Beranda Artikel Ilmiah Perlakuan Panas ( Heat Treatment )

Perlakuan Panas ( Heat Treatment )

10647
0
BERBAGI

Karena machinability dan welding sebuah logam sangat dipengaruhi oleh perlakuan panas, maka proses annealing, normalizing dan stress relieving penting bagi seorang welder danmachinist. Logam yang menjadi keras dan getas dari hasil cold working (proses pengerjaan dingin) harus dilunakkan dengan proses annealing, sehingga proses ini penting dalam proses manufacturing logam.

Plain carbon steel terkenal sebagai baja yang lunak, namun bisa diubah menjadi super keras yang bisa gunakan memotong kaca dan material lain termasuk baja itu sendiri jika dalam kondisi lunak. Kekerasan seperti itu bisa dicapai melalui perlakuan panas. Ada 2 proses, diantaranya hardening dan tempering.

Annealing.

Suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam dalam pembuatan suatu produk. Pada dasarnya annealing dilakukan dengan memanaskan logam sampai temperatur tertentu, menahan pada temperatur tertentu tadi selama waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkannya dengan laju pendinginan yang cukup lambat.

Annealing dapat dilakukan terhadap benda kerja dengan kondisi yang berbeda-beda dan dengan tujuan yang berbeda pula. Tujuan melakukan annealing dapat merupakan salah satu dari sejumlah tujuan dibawah ini:

  1. melunakkan.
  2. mengahulskan butir kristal.
  3. menghilangkan tegangan dalam.
  4. memperbaiki machinability.

Dilihat dari fungsinya dalam suatu rangkaian proses produksi, annealing dapat merupakan suatu langkah mempersiapkan suatu bahan untuk proses pengerjaan berikutnya, atau sebagai suatu proses akhir yang menentukan sifat dari produk akhir.

Jika menghendaki kelunakan maksimum, bisa dilakukan spheroidize annealed. Perlakuan panas ini mengakibatkan karbida berbentuk spheroid kecil-kecil dalam matrik ferrite. Spheroidize dilakukan pada temperatur 1250o F, kemudian didinginkan secara lambat sampai temperatur kamar.

Normalizing.

Proses normalizing dilakukan dengan memanaskan bahan lebih kurang 1700oF (925oC), kemudian dinginkan pada still air (udara) atau furnace. Pada umumnya hasil dari normalizing mempunyai strukturmikro lebih halus, sehingga untuk baja dengan komposisi kimia yang sama akan mempunyai yield strength, kekerasan dan impact strength yang lebih tinggi daripada yang diperoleh melalui annealing dan machinabilitynya akan lebih baik.

Normalizing sering dilakukan terhadap benda hasil tuangan atau hasil tempa, untuk menghilangkan tegangan dalam dan menghaluskan butiran kristalnya, sehingga diperoleh sifat yang lebih baik.

Pada normalizing dan juga annealing hendaknya tidak dilakukan pemanasan sampai ke temperatur yang terlalu tinggi karena butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar, sehingga dapa pendinginan lambat akan diperoleh butir ferrit/pearlit yang juga kasar. Ini akan mengakibatkan berkurangnya keuletan/ketangguhan material.

Stress Relieving.

Stress Relieving dimaksudkan untuk menghilangkan tegangan dalam yang timbul sebagai akibat dari :

  1. proses pengerjaan dingin atau machining yang dialami sebelumnya.
  2. pendinginan yang tidak sama dalam proses seperti pengelasan atau casting.

Benda yang baru mengalami pengerjaan dingin atau machining yang berat akan menyimpan tegangan dalam. Adanya tegangan dalam ini akan mengakibatkan bahan tersebut menjadi getas. Untuk menhindari itu perlu dialakukan stress relieving.

Hardening (Pengerasan)

Pengerasan adalah salah satu perlakuan panas dengan kondisi non equilibrium, pendinginannya sangat cepat, sehingga strukturmikro yang akan diperoleh juga adalah strukturmikro yang tidak ekuilibrium. Hardening dilakukan dengan memanaskan baja hingga mencapai temperatur austenit, dipertahankan beberapa saat pada temperatur tersebut, lalu didinginkan dengan cepat, sehingga akan diperoleh martensit yang keras. Biasanya sesudah proses hardening selesai, segera diikuti dengan proses tempering.

Kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah proses hardening banyak tergantung pada kadar karbon, makin tinggi kadar karbonnya makin tinggi kekerasan maksimum yang dapat dicapai. Pada baja dengan kadar karbon rendah kenaikan kekerasan setelah hardening hampir tidak berarti, karenanya pengerasan hanya dilakukan terhadap baja dengan kadar karbon yang memadai, tidak kurang dari 0,30 %C.

Untuk memperoleh struktur yang sepenuhnya martensit maka laju pendinginan harus dapat mencapai laju pendinginan kritis (Critical Cooling Rate – CCR). Dengan laju pendinginan yang kurang dari CCR akan mengakibatkan adanya sebagian austenit yang tidak bertransformasi menjadi martensit, sehingga kekerasan maksimum tentu tidak akan tercapai. Laju pendinginan yang terjadi pada suatu benda kerja tergantung pada beberapa faktor, terutama:

–          jenis media pendingin

–          temperatur media pendingin

–          kuatnya sirkulasi/olakan pada media pendingin.

Beberapa media pendingin yang sering digunakan pada proses hardening, menurut kekeuatan pendinginannya:

  1. Brine (air + 10% garam dapur).
  2. Air.
  3. Salt bath (garam cair).
  4. Larutan minyak dalam air.
  5. Minyak.
  6. Udara.

Perbandingan kemampuan pendinginan dari berbagai media pendingin terhadap baja tahan karat.

Tempering

Baja yang dikeraskan dengan pembentukan martensit, pada kondisi as-quenched, biasanya sangat getas, sehingga tidak cukup baik untuk berbagai pemakaian. Pembentukan martensit juga meninggalkan tegangan sisayang sangat tinggi, dan ini sangat tidak disukai. Karena itu biasanya atau hampir selalu setelah pengerasan kemudian segera diikuti dengan tempering, untuk menghilangkan/mengurangi tegangan sisa (residual stress) dan mengembalikan sebagian keuletan dan ketangguhannya.

Tempering dilakukan dengan memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan tadi pada temperatur dibawah temperatur kritis bawah, membiarkan beberapa saat pada termperatur tersebut, lalu didinginkan kembali. Dengan pemanasan kembali ini martensit, yang merupakan suatu struktur metastabil yang berupa larutan padat supersaturated dimana karbon terperangkap dalam struktur body centered tetragonal, BCT, akan mulai mengeluarkan karbon yang berpresipitasi sebagai karbida besi, sedang BCT berangsur-angsur menjadi BCC (besi alpha, ferrit). Denga keluarnya karbon maka tegangan didalam struktur BCT akan berkurang sehingga juga kekerasannya mulai berkurang. Turunnya kekerasan ini akan banyak bila temperatur pemanasan makin tinggi dan/atau holding time makin lama.

Secara umum dapat dikatakan bahwa bila temperatur tempering makin tinggi maka kekerasannya akan makin rendah, sedang ketangguhannya akan makin tinggi.