HEAT TREATMENT (PERLAKUAN PANAS)

HEAT TREATMENT (PERLAKUAN PANAS)

Pengertian  perlakuan  panas  atau  heat  treatment  ialah  suatu  cara  yang mengakibatkan  perubahan  struktur  bahan  melalui  penyolderan  atau  penyerapan panas: dalam bentuk bahan tetap sama (kecuali perubahan akibat regangan panas). Yang  disebut  struktur  adalah  susunan  dalam  logaa,  menjadi  dapat  dlihat  jika sekeping  logam  yang  terasah  dan  teretsa  (asam  salpeter)  diamati  dibawah mikroskop.

Struktur besi murni Struktur semua logam terdiri  atas kristal-kristal yang bergandengan  kuat  satu  sama  lain  dalam  wujud  dan  ukuran  yang  berlainan. Kristal-kristal itu terdiri atas bagian-bagian terkecil suatu unsur, atom-atom. Atom besi  tersusun  didalam  sebuah  kisi  ruang.  Penegertiannya  adalah  sebuah  wujud garis meruang yang titik-titik potongnya diduduki atom-atom besi, kisi ruang ini terdiri atas  mata jaringan yang berbentuk  dadu. 

Dalam hubungan ini  ditemukan perletakan atom menurut tiga jenis :

¤   BESI ALFA 

Delapan  atom terletak  pada pojok  dadu  dan  sebuah  atom ke  9  ditengah-tengah  dadu (di pusat ruang).  Susunan  atom ini disebut  juga  kisi terpusat  ruang sampai  suhu  ruangan  7080  C, besi  alfa  bersifat  magnetis.  Dari  7680  C  sampai 9110 C, besi terpusat ruang menjadi tidak magnetis dan dahulu disebut juga besi.

¤   BESI GAMMA 

Pada 9110 C, ikatan kisi terpusat ruang menjelma menjadi besi gamma terpusat bidang : pada  setiap pojok dadu berada  sebuah atom  dan 6 atom  lainnya berada dipetengahan  ke 6  bidang  bujur  sangkar  permukaan  dadu.  Karena  sebuah  dadu gamma menampung 14 atom, sedangkan jumlah keseluruhan atom besi tentunya tidak akan bertambah akibat pemanasan, maka dadu gamma lebih besar dari dadu alfa.

¤   BESI DELTA 

Pada 13920 C, besi gamma yang terpusat bidang berubah wujud kambali menjadi  besi  terpusat  ruang  yang  disebut  besi  delta  (gambar  2c).  besi  delta berbeda dari besi alfa dalam jarak atomnya yang lebih besar.

MENGENAL PROSES HEAT TREATMENT

Heat Treatment 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  dasar nya  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.

KLASIFIKASI HEAT TREATMENT

v  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.

Diagram : Heat treatment near equilibrium

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  r agam,  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.

Diagram : Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe- Fe3C) 

Ö Struktur mikro

ü  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.

ü  Austenite  ialah  suatu  larutan  padat  yang  mempunyai  batas  maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).

ü  Cementid  ialah  suatu senyawa  yang  terdiri  dari  unsur  Fe  dan  C  dengan perbandingan  tertentu  (mempunyai  rumus  empiris)  dan  struktur  kristalnya Orthohombic.

ü  Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi  Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperatur e 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C. 

ü  Pearlite ialah campuran  Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 3%C. 

Ö Kandungan Carbon

0,008%C  =  Batas  kelarutan  maksimum  Carbon  pada  Ferrite  pada  temperature kamar  0,025%C  =  Batas  kelarutan  maksimum  Carbon  pada  Ferrite  pada temperature 723 

Ö Derajat Celcius

0,83%C = Titik Eutectoid 2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature  1130  Derajat  Celcius  4,3%C = Titik  Eutectic  0,1%C  = atas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius.

Ö 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.

v  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)  

JENIS-JENIS PENGERASAN PERMUKAAN:

Ø  Karburasi

Cara  ini  sudah  lama  dikenaloleh  or ang  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.

Ø  Karbonitiding

 Adalah  suatu  proses  pengerasan  permukaan  dimana  baja  dipanaskan  diatas  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.

Ø  Sianiding

Adalah  proses  dimana  terjadi  absobsi  karbon  dan  nitrogen  untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

Ø  Nitriding

Adalah  proses  pengerasan  permukaan  yang  dipanaskan  sampai  ±  510°c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.

PENGELOMPOKAN DAN STANDARISASI BAJA

Ø  Pengelompokan Baja

a.    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. 

b.    Baja Paduan

Aja  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%.

c.    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  unsur e  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

A.   Amerika Serikat

                      i.        ASTM ( American Society for Testing Materials )

                    ii.        AISI  (Americal  Iron  and  Steel  Institute)  and  SAE  (Society  of  Automotive Engineers) 

B.   Menurut UNS (United Numbering System)

                      i.        Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)

                    ii.        Inggris (British Standard)

                   iii.        Jerman DIN Swedia

                   iv.        Indonesia (Standar Nasional Indonesia)

DIAGRAM BESI-KARBIDA BESI

            Sebagian dari diagram kesetimbangan besi-karbida besi baja terlihat pada gambar  3.1.  Bila  sepotong  baja  dengan  kadar  karbon  0,20%  dipanaskan  secara merata  dengan  lambat  dan  suhunya  dicatat  pada  selang  waktu  tertentu,  akan diperoleh  kurva  seperti  terlihat  pada  gambar  3.1.  Kurva  ini  disebut  Kurva  laju inverse. 

Diagram : Besi-karbida besi

Sumbu    mendatar  adalah  laju  pemanasan  atau  waktu  yang  diperlukan untuk memanaskan atau mendinginkan baja sebanyak 10oC. Kurva ini merupakan garis  vertikal  kecuali  pada  titik-titik  diamana  laju  pemanasan  atau  pendinginan mengalami perubahan.  Terlihat  bahwa  pada  tiga titik  terdapat  perubahan  dalam laju  pemanasan.  Hal  yang  sama  dijumpai  sewaktu  pendinginan;  tercatat  tiga perubahan yang lebih rendah dibandingkan dengan sewaktu pemanasan. Titik-titik di mana  terjadi  perubahan struktur disebut titik transformasi  dan diberi  lambing Ac1,  Ac2 dan Ac3. Huuf  C adalah  huruf permulaan dari kata perancis chauffage yang berarti memanaskan. Titik-titik identik yang diperoleh pada kurva pendingin disebut  Ar1,  Ar2  dan  Ar3.r  diambil  dari  kata  refroidissement  yang  berarti mendinginkan.

Perubahan-perubahan  yang  terjadi  pada  titik-titik  kritis  tersebut  disebut perubahan alatropik. Meski susunan kimia tetap, baja mengalami perubahan sifat antara lain : tahanan listrik, struktur atom dan kehilangan sifat magnetic. Menurut defenisi  suatu  perubahan  alotropi  adalah  perubahan  yang  mampu  balik  ataureversible pada  struktur  atom  suatu  logam yang diikuti dengan  perubahan sifat. Titik-titk kritis tersebut harus diketahui, mengingat perlakuan panas baja meliputi pemanasan di atas daerah ini. Baja tidak dapat dikeraska kecualibila dipanaskan di atas daerah kritis bawah dan kadang-kadang di atas daerah kritis atas.

Diagram : laju-invers, untuk baja SAE 1020

Serangkaian percobaan pemanasan dan pendinginan dapat dilakukan pada baja  dengan  kandungan  karbon  yang  berbeda  dan  bila  hasilnya  digambarkan sebagai  kurva  suhu  terhadap  kadar  karbon  maka  akan  diperoleh  suatu  diagram yang serupa dengan gambar 3.1.  Diagram ini  yang disebut diagram  besi-karbida besi parsial hanya berlaku untuk kondisi pendinginan yang perlahan-lahan. Suhu pencelupan yang tepatdapat diperoleh dari diagram ini. Misalkan sepotong baja karbon 0,20% dipanskan disekitar 870oC. Diatas titik Ar3 baja merupakan larutan padat dari karbon dalam besi-gamma dan disebut austenit. Atom-atom besi membentuk kisi kubik pemusatan sisi  (Face Centered Cubic) dan bersifat nonmagnetik.

Bila  didinginkan  sampai  mencapai  suhu  dibawah  titik  Ar3,  atom-atom akan  membentuk  kisi  kubik  pemusatan  ruang  (Body  Centered  Cubic).  Struktur logam dapat dilihat pada gambar 3.3. Struktur yang baru ini disebut ferit atau besi alpha  dan  merupakan  larutan  padat  karbon  dan  besi  alpha.  Daya  larut  karbon dalam besi alpha jauh lebih rendah daripada dalam besi gamma.Pada titik Ar2 baja menjadai  magnetic,  dan  bila  baja  didinginkan  sampai  garis  Ar1,  ferit  yang terbentuk  akan  bertambah.  Pada  garis  Ar1  austenit  yang  masih  ada  akan bertransformasi mejadi suatu struktur baru yang disebut perlit.

Gambar : Mikrofoto efek pertambahan karbon atas struktur logam

            Bila  kadar  karbon  baja  malampaui  0,20%,  suhu  diamana  ferit  mulai terbentuk dan  mengendap dari austenit  turun. Baja  yang berkadar karbon 0,80% disebut baja eutektoiddan struktur terdiri dari 100% perlit. Titik eutektoid adalah suhu terendah dalam logam dimana terjadi perubahan dalam keadaan larut padat, dan merupakan suhu keseimbangan terendah di mana austenit terurai menjadi ferit dan simentit. Bial kadar karbon baja lebih besar daripada eutektoid, perlu diamati garis pada diagr am besi-karbida besi yang bertanda Acm. Garis ini menyatakan dimana  karbida besi mulai memisah dari austenit. Karbida besi ini  dengan  rumus Fe3C disebut sementit. Sementit sangat keras dan rapuh.  Baja yang mengandung kadar karbon kurang dari eutektoid (0,80%). Disebut baja hipoeutektoid, dan baja dengan kadar karbon lebih dari eutectoid disebut juga hipereutektoid.

BESAR BUTIR.

Baja cair bila didinginkan mulai membeku pada titik-titik inti yang cukup banyak.  Atom-atom  yang  tergabung  dalam  kelompok  di  sekitar  suatu  inti cenderung  memiliki  letak yang serupa.  Batas  butir yang  bentuknya  tidak teratur tampak  dibawah  mikroskop,  setelah  dipolis  dan  dietsa  dan  merupakan  batas kelompok  sel  atom  yang  memiliki  orientasi  umum  yang  sama.  Ukuran  butir tergantung  pada  beberapa  faktor,  antara  lain  laju  pendinginan  sewaktu pembekuan. Baja  dengan  butiran  yang  kasar  kurang  tangguh,  dan  memiliki kecenderungan untuk distorsi, namun baja jenis ini lebih mudah untuk pemesinan dan  memiliki  kemampuan  pengerasan  yang  lebih  baik.  Baja  berbutir  halus  di samping lebih angguh juga lebih ulet dna kurang peka terhadap distorsi atau retak sewaktu perlakuan panas. Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu  proses  pembuatan,  akan  tetapi  setelah  baja  jadi,  pengendalian  dilakukan melalui  perlakuan  panas.  Alluminium  yang  digunakan  sebagai  deoksidator merupakan faktor mengendali  yang  terpenting, karena  dapat menaikkan suhu  dimana terjadi pertumbuhan butir dengan cepat. Besar butir diukur dengan  mikroskop,  meskipun  penaksiran secara  kasar dapat  dilakukan  denagn  memeriksa  bidang  perpatahan.  Untuk  pengukurna  di bawah  mikroskop  baja  perlu  dipolis  dan  dietsa  agar  batas  butir  tampak dengan jelas.  Pada  karbon  rendah  ferit  akan  berpresipitasi  dari  austenit  setelah didinginkan  secara  perlahan-lahan.  Karena  laju pendinginan  yang  rendah  dapat menghasilkan  terlalu  banyak  ferit  primer,  yang  menyulitkan  pengukuran  besar butir  austenit  sebelumnya,  maka  harus  diusahakan  agar  laju  pendinginan sedemikian  rupa  sehingga  struktur  pracutektoid  hanya  terjadi  pada  batas-batas daerah perlit. Pada baja karbon medium, besar butir austenit sebelumnya dihitung

dari  luas  daerah  perlit  ditambah  dengan  setengah  daerah  ferit  yang mengelilinginya.  Pada  baja  hipereutektoid  besar  butir  austenit  dibatasi  oleh sementit yang mengendap.

Gambar : Pemisahan kristal dan ukurna butir yang sangat besar.

DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTERMAL.

Diagram  fasa  Fe3C  bermanfaat  untuk  memilih  suhu  yang  tepat  untuk berbagai  operasi  laku  panas  dan  memperlihatkan  pula  struktur  yang  dapat diperoleh  setelah  pendinginan  perlahan-lahan.  Meskipun  demikian  diagram tersebut  tidak  menggambarkan  pengaruh  dari  berbagai  laju  pendinginan,  waktu pemanasan atau struktur yang dapat diperoleh bila pencelupan ditunda  pada suhu tertentu.  Diagram  transformasi  isothermal  atau  dikenal  juga  sebagai  diagram waktu-suhu-transformasi atau kurva S dapat memberi informasi tersebut. Dengan mempergunakan diagram ini dapat dilihat perubahan struktur bila logam dibiarkan pada suhu konstan tertentu.

Diagram : Transformasi

Dengan  demikian  waktu  transformasi  mulai  terjadi  dan  berakhir  dapat diketahui, begitu pula struktur  yang akan diperoleh. Untuk memperoleh struktur martensit,  baja  harus  dicelupkan  dengan  cepat  sedemikian  sehingga  kurva pendinginan  tidak  memotong  kurva  transformasi.  Pada  gambar  3.5  yang menampilkan kurva pendinginan yang memotong garis Ms dan Mf (permulaan dan berakhirnya transformasi austenit menjadi martensit).

Bentuk  umum  dari  kurva  waktu-suhu-transformasi  berbeda  untuk  jenis baja yang berlainan, ter gantung pada kadar karbon, unsur paduan dan besar butir austenit.  Kebanyakan  unsur  paduan  baja  menggeser  kurva  ke  kanan,  sehingga memperpanjang waktu pengerasan baja tanpa mengenai atau memotong kurva.Hal ini  memungkinkan  pengerasan  ukuran  penampang  yang  lebih  besar.  Pada  baja karbon,  kurva  akan  bergeser  ke  kiri  dengan  menurunnya  kadar  karbon.Oleh karena  itu  agak  sulit  untuk  memperoleh  martensit  dengan  pencelupan  baja hipoeutektoid. Baja karbon dengan komposisi eutektoid lebih mudah dikeraskan.

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). 

Diagram : Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face– centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)

Penjelasan diagram: 

      I.        Pada  kandungan  karbon  mencapai  6.67%  terbentuk  struktur  mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan). 

    II.         Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas 

   III.        Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.  

  IV.        Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.  

   V.        Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit.  

  VI.        Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit.  

 VII.        Pada  saat  pendinginan  dari  suhu  leleh  baja  dengan  kadar  karbon  rendah, akan  terbentuk  struktur  mikro  Ferit  Delta  lalu  menjadi  struktur  mikro Austenit. 

VIII.        Pada baja dengan kadar karbon  yang lebih tinggi,  suhu leleh turun dengan naiknya  kadar  karbon,  peralihan  bentuk  langsung  dari  leleh  menjadi Austenit.

  IX.        Dari  diagram  diatas  dapat  kita  lihat  bahwa  pada  proses     pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan  struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia. 

PENDINGINAN HEAT TREATMENT DIBEDAKAN MENJADI 2 YAITU :

                      I.        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.

Diagram : Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel

Penjelasan diagram:

              i.        Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimiaterutama kadar karbon dalam baja.

            ii.        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.

           iii.        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).

           iv.        Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

            v.        Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.

           vi.        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.

                    II.        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 5 heat treatment dalam pembuatan baja:

Secara umum heat treatment dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.

1.    ANNEALING

Yang dimaksud  dengan  annealing ialah  menurunkan  kekerasan  suatu  baja dengan jalan memanaskan baja tersebut pada temperatur diatas temperatur krisis maksimum  9800C,  dan  kemudian  dinginkan  secara  perlahan-lahan  di  udara (sampai dingin). Sebagai misal baja dengan kadar karbon 1,2%C, susunan strukturnya adalah Sementit dan pearlit, setelah kita annealing maka akan didapat susunan pearlit agak kasar sehingga mengurangi kekerasan dari baja tersebut.

TUJUAN DARI  ANNEALING IALAH UNTUK :

·         Mendapatkan  baja  yang  mempunyai  kadar  karbon  tinggi,  tetapi  dapat dikerjakan mesin atau pengerjaan dingin.

·         Memperbaiki keuletan.

·         Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur.

·         Memperhalus ukuran butir.

·         Menghilangkan tegangan dalam.

·         Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.

LANGKAH KERJA PROSES ANNEALING :

§  Proses annealing adalah sebagai berikut:

o   Benda kerja kita masukan kedalam kotak baja yang kita isi dengan terak atau pasir.

o   Panaskan pada temperatur 980⁰C selama 1 sampai 3 jam.

o   Setelah cukup waktunya kotak kita angkat dari dapur.

o   Benda kerja didinginkan dengan perlahan-lahan.

§  Cara-Cara Pendinginan Pada Proses Annealing:

o   Benda kerja dikeluarkan dari kotak dan dibiarkan dingin perlahan-lahan dengan pendinginan dari udara.

o   Benda kerja bersama-sama dengan kotaknya dibiarkan dingin perlahan- lahan dengan pendinginan udara.

o   Kotak yang berisi benda kerja dibiarkan didalam dapur dan dapur kita matikan. Sehingga dapur, benda kerja dan kotak mengalami pendinginan yang perlahan-lahan dari udara.

TIPE-TIPE PROSES ANNEALING:

Ø  Full Annealing.

Full  annealing  (FA) terdiri  dari  austenisasi  dari  baja  yang diikuti  dengan pendinginan  yang  lambat  didalam  tungku,  kemudian  temperatur  yang  dipilih untuk austenisasi tergantung pada kandungan karbon dari baja tersebut.

Full annealing untuk baja hipeutektoid dilakukan pada temperatur austenisasi sekitar 500C diatas garis A3  dan mendiamkannya pada tempertur tersebut untuk jangkauan  waktu  tertentu,  kemudian  diikuti  dengan  pendinginan  yang  lambat diatas tungku. Pada temperatur austenisasi, pembentukan austenit akan merubah struktur yang ada sebelum dilakukan pemanasan, dan austenit  yang terbentuk relatif  halus.  Pendinginan  yang  lambat  didalam  tungku  akan  menyebabkan austenit mengurai menjadi perlit dan ferit. Pemanasan yang terlalu tinggi diatas A3 akan menyebabkan austenit tumbuh sehingga dapat merugikan sifat baja yang diproses.

Menganil/annealing baja hipereutektik dilakukan dengan cara memanaskan baja tersebut diatas A1 untuk membulatkan sementit proeutektoid. Jika baja hipereutektik dipanaskan pada temperatur Acm  dan didinginkan perlahan-lahan, maka pada batas butir akan terbentuk sementit preutektoid sehingga akan terjadi rangkaian sementit pada batas butir austenit. Pendinginan yang diperlambat akan menyebabkan presipitasi ferit sebagai kelompok yang terpisah. Pembentukan daerah pemisah ferit pada baja yang tidak dikehendaki karena akan menimbulkan daerah yang lunak (soft spot) selama proses pengerasan berlangsung. Full annealing juga diterapkan pada baja karbon dan baja paduan hasil proses pengecoran serta baja hot worked hipereutektoid. Untuk produk cor yang besar, terutama yang terbuat dari baja paduan,Full annealing akan memperbaiki mampu mesin dan juga menaikan kekuatan akibat butir-butirnya menjadi halus.Full annealing juga diterapkan pada baja-baja dengan kadar karbon lebih dari 0,5% agarmampu mesinnya menjadi lebihBaik.

Ø  Spheroidized Annealing.

Spheroidized annealing (SA) dilakukan dengan cara memanaskan baja sedikit diatas atau dibawah titik A1, kemudian didiamkan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat.

Proses ini ditujukan agar karbida-karbida yang berbentuk lamelar pada perlit dan sementit sekunder menjadi bulat. Disamping itu, perlakuan ini ditunjukan mendeformasikan   struktur   seperti   martensit,   trostit,   dan   sorbit   dlsb   yang merupakan hasil akhir dari proses quench.

2.    NORMALIZING

Normalizing adalah proses Perlakuan panas terhadap baja dengan tujuan mendapatkanstruktur, butiran yang halus dan seragam untuk menghilangkan tegangan dalam akibat pengerjaan dengan mesin.

TUJUAN NORMALIZING :

·         Untuk memperhalus butir

·         Memperbaiki mampu mesin

·         Menghilangkan tegangan sisa

·         Memeperbaiki  sifat  mekanik  baja  karbon  struktural  dan  baja-baja  paduan rendah.

PROSES NORMALIZING

Proses dari pada normalizing ialah dengan memanaskan baja diatas temperatur kritis maksimum 850oC dan kemudian kita biarkan dingin perlahan-lahan maka susunan  yang  terjadi  adalah  pearlite  yang  agak  halus  sehingga  benda  kerja menjadi lunak dan tegangan –tegangan dari bahan tersebut akan hilang serta susunannya menjadi merata.( Menurut Hand Out POLMAN )

Normalizing  terdiri dari Proses pemanasan baja diatas temperatur kritis A3 atau ACM dan ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu tergantung pada jenis dan ukuran baja. Agar diperoleh austenit yang homogen baja-baja hypoeutektoid dipanaskan 30-400C diatas garis A3. Pemanasan Austenit yang terlalu tinggi akan menyebabkan tumbuhnya butiran- butiran austenit.

Setelah  waktu  pemanasan  selesai,  benda  kerja  kemudian  didinginkan diudara. Struktur metalurgi baja hypoutektoid yang akan dihasilkan teriri dari ferit dan pearlite. Perlu diketahui bahwa batas-batas butir yang baru tidak ada hubungannya dengan   batas-batas butir sebelum baja dinormalkan, jika struktur sebelum  diproses  berupa  butir  yang  kasar  atau  tidak  beraturan  maka  setelah penormalan akan terjadi perbaikan terhadap strukturnya diiringi dengan tibulnya perbaikan sifat mekaniknya.

Dengan cara yang sama Menormalkan baja hypoeutektoid dilakukan dengan memanaskan baja 30-400C diatas temperatur ACM dan menhannya pada teperatur tersebut   untuk   jangka   waktu   tertentu   sehingga   transformasi   fasa   dapat berlangsung diseluruh bagian benda kerja dan selanjutnya didinginkan diudara. Proses ini tidak hanya menghaluskan ukuran butir tetapi juga  melarutkan jaringan–jaringan karbida yang mungkin terbentuk pada saat proses pengerjaan panas atau pada saat  dikarburasi.  Pada temperatur kamar  struktur hasil  penormalan  akan terdiri dari dari butir pearlit yang halus dan sementit. Struktur hasil penormalan lebih cocok untuk proses sperodisasi agar diperoleh mampu mesin yang lebih baik.

Sifat mekanik yang kan diperoleh setelah prose penormalan tergantung pada laju pendinginan diudara. Laju pendinginan cepat akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi. Atas dasar tersebut, jika didinginkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi laju pendinginan diudara yang agak cepat dapat dicapai dengan menggunakan kipas angin.

Proses penormalan umumnya diterapkan pada baja karbon dan baja paduan rendah. Kekerasan  yang diperoleh dari perlakuan ini tergantung pada ukuran, komposisi baja serta laju pendinginan. Normalizing tidak dapat diterapkan pada jenis baja yang dapat dikeraskan diudara.

Pendinginan diudara setelah proses austenisasi baja-baja paduan akan menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi. Untuk itu agar tetap memiliki mampu mesin yang memadai baja-baja tersebut dapat ditemper 600-6500C. dengan demikian untuk beberapa jenis baja paduan dari pada menerapkan proses anil yang cukup lama, lebih baik menerapkan proses normalizing kemudian diikuti dengan proses temper sehingga waktu yang diperlukan relatif lebih singkat.

Secara umum proses normalizing ini dilakukan dengan dengan cara memanaskan baja 850 derajat sampai 900 derajat, kemudian setelah suhu merata didinginkan diudara. 

MANFAAT DARI PROSES NORMALIZING INI ADALAH ANTARA LAIN :

Menghilangkan struktur yang berbutir kasar yang diperoleh dari proses pengerjaan yang sebelumnya di alami oleh baja:

a.    Mengeliminasi struktur yang kasar yang diperoleh dari akibat pendinginan yang lambat pada proses anil

b.    Menghaluskan ukuran ferit dan pearlite

c.    Memodifikasi dan menghaluskan struktur cor dendritik

d.    Penormalan dapat mencegah distorsi dan memperbaki mampu mesin-mesin baja paduan yang dikarburasi karen atemperatur penormalan lebih tinggi dari temperatur pengkarbonan 

e.    Penormalan dapat memperbaiki sifat-sifat mekanik

3.    TEMPERING

Proses temper adalah proses memanaskan kembali baja yang sudah dikeraskan   dengan   tujuan   untuk   memperoleh   kombinasi   antara   kekuatan, duktilitas dan ketangguhan yang tinggi.

Proses temper terdiri dari memanaskan baja sampai dengan temperatur dibawah temperatur A1, dan menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan diudara. Hasil penelitian menunjukan bahwa pada saat temperatur dinaikan, baja yang dikeraskan akan mengalami 4 tahapan sebagai berikut:

a.    Pada temperatur antara 80 dan 2000C, suatu produk transisi yang kaya karbon   yang   dikenal   sebagai   karbida,   berpresipitasi   dari   martensit tetragonal sehingga menurunkan tetragonalitas martensit atau bahkan mengubah martensit tetragonal menjadi ferit kubik. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap pertama. Pada saat ini, akibat keluarnya karbon, volume martensit berkontraksi. Karbida yang terbentuk pada perioda ini disebut sebagai karbida epsilon.

b.    Pada temperatur antara 200 dan 3000C, austenit sisa mengurai menjadi suatu  produk  seperti  bainit.  Penampilannya  mirip  martensit  temper. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap kedua. Pada tahap ini volume baja meningkat.

c.    Pada temperatur antara 300 dan 4000C, terjadi pembentukan dan pertumbuhan sementit dari karbida yang berpresipitasi pada tahap pertama dan kedua. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap ketiga. Perioda ini ditandai dengan adanya penurunan volume dan melampaui efek yang ditimbulkan dari penguraian austenit pada tahap yang kedua.

d.    Pada  temperatur  400  dan  7000C  pertumbuhan  terus  berlangsung  dan disertai dengan proses sperodisasi dari sementit. Pada temperatur yang lebih tinggi lagi, terjadi pembentukan karbida kompleks, pada baja-baja yang mengandung unsur-unsur pembentuk karbida yang kuat. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap keempat.

e.    Perlu  diketahui  bahwa  rentang  temperatur  yang  tertera  pada  setiap  tahap proses temper, adalah spesifik. Dalam praktek, rentang temperatur tersebut bervariasi   tergantung   pada   laju   pemanasan,   lama   penemperan,   jenis   dan sensitifitas pengukuran yang digunakan. Disamping itu, tergantung juga pada komposisi kimia baja yang diproses.

PENGARUH UNSUR-UNSUR PADUAN PADA PROSES TEMPERING:

Jika baja dipadu, interval diantara tahapan proses temper akan bergeser kearah temperatur  yang  lebih  tinggi;  dan  itu  berarti  martensit  menjadi  lebih  tahan terhadap proses penemperan. Unsur-unsur pembentuk karbida khususnya: Cr, Mo, W, Ti dan V dapat menunda penurunan kekerasan dan kekuatan baja meskipun temperatur tempernya dinaikan.

Dengan jenis dan jumlah yang tertentu dari unsur-unsur tersebut diatas, dimungkinkan bahwa penurunan kekerasan dapat terjadi pada temperatur antara 400-6000c, dan dalam beberpa hal, dapat juga terjadi peningkatan kekerasan. Pengaruh unsur paduan terhadap penurunan kekerasan diterangkan dengan adanya kenyataan bahwa unsur paduan tersebut menunda presipitasi karbon dari martensit pada temperatur temper  yang lebih tinggi dilain pihak, peningkatan kekerasan  pada  temperatur  temper  yang  lebih  tinggi  pada  baja-baja  yang mengandung W, Mo, dan V disebabkan karena adanya transformasi austenit sisa menjadi martensit.

Baja perkakas paduan tinggi seperti baja hot-worked dan high speed pada rentang temperatur pada 200-3000C, austenit sisa yang ada belum bertransformasi. Tetapi  pada  penemperan  sekitar  450-6000 C,  austenit  akan  terkondisikan  dan ketika didinginkan, akan terbentuk martensit sekunder. Dengan adanya martensit seperti itu pada baja yang barsangkutan, prose penemperan tidak menghasilkan pelunakan yang berarti. Pengkondisian austenit tergantung pada waktu dan temperatur. Dengan adanya presipitasi karbida, kandungan karbon dan unsur paduan pada austenit akan menurun, sehingga meningkatkan temperatur pembentukan martensit. Pembentukan matrensit dari austenit sisa barsama-sama dengan adanya presipitasi karbida akan menimbulkan peningkatan kekerasan yang merupakan ciri dari baja-baja paduan tinggi dan baja high speed.

Pada baja high speed dan baja yang mengandung Cr yang tinggi, austenit sisa bertransformasi menjadi martensit pada saat didinginkan dari temperatur temper sekitar 5000C. karena itu, baja seperti itu harus ditemper kembali dengan maksud untuk meningkatkan ketangguhan baja yang diproses takibat terbentuknya martensit sekunder pada saat ditemper. Peningkatan kekerasan sebagai akibat dari adanya transformasi austenit sisa menjadi martensit merupakan hal yang umum terjadi pada baja-baja paduan tinggi, namun sangat jarang terjadi pada baja-baja karbon dan baja paduan rendah karena jumlah austenit sisanya relatif sedikit. Sedangkan pada baja paduan tinggi jumlah austenit sisanya mencapai lebih dari 5-300 C.

4.    QUENCHING

Perlakuan  baja  ini  dilakukan  dengan  memanaskan  baja  hingga  fasa menjadi  austenit  dan didinginkan  secara  cepat  (lihat  diagram  CCT  baja  karbon rendah).  Media  pendinginan  cepat  seperti  air,  oli,  garam  atau  media pendingin lainnya. Tujuan utama perlakuan ini untuk meningkatkan kekerasan baja.

Diagram : gabungan annealing, non treat, quenching

Quenching merupakan  salah  satu  teknik  perlakuan  panas  yang  diawali dengan  proses  pemanasan  sampai  temperatur  austenit  (austenisasi)  diikuti pendinginan secara cepat, sehingga fasa austenit langsung bertransformasi secara parsial  membentuk  struktur  martensit.  Austenisasi  dimulai  pada  temperatur minimum ± 50°C di atas Ac3,yang merupakan temperatur aktual transformasi fasa ferit,  perlit,  dan  sementit  menjadi  austenit.  Temperatur  pemanasan  hingga  fasa austenit  untuk  proses quenching disebut  juga  sebagai  temperatur  pengerasan (haardening temperatur). Dan setelah mencapai temperatur pengerasan, dilakukan penahanan  selama  beberapa  menit  untuk  menghomogenisasikan  energi  panas yang diserap selama pemanasan, kemudian didinginkan secara cepat dalam media pendingin. Pada percobaan kami media pendingin yang didinginkan adalah air.

TUJUAN QUENCHING

Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi. Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh, melalui transformasi  austenit  ke  martensit.  Proses quenching akan  optimal  jika  selama proses  transformasi,  struktur  austenit  dapat  dikonversi  secara  keseluruhan membentuk  struktur  martensit.  Hal-hal  penting  untuk  menjamin keberhasilan quenching dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, adalah : temperatur  pengerasan,  waktu  tahan,  laju  pemanasan,  metode  pendinginan, media pendingin dan hardenability. Quenching  adalah  proses  pendinginan  secara  cepat  setelah  mengalami pemanasan.

Ada tiga tingkatan pendinginan, yaitu:

1)    Vapor-blanket Cooling stage

Tahap pertama, suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching menguap pada permukaan logam.

2)    Vapor-transport Cooling Stage

Proses  ini  dimulai  ketika  logam  didinginkan  pada  suhu  uap  air  dan  film  tidak stabil.Permukaan logam basah oleh medium quenching dan titik didih yang tinggi. Tahapan ini merupakan proses pendinginan yang paling cepat.

3)    Liquid Cooling Stage

Proses ini dimulai ketika suhu permukaan logam mencapai titik didih. Tahapan ini merupakan proses yang paling lambat. Laju reaksi, transformasi isotermal ditunjukan dalam diagram TTT.  Garis yang terdapat  di sebelah kiri menyatakan waktu  yang diperlukan  untuk memulai dengan dekomposisi. Garis yang terdapat disebelah kanannya menyatakan waktu berakhirnyareaksi    ( a + C  ) Garis -garis yang  terdapat  pada  gambar tersebut dinamakan  dengan  diagram   transformasi  Isotermal atau   diagram   T-I.  Gambar  T-I  diperoleh   dari   potongan-potongan  contoh  baja  eutektoid  yang  dipanaskan sampai  mencapai  suhu  austenit  dan  dibiarkan  untuk  waktu  tertentu  agar transformasi ke austenit selesai sepenuhnya. Potongan-potongan sampel kemudian dicelupkan  lebih  lanjut  sampai mencapai  suhu  ruang. 

Perubahan     (  a  +  C  ) tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama kurang dari satu detik, dan transformasi sempurna menjadi a +karbida baru terjadi setelah 10 detik berlalu.Dengan  diagram  T-I  membuktikan  bahwa  transformasi  austenit berlangsungdengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid) maupun suhu rendah . Reaksi  yang  lamban  pada  suhu  tinggi  disebabkan  karena  tidak  cukup pendinginan lanjutyang  dapat  menimbulkan nukliasi ferit  dan karbida  baru  dari austenit  semula.

Menurut  media  pendinginnya,  quenching  dapat  dibagi menjadi beberapa agian,yaitu:

      i.        Quenching air 

Air   adalah   media   yang  paling   banyak   digunakan   untuk quenching,karena  biayanya yang murah, dan mudah digunakan  serta  pendinginannya  yang cepat.  Air khususnya  digunakan  pada  baja  karbon  rendah  yang  memerlukan penurunan  temperatur   dengan   cepat   dengan   tujuan  untuk   memperoleh  kekerasan   dan  kekuatan  yang baik.   Air  memberikan pendinginan  yang  sangat cepat, yang menyebabkan tegangan dalam, distorsi, dan retakan 

    ii.        Quenching dengan media oli

Oli  sebagai  media  pendingin  lebih  lunak  jika  dibandingkan  dengan  air. Digunakan  pada  material  yang  kritis,  Antara  lain  material  yang  mempunyai bagian  tipis atau  ujung  yang  tajam. Karena  oli  lebih  lunak,  maka  kemungkinan adanya  tegangan  dalam,  distorsi,  dan retakan kecil. Oleh  karena itu  medium  oli tidak  menghasilkan  baja  sekeras  yang  dihasilkan  pada  medium  air.  Quenching dengan media air akan efektif jika dipanaskan pada suhu 30-60 derajat Celcius.

   iii.        Quenching Dengan Media Udara

Quenching  dengan  media  udara  lebih  lambat  jika  dibandingkan  dengan media oli maupun air. Material yang  panas ditempatkan pada screen. Kemudian udara  didinginkan  dengan kecepatan  tinggi  dialirkan  dari  bawah  melalui screen dan  material  panas.  Udara  mendinginkan  material  panas  lebih  lambat  dari  dari pada medium air dan oli. Pendinginan yang lambat kemungkinan adanya tegangan dalam dan distorsi. Pendinginan udara pada umumnya digunakan pada baja yang mempunyai kandungan paduan yang tinggi.

  

   iv.        Quenching Dengan Media Air Garam

Air  garam  adalah  media  yang  sering  digunakan  pada  proses  quenching terutama  untuk  alat-alat  yang  terbuat  dari  baja.  Beberapa  keuntungan menggunakan air garam  sebagai  media  adalah.  Suhunya  merata  pada  air garam, proses pendinginan merata pada semua bagian logam, tidak ada bahaya oksidasi, karburisasi, atau dekarburisasi selama proses pendinginan

5.    CASE HARDENING

Case hardeniong merupakan kombinasi dari proses kimia dan proses perlakuan panas. Prosesnya denhan memanaskan benda kerja pada temperature tertentu dalam suatu medium kimia yang aktif.

Macamnya antara lain :

      i.        Carburizing

Carburizing adalah proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan hardening akan mendapatkan kekerasan lapisan permukaan yang sangat tinggi sedangkan pada bagian tengahnya tetap lunak.

    ii.        Nitriding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan nitrogen, yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang agak lama pada temperature 480⁰ C – 650 ⁰ C dalam lingkungan amoniak (NH₃).

Macamnya nitriding antara lain :

o   Strength Nitriding : digunakan untuk meningkatkan kekerasan / ketahanan gesek dan ketahanan fatigue.

o   Anti Corrosion Nitriding : bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan. Derajat kelarutan nitrogen yang dapat dicari adalah 35 – 70 %.

   iii.        Cyaniding

            Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan unsure karbon dan nitrogen bertujuan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek, dan kelelahan. Bila proses ini dilakukan di udara disebut karbunitriding.

Macam cyaniding adalah :

o   High Temperatur Liquid Cyaniding

o   High Temperatur Gas Cyaniding

o   Low Temperatur Liquid Cyaniding

o   Low Temperatur Gas Cyaniding

o   Low Temperatur Solid Cyaniding

   iv.        Sulphating

       Sulphating digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesek dari bagian – bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan HSS dengan cara penjenuhan lapisan permukaan dengan sulfur.

ü  Teori Carburizing

Karburisasi atau carburizing adalah proses penambahan unsure karbon pada permukaan baja karbon rendah dengan metode difusi intersisi. Pemanasan carburizing dilakukan pada suhu 900⁰ C – 950⁰ C. unsure karbon dapat diperoleh dari arang kayu, arang batok kelapa atau suatu material yang mengandung unsure karbon. Pengarbonan bertujuan untuk memberikan kandungan karbon yang lebih banyak pada bagian permukaan dibandingkan dengan bagian dalam, sehingga kekerasan pada permukaan lebih meningkat, tebal permukaan yang dikarburizing dalam lingkungan melepaskan karbon, tergantung waktu, dan suhu carburizing.

Carburizing dapat dilakukan dengan empat cara :

a.    Pack Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Padat)

Pada proses ini baja dimasukkan ke dalam kotak baja yang berisi medium kimia aktif padat. Kotak tersebut dipanaskan sampai pada suhu sekitar 900⁰ C – 950⁰ C. waktu total ditentukan oleh kedalaman pengerasan yang hendak dicapai.

b.    Gas Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Gas)

Pada proses ini, benda kerja dipanaskan dalam atmosfer yang mengandung karbon, bisa gas alam maupun gas buatan. Benda kerja dipanaskan dengan temperature 850⁰ C – 900⁰C.

c.    Liquid Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Cair)

Proses ini dilakukan pada medium kimia aktif cair. Komposisi medium kimianya adalah soda abu, NaCl, SiC, dan terkadang dengan NH₄Cl. Suhu yang digunakan 850⁰ C – 900⁰C.

d.    Paste Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Pasta)

Disini medium kimia yang digunakan berbentuk pasta. Prosesnya adalah bagian yang akan dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm lalu dikeringkan dan dimasukkan ke dalam kotak. Proses ini dilakukan pada suhu sekitar 920⁰ C – 930⁰ C.

ü  Perubahan Pada Sifat-Sifat Material:

1)    Sifat Mekanis :

·         Peningkatan kekerasan permukaan

·         Peningktan ketahanan aus

·         Peningkatan kelelahan tarik / kekuatan tarik

2)    Sifat Fisik :

·         Grain pertumbuhan mungkin terjadi

·         Perubahan volume dapat terjadi

3)    Sifat Kimia :

·         Peningkatan kandungan karbon permukaan

ü  Pack Carburizing

Dalam proses ini bagian yang decarburizing dimasukkan dalam kotak baja sehingga benar-benar dikelilingi oleh arang. Arang yang diperlakukan dengan bahan kimia seperti BaCo₃ yang mendorong membentu CO₂. Gas ini nantinya akan tereaksi dengan karbon yang berlebih dalam arang untuk menghasilkan CO. CO bereaksi dengan permukaan baja karbon rendah untuk membentuk atom karbon yang berdifusi ke dalam baja

Ø  Proses Packcarburizing Ada Tiga Tahapan, Yaitu :

o   Heating

Pada tahap ini, terjadi pada fase austenite, karena fase austenite adalah fase yang paling stabil. Material yang akan decarburizing ditempatkan dalam kotak baja berisi arang aktif yang ditumbuhi energizer (BaCO₃, Na₂CO₃)

Reaksi kima :

C + O₂ CO₂

CO₂ + C 2CO

Reaksi cementite untuk karbon monoksida

2CO CO₂ + C

Sebagai sumber CO₂ diperoleh dari tambahan BaCO₃ / Na₂CO₃ sehingga terjadi proses :

BaCO₃  BaO + CO₂

Akibatnya semakin semakin tingginya temperatur pemanasan, maka CO akan lebih banyak berbrntuk daripada CO₂ sehingga terjadi proses kimi sebagai berikut :

C + CO₂ 2CO

Pada suhu pengarbonan, reaksi ini selalu berlangsung ke kanan, karena karbonmonoksida bebas bereaksi dengan besi, kondisi ini seperti pada reaksi berikut :

2CO + 3Fe Fe₃C + CO₂

Setelah proses di atas, baja telah dilapisi oleh karbon, sedangkan CO₂ hasil proses di atas akan berrikatan dengan BaO, sehingga menghasilkan :

BaO +  CO₂   BaCO₃

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PACK CARBURIZING

§  Holding Time

Semakin lama waktu penahanan, maka proses difusi akan semakin dalam, sehingga akan mebuat kekerasan semakin meningkat.

Y = k . 

Y = total kedalaman difusi

k = konstanta bahan

t = waktu penahanan

§  Temperature

Temperature yang tinggi akan menyebabkan arang akan lebih mudah berdifusi masuk dan mengisi celah-celah kosong diantar butiran atom, sehingga akan meningkatkan kekerasan.

§  Komposisi Carburizer

Komposisis carburizer, yaitu arang + energizer akan mempengaruhi kekerasan karena mempengaruhi laju reaksi selama heating

§  Media Quenching

Media quenching berpengaruh terhadap proses pendinginan (cooling).

§  Medianya Adalah Sebagai Berikut :

§  Air

Murah serta systemnya sederhana. Kekurangannya air mudah membentuk selimut uap yang menutupi permukaan material, sehingga menghhasilkan pendinginan tidak seragam di penempang permukaan yang luas. Eliminasinya ditambahkan Na / Ca Chloride, membutuhkan closed sytem.

§  Oli

kemampuan pendinginan tidak sebaik air karena pengaruh veskositasnya.

§  Larutan Polymer

Kemampuan pendinginan diantara oli dan air. Memerlukan close control karena konsentrasinya mudah berkurang.

§  Lelehan Garam

Dapat bekerja pada rentangn temperature yang besar (150⁰ C – 595⁰ C). karena karakter tersebut, lelehan garam banyak digunakan untuk delayed quenching.

Ö APLIKASI PROSES HEAT TREATMENT

Aluminium  adalah material yang banyak sekali digunakan untuk konstruksi, mulai  dari  sepeda,  otomotif,  kapal  laut  hingga  pesawat  udara.  Keunggulan material  aluminium  adalah  berat  jenisnya  yang  ringan  dan  kekuatannya  yang dapat  ditingkatkan  sesuai  dengan  kebutuhan.  Kekuatan  aluminium  biasanya ditingkatkan  dengan cara  paduan (alloying)  dan  memberi perlakuan panas (heat treatment).Paduan aluminium merupakan material utama yang saat ini digunakan industri  pesawat  terbang  komersial.  Aluminium  dipilih  karena  memiliki  sifat ringan  dan  kekuatannya  dapat  dibentuk  dengan  cara  dipadu  dengan  unsur  lain. Permasalahan yang dihadapi adalah  pemilihan jenis  unsur apa yang  akan dipadu dengan  aluminium  untuk mendapatkan  karakteristik  material  yang  dibutuhkan.

Unsur  paduan  yang  ditambahkan  dan  perlakuan   panas   (heat   treatment)   yang  diberikan   pada   aluminium   selama  pemrosesan  sangat  mempengaruhi sifat paduan aluminium yang dihasilkan. Awalnya  paduan  aluminium  dikembangkan  dengan  tujuan mendapatkan material yang kuat dan ringan. Namun,  seiring  dengan  berkembangnya  kebutuhan  struktur  pesawat  udara komersial  dengan  ukuran  yang  semakin  besar,material  yang  dibutuhkan  tidak hanya  kuat  dan  ringan  saja.  Dewasa  ini  paduanaluminium dikembangkan  untuk mendapatkan  material  yang  kuat,  ringan,  usia  pakai  yang  lama,  biaya  produksi rendah,  toleransi  kegagalan  tinggi,  dan  tahanan  korosi  yang  baik.Sekitar  tahun 1900  duralium,  paduan  aluminium  dengan  tembaga,magnesium,  dan  mangan, petama kali diperkenalkan di Jerman. Jenis ini merupakan paduan aluninium yang dapat  diberi  perlakuan  panas  (heat  treatment)  dan  menghasilkan  kombinasi kekuatan dan keuletan yang baik. 

Saat ini paduan ini dikenal dengan nama aluminium 2017-T4. Pesawat udara yang pertama kali memakai struktur rangka aluminium adalah Junkers F13 yang diproduksi di Jerman pada tahun 1920 dan kemudian disusul Douglas DC3 yang memakai  aluminium 2024-T3.  Keunggulan aluminium 2024-T3 adalah memiliki tahanan  fatik  yang  lebih  baik  dari  versi  sejenisnya.  Boeing-777  merupakan pesawat udara komersial terbesar dengan dua mesin propulsi yang menggunakan material  struktur  utama  dari  aluminium.  Sekitar  70  persen  struktur  Boeing-777 dibuat  dari material paduan  aluminium. Struktur upper  wing  Boeing-777 dibuat dari  lempengan  dan  ekstrusi  aluminium  7055-T7751.  Paduan  ini  dipilih  karena memiliki  kekuataan  dan  tahanan  retak  yang  lebih  baik dari  aluminium7150-T7. Sedangkan  struktur  fuselage  dibuat  dari  aluminium  2524-T3  yang  merupakan modifikasi  dari  aluminium  2024-T3.  modifikasi  ini  dilakukan  untuk meningkatkan  tahanan  retak  (fracture  toughness)  dan  kemampuan  menghambat kelelahan  struktur akibat  pertumbuhan  retak  (fatigue  crack  growth  resistance). Pengembangan paduan aluminium  untuk struktur Boeing-777 ini dilakukan  oleh Alcoa.

DAFTAR PUSTAKA :

a)    <http://garispandang.blogspot.com/2011/03/heat-treatment-perlakuan-panas.html> , Akses 28 APRIL 2012

b)    <http://www.airproducts.co.id/ind/metals/foundries_heatTreatment.htm#annealing> , Akses 28 APRIL 2012

c)    <http://www.scribd.com/doc/44350603/Bab-i-Heat-Treatment-Felly-Acc-Tulis>, Akses 1 MEI  2012

d)    <http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm>, Akses 1 MEI  2012