tinggi mjd bola2 kcl (sphere) yg disebut spheroidite, hal ini utk memperbaiki machinability . • Pada bj karbon rendah tdk dianjurkan krn akan mghslkn struktur yg tll lunak yg jg menyulitkan machining.
Stress Relief Annealing • Pemanasan sama spt spheroidizing, utk baja karbon biasanya 550 – 6500C. Dgnkn utk menghilangkan tegangan dalamyg timbul sbg akibat dr proses pengerjaan dingin atau machining yg dialami sblmnya. • Material yg mengalami pengerjaan dingin dan machining akan menyimpan tegangan dalam yang menyebabkan material getas • Temperatur pemanassan dibawah temp kritis A1 shg bs disebut sbg proses rekristalisasi
Homogenising • Bertujuan membuat strukturmikro mjd lbh homogen. • Proses memanaskan kembali material sampai temp ckp tinggi di daerah austenit dan holding time ckp lama agar terjadi diffusi shg strukturmikro mjd lbh homogen, stlh itu didinginkan dg lambat. • Holding time yg lama menyebabkan strukturmikro kasar, shg stlh proses ini diperlukan annealing utk menghaluskan butir kristalnya.
Heat Treatment (Perlakuan Panas) Dg Kondisi Non-Equilibrium • • • •
Pengerasan (Hardening) Tempering Austempering Martempering (marquenching)
Pengerasan (Hardening) • •
• •
•
Hardening salah satu HT dg kondisi non equilibrium yg pendinginannya sangat cepat. Kekerasan baja tergantung dr komposisi kimianya (terutama kadar karbon), dan strukturmikronya. Makin tinggi kadar karbon mkn keras baja, dan strukturmikro nya jk bisa dirubah ke struktur martensit mk kekerasan mkn tinggi (hardening/pengerasan) Struktur martensit diperoleh dg pemanasan sampai temp austenit, holding time bbrp saat, lalu didinginkan dg cepat, biasanya stlh hardening dilanjutkan tempering. Hardening optimal pd baja dg kadar karbon 0,3 – 0,4 %C, kurang dr 0,3 %C mk kekerasan stlh hardening tdk signifikan, sebaliknya hardening pd baja dg kadar karbon diatas 0,4% menyebabkan retained austenit mkn banyak shg mengurangi kenaikan kekerasan. Kekerasan yg terjadi stlh hardening tergantung pd bbrp hal : – – – – – –
Temperatur austenitising Homogenity austenit Laju pendinginan Kondisi permukaan Ukuran/berat benda kerja hardenability
Temperatur austenitising • Baja hypoeutektoid 25 – 500C diatas temp kritis atas A3 • Baja hypreutekyoid 25 – 500C diatas temp kritis bwh A1 • Pemanasan dibwh temp austenit tdk akan tjd austenit, artinya ydk ada perub kekerasan krn saat pendinginan hanya austenit yg bisa bertransformasi mjd martensit. • Pemanasan pd temp A1-A3 ferrit blm sempurna bertransformasi mjd austenit (bj hypoeutektoid), jd sebaiknya seseuai dg temp yg dianjurkan. • Jika pemansan tll lama diperoleh butiran austenit yg tll kasar, shg baja mjd getas dan teg sisa menjadi besar. • Pada bj hypereutektoid jk pemanasan tll tinggi maka pd saat pendinginan byk tersisa austenit yg tdk bertransformasi mjd martensit (retained austenit)
Homogenity austenit • Pd kds pemanasan yg lbh cpt terkadang menyebabkan difusi yg terjadi msh blm sempurna, shg keadaan homogen msh blm tercapai. • Jk keadaan tdk homogen ini tjd pd austenit dan kmdn didinginkan dg cepat mk akan diperoleh martensit dg kekerasan yg berbeda, krn masing2 berasal dr austenit yg kadar karbonnya berbeda. • Utk membuat austenit lbh homogen mk perlu diberi kesempatan pd atom utk berdifusi scr sempurna, artinya pd saat pemanasan perlu diberi holding time yg ckp spy austenit homogen. • Lamanya holding time tergantung pd laju pemanasan, mkn tinggi laju pemanasan mk makin panjang holding time yg hrs diberikan.
Laju Pendinginan • • •
Utk memperoleh struktur yg sepenuhnya martensit mk hrs mencapai laju pendinginan kritis (critical cooling rate CCR) Jk laju pendinginan kurang dr CCR mk sebagian austenit tdk bertransformasi mjd martensit shg kekerasan tdk akan maksimum Laju pendinginan tergentung bbrp faktor diantaranya: – Jenis media pendingin (pns jns, kondiktivitas panas dll) – Temp media pendingin – Kuatnya sirkulasi pd media pendingin (olakan/adukan)
•
Bbrp media pendingin yg srg dipakai proses hardening: – – – – – –
Brine (air+10% grm dapur) Air Salt bath (grm cair/ grmdipanaskan sampai mencair) Larutan minyak dlm air Minyak Udara
Kondisi Permukaan • Pd saat baja berhub dg atmosfir yg oxydising krn adanya uap air atau oksigen di dlm furnace, mk akan terbentuk lapisan kulit yg td oksid besi (scale). • Scale yg ckp tbl 0,005 inch dpt mempengaruhi laju pendinginan krn akan terhambat tdk mencapai CCR. Dan scale bs jg terlepas/pecah shg laju pendinginan permukaan tdk sama, shg terbtknya scale hrs dicegah. • Bbrp cara mencegahtjdnya scale : – Copper plating, melapiskan tembaga pd permuk. Bd kerja – Protective atmosfer, memasukkan gas yg tdk bereaksi dg baja ke dlm furnace, spt gas hidrogen, amoniak, methan, propana. – Liquid salt pots (salt bath), pemanasan dilkkn dlm garam yg dicairkan yg bersft netral thd baja – Cast iron chips, baja yg dipanaskn ditimbun dg keping2 besi tuan (cast iron chips), shg oksidasi tjd pd kpg bs tuang dhl sblm menyerang baja
Ukuran & Berat Benda Kerja • Proses pendinginan hanya berlgsg antara permukaan bd kj dan media pendingin, mk ratio antara luas permuk dg berat benda menentukan laju pendinginan. • Ratio yg besar menyebabkan laju pendingan tinggi, artinya bd kerja berbentuk plat akan lbh cpt dingin dp bola, krn plat mempunya ratio luas permuk dibanding berat yg lebih besar dp bola. • Utk bentuk bd kj yg sama dg ukuran yg lbh bsr akan memperkecil angka perbandingan luas permuk dg berat, shg jk didinginkan dg media yg sama mk laju pendinginan akan lbh lambat, atau benda kj yg lbh kecil akan lbh mdh mjd martensit pd kds yg sama.
Hardenability •
•
•
• •
Hardenability mrpk sifat suatu baja yg menggambarkan mudah tidaknya suatu baja itu dikeraskan dg pembentukan martensit hingga mencapai kekerasan ttt pd kedalaman ttt. Kekerasan ttt ini dpt tercapai jk baja tsb dpt mencapai jmlh martensit ttt, yaitu jk didinginkan dg laju pendinginan ttt. Laju pendinginan di permukaan adl paling tinggi, dan mkn ke dlm akan mkn rendah, atau bagian dkt permukaan mencapai CCR dan bagian yg lbh dlm mgkn tdk mencapai CCR (martensitnya mkn sdkt), shg makin ke dlm makin kurang keras. Hardenability dpt dikatak sbg kemampuan suatu baja utk dikeraskan dg pembentukan martensit. Hal ini terkait dg tebalnya bagian benda kerja yg menjadi keras, shg baja dg hardness penetration yg dalam (mis AISI D2) dikatakan mempunyai hardenability yg tinggi, sedang yg memp hardness penetration yg dangkal (mis AISI W1) dikatakan memp hardenability yg rendah. Hardenability ditentukan oleh ltk kurva awal transformasinya (kurva pendinginan CCT diagram), makin ke kanan letak kurva awal makin tinggi hardenability. Krn itu hardenability dipengaruhi oleh komposisi kimia dari baja dan austenitic grain size baja saat pemanasan.
Tempering • Pd proses hardening biasanya martensit yg terbtk menyebabkan bj mjd getas dan meninggalkan teg sisa. • Tempering mrpk proses lajutan utk mengurangi teg sisa (residual stress) & mengembalikan sebagian keuletan. Kembalinya sebagian keuletan ini dg mengorbankan sebagian kekuatan/kekerasan yg sdh dicapai di hardening • Tempering dlkkn dg memanaskan kmbl bj yg tlh dikeraskan pd temp dibwh temp kritis bawah, hold time & pendinginan. • Dg pemanasan kembali martensit yg kondisi carbonnya terperangkap dlm struktur BCT (body centered tetragonal)akan mulai mengeluarkan carbon sbg carbida besi dan BCT berangsur mulai mjd BCC (besi alpha, ferrit) • Dg keluarnya karbon mk teg dlm struktur BCT akan berkurang shg kekerasannya jg akan berkurang, turunnya kekerasan ini akan mkn byk jk temperatur pemanasan makin tinggi dan/atau holding time makin lama.
Gbr daerah temp pemanasan utk annealing, normalising dan hardening pada baja karbon
