1

MAKALAH PROSES PRODUKSI

HEAT TREATMENT

Disusun:

Marhaindra Gary (03091005009)

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2011

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sebagai upaya mencari sifat logam yang sesuai dengan yang dibutuhkan

diantaranya adalah dengan cara perlakuan panas. Perlu tidaknya perlakuan panas

dan bagaimana perlakuan panas yang dilakukan tergantung pada sifat coran dan

penggunaanya. Yang dimaksud dengan perlakuan disini adalah proses untuk

memperbaiki sifat-sifat dari logam dengan jalan memanaskan coran sampai

temperatur yang cocok dibiarkan beberapa waktu pada temperatur itu,kemudian

didinginkan ke temperatur yang lebih rendah dengan kecepatan yang sesuai.

Selain perlakuan panas yang dilakukan sifat mekanis baja juga akan dipengaruhi

oleh proses pendinginan yang dilakukan, apakah ada perbedaan perubahan sifat

mekanis dari baja yang diperlakukan panas dengan proses pendinginan yang

berbeda adalah satu hal yang dicari dalam penulisan ini. 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 strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda.

Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses

laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.

Ketahanan panas pada stainless steel merupakan hal penting pada bidang

teknik karena baja stainless steel memiliki ketahan terhadap panas yang tinggi.

Transformasi merupakan bantuan yang sesuai untuk masalah tersebut. Oleh

karena itu digunakan proses hardening dan normalizing untuk proses transformasi.

Transformasi ini berperan penting untuk menentukan nilai kekerasan dan

perubahan struktur mikro yang terjadi.

1.2. Batasan Masalah

Heat treatment hanya bisa dilakukan pada logam campuran pada

temperatur kamar mempunyai struktur mikro dua fase atau lebih. Sedang pada

3

temperatur yang lebih tinggi fase-fase tersebut akan larut menjadi satu fase. Cara

yang dipakai ialah dengan memanaskan logam sehingga terbentuk satu fase,

kemudian diikuti dengan pendinginan cepat. Dengan cara ini pada temperatur

kamar akan terbentuk satu fase yang kelewat jenuh. Bila logam dalam keadaan

tersebut dipanaskan maka fase fase yang larut akan mengendap.

Teknik Perlakuan Panas pada makalah ini sebtas pada Annealling, case

Hardening, precipitation Strenghtening, Tempering dan Quenching.

1.3 Rumusan Masalah

1. Proses apa saja yang termasuk dalam heat treatment?

2. Bagaimana perbedaan sifat mekanik yang dihasilkan pada setiap masing-

masing proses?

3. Mengapa terjadi perbedaan sifat yang dihasilkan pada masing-masing

proses heat treatment?

1.4 Tujuan Penulisan

1. Mengetahui jenis-jenis heat treatment.

2. Mepelajari pengaruh sifat mekanik pada material dengan menggunakan

proses perlakuan panas (Heat Treatment)

3. Mempelajari mekanisme proses Heat Treatment.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Dalam makalah ini penulis melakukan study literatur melalui buku yang

terkait beserta mencari tinjauan pustaka dari website yang dapat

dipertanggungjawabkan.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Defenisi 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

5

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.

2.2 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 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.

2.3 Klasifikasi Heat Treatment

2.3.1 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.

6

Diagram 2.1 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 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

7

Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing,

Normalizing dan Homogenizing.

Diagram 2.2 Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe-Fe3C)

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 Cementid

yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon

4,3%C.

8

Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk

pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 3%C.

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

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 = 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.

2.3.2 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,

9

Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame

hardening, Induction hardening)

2.4 Jenis-jenis pengerasan permukaan

2.4.1 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.

2.4.2 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.

2.4.3 Sianiding

Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk

memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

2.4.4 Nitriding

adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c

dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.

2.5 Pengelompokan dan Standarisasi Baja

2.5.1 Pengelompokan Baja

Baja Karbon

10

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.

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%.

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.

2.5.2 Standarisasi Baja

a. Amerika Serikat

a) ASTM ( American Society for Testing Materials )

b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of

Automotive Engineers)

c) Menurut UNS (United Numbering System)

11

b. Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)

c. Inggris (British Standard)

d. Jerman DIN

e. Swedia

f. Indonesia (Standar Nasional Indonesia)

2.6 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.

12

Diagram 2.3 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.

13

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 atau

reversible 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 2.4 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 ssepotong 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.

14

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 2.1 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 diagram besi-karbida besi yang bertanda Acm. Garis ini menyatakan di

mana 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.

15

2.7 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 tangguh 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 dilakuakn

melalui perlakuan panas. Alluminium yang digunakan sebagai deoksidator

merupakan faktor mengendali yang terpenting, karena dapat menaikkan suhu di

mana 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-bats

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.

16

Gambar 2.2 Pemisahan kristal dan ukurna butir yang sangat besar.

2.8 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.

17

Diagram 2.5 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, tergantung 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.

18

2.9 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 2.6 Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face

– centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)

19

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.

2.10 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.

20

Diagram 2.7 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.

21

­ 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.

2.11 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.

Diagram 2.8 Continuos Cooling Transformation Diagram

Penjelasan diagram:

­ Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

22

­ 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.

23

BAB III

PEMBAHASAN

Tujuan dari heat treatment adalah :

1. Mempersiapkan material untuk pengolahan berikutnya.

2. Mempermudah proses machining

3. Mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan energi.

4. Memperbaiki keuletan dan kekuatan material

5. Mengeraskan logam sehingga tahan aus dan kemampuan

memotong meningkat.

6. Menghilangkan tegangan dalam.

7. Memperbesar atau memperkecil ukuran butiran agar seragam.

8. Menghasilkan pemukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.

Masing-masing proses heat treatment memiliki fungsi yang berbeda-beda

dengan menghasilkan sifat-sifat kekerasan yang diinginkan. Proses heat treatment

dapat klasifikasi menjadi 2 bagian, yaitu:

1. Heat treatment untuk memperbaiki sifat kekerasan material (Hardening)

2. Heat treatment untuk memperbaiki sifat keuletan material (Softening)

3.1 Memperbaiki Sifat Kekerasan (Hardening)

Pengerasan adalah proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di atas

daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui,

suhu pemanasannya dapat diabaca dari diagram fasa Besi-karbida besi. Akan

tetapi, bila komposisi baja tidak diketahui, perlu diadakan percobaan untuk

mengetahui daerah pemanasannya. Cara yang terbaik adalah memanaskan dan

mencelupkan beberapa potong baja berbagai suhu disusul dengan pengujian

kekerasan atau pengamatan mikroskopik. Bila suhu yang tepat telah diperoleh

akan terjadi perubahan dalam kekerasan dan sifat lainnya.

24

Kemampuan Pengerasan Baja

Kemampuan pengerasan logam dapat ditentukan dengan mempergunakan

percobaan Jominy. Sepotong baja berukuran diameter 25 mm, panjang 100 mm

dinormalisasikan kemudian dipanaskan sampai suhu austenitisasi. Contoh dengan

cepat diletakkan pada landasan dengan salah satu ujungnya 12,7 mm di atas pipa

air. Air disemprotkan sehingga seluruh benda menjadi dingin.

Gambar 3.1 Skema Percobaan Jominy.

Setelah itu permukaan diratakan sedalam 0,38 mm dan diukur

kekerasannya pada jarak 1,6 mm mulai dari bagaian bawah yang disemprot air

sampai jarak 75 mm.

Kekerasan yang paling dekat dengan ujung adalah yang tertinggi, karena

pendinginannya paling cepat. Makin jauh dari ujung bahan makin lunak, karena

pada pendinginan harus ada konduksi panas ke ujung. Baja dengan kemampuan

pengerasan yang tinggi akan mempunyai kekerasan yang merata.

Bila kemampuan pengerasannya rendah, kekerasan akan turun dengan tajam

semakin jauh dari ujung. Dari hasil percobaan Jominy dapat dibandingkan

kemampuan pengerasan berbagai jenis baja, terutama tebal lapisan yang

dikeraskan. Unsur paduan meningkatkan kemampuan pengerasan baja dan benda

berukuran kecil dapat dikeraskan dengan merata dari dalam sampai permukaan.

25

Penambahan unsur paduan menyebabkan penggeseran diagram transformasi

isotermal ke sebelah kanan sehingga baja lebih mudah dicelup tanpa memotong

ujung kurva. Oleh karena itu baja lebih mudah dikeraskan karena memerlukan

laju pendinginan yang lebih lambat dibandingkan dengan baja karbon. Dengan

kata lain baja paduan dapat dikeraskan secara efektif dengan mencelupkannya

dalam minyak.

Struktur Baja yang Dikeraskan

Bila baja hipoeutektoid didinginkan secara perlahan-lahan, austenit

bertransformasi menjadi ferit dan perlit, baja dengan susunan demikian lunak dan

ulet. Bila baja didinginkan dengan lebih cepat, akan dihasilkan dengan susunan

yang berlainan, baja akan lebih keras tetapi kurang ulet. Pendinginan yang cepat

seperti pencelupan dalam air akan menghasilkan struktur martensit. Martensit

adalah struktur yang paling keras. Sementit yang lebih keras sedikit terdapat

secara bebas dan dalam jumlah yang kecil dalam baja hipoeutektoidsehingga

pengaruhnya atas kekerasan baja dapat diabaikan.

Unsur yang sangat penting dalam baja yang dikersakan ialah martensit.

Martens, seorang ilmuan bebangsa Jerman, menemukan struktur ini pada tahun

1878. Martensit diperoleh dengan mencelupkan baja karbon dalam air dan

terbentuklah fasa transisi yang terjadi karena dekomposisiaustenit dengan cepat

dan merupakan larutan padat karbon. Kekerasan martensit tergantung pada kadar

karbon dan berkisar antara Rockwell C 45 dan C 67. Martensit sukar dipotong,

bahannya rapuhdan bersifat magnetic.

Bila baja dicelup, lebih lambat daripada kecepatan kritis, terbentuklah

struktur yang hitam, agak bulat yang disebut perlit halus. Perlit halus kurang keras

dibandingkan dengan martensit. Kekerasannya berkisar antara 34 dan 45

Rockwell C; ulet dan tehan beban kejut. Bila laju pendinginan diperlambat lagi,

maka akan terbentuk perlit kasar.

Kekerasan Maksimum Baja

Kekerasan maksimum yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon.

Meskipun penambahan unsur paduan seperti khromdan vanadium dapat

26

meningkatkan kemampuan pengerasan baja paduan, kekerasan maksimal tidak

dapat melampaui kekerasan baja karbon dengan kadar karbon yang sama.

Diagram 3.1 Kekerasan maskimum sebagai fungsi dari kadar karbon.

Untuk dapat mencapai kekerasan maksimum karbon harus larut

sempurnadalam austenit. Laju pendinginan minimal yang dapat menghasilkan

100% martensit disebut kecepatan pendinginan atau pencelupan kritis. Selain itu,

harus diusahakan agar jumlah austenit sisa dapat ditekan karena austenit sisa akan

melunakkan struktur.

Kekerasan maksimum dapat dicapai bila austenit seluruhnya dapat

berubah menjadi martensit dan nilai kekerasannya 66 sampai 67 Rockwell C.

Untuk dapat mencapai nilai ini kadar karbon harus sama dengan atau lebih dari

0,60%.

3.1.1 Surface Hardening (Pengerasan Permukaan)

Pengerasan permukaan memiliki dua cara dalam proses hardening, yaitu

dengan penambahan zat (Karburasi, Nitriding, Karbonitriding, Sianiding,

Chromizing, Siliconizing, Boronizing) dan tanpa penambahan zat (Flame

Hardening , Induction Hardening , Laser and Electron Beam Hardening).

Karburasi

Cara ini sudah lama dikenal oleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi

dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan

27

bentuk padat, cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi

padat, kaburasi cair dan karburasi gas.

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.

Sianiding

Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk

memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

Nitriding

adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c

dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.

3.1.2 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 3.2 gabungan annealing, non treat, quenching

28

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 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:

Vapor-blanket Cooling stage

Tahap pertama, suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching menguap

pada permukaan logam.

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.

29

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 γ→ ( α + 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 γ→ ( α + C )

tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama kurang dari satu

detik, dan transformasi sempurna menjadi α +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 bagian,yaitu:

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

30

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.

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.

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

3.2 Memperbaiki Sifat Keuletan Material (Softening)

Softening adalah proses heat treatment untuk menghasilkan/memperbaiki

tingkat keuletan material.

3.2.1 Annealing

Annealing ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering

dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk.

31

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.

Proses anneling atau melunakkan baja adalah proses pemanasan baja di

atas temperature kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan beberapa 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 anneling :

1. Melunakkan material logam

2. Menghilangkan tegangan dalam / sisa

3. Memperbaiki butir-butir logam.

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-

32

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.

Diagram 3.3 Kurva hypoeutectoid dan hypereutectoid

Stress relief Annealing

Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa

akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon

33

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.

Material logam itu terdiri dari struktur mikro berupa kristal-kristal kecil

yang disebut "butir" atau kristalit. Sifat butir (yaitu ukuran butir dan komposisi)

adalah salah satu faktor paling penting yang dapat menentukan sifat mekanis

logam secara keseluruhan. perlakuan panas menyediakan cara yang efisien untuk

memanipulasi sifat dari logam dengan mengendalikan laju difusi, dan tingkat

pendinginan dalam struktur mikro tersebut.

Proses perlakuan panas yang Kompleks sering dijadwalkan oleh Ahli

logam (metallurgists) untuk mengoptimalkan sifat mekanis dari Logam paduan.

Dalam Industri antariksa (aerospace), logam paduan super (superalloy) mungkin

mengalami lebih dari lima macam panas temperatur yang berbeda untuk

mengembangkan sifat yang diinginkan. Hal ini dapat mengakibatkan masalah

kualitas tergantung pada akurasi kontrol suhu tungku dan penanda waktu (timer).

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.

3.2.2 Pengerjaan Normalisasi (Normalizing)

Normalizing merupakan proses pemanasan 100oF diatas temperatur kritis

atas sekitar temperatur 1000oF-1250

oF. Tujuan proses ini adalah untuk

menghasilkan baja yang lebih kuat dan keras diibandingkan dengan baja hasil

34

proses full anneling,jadi aplikasi penerapan dari proses normalizing digunakan

sebagai final treatment.

Diagram 3.4 Pemanjangan terhadap jumlah karbon

Pengerjaan ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga menjadi fasa

austenit penuh dan didinginkan di udara (pendinginan tungku) hingga mencapai

suhu kamar. Fasa yang dihasilkan berstruktur ferrite dan pearlite tergantung

komposisi unsure karbon.

Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang halus, sehinga

baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yiel strength, UTS,

kekerasan, dan impact strength akan lebih tinggi dari pada hasil full annealling.

Normalizing dapat juga dilakukan pada benda hasil tempa untuk menghilangkan

tegangan dalam dan menghaluskan butiran kristalnya. Sehingga sifat mekanisnya

menjadi lebih baik. Normalizing dapat juga menghomogenkan struktur mikro

sehingga dapat memberi hasil yang bagus dalam proses hardening, sehingga

ummnya sebelum dihardening baja harus di normalizing terlebih dahulu.

Pada normalizing pemanasan sebaiknya tidak terlalu tinggi karena butir

kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar, sehingga pada pendinginan cepat

ferit proeutektoid akan membentuk struktur Widmanstaten yang berupa pelat-pelat

35

ferrit yang sejajar, yang tumbuh didalam butir kristal austenit kasar yang akan

menurunkan keuletan/ketangguhan suatu baja. Pada pendinginan yang agak cepat

inti ferrit proeutektoid tidak tumbuh secara normal menjadi butir-butir kristal,

tetapi akan tumbuh dengan cepat membentuk ferrit berupa pelat kearah bidang

kristalografik tertentu didalam butir austenit.

Normalizing menyebabkan letak titik eutektoid juga akan berubah menjadi

lebih kekiri untuk baja hypereutektoid, jadi titik eutektoid tidak lagi 0,8% C.

Pendinginan yang lebih cepat akan menyebabkan lamel sementit pada perlit

menjadi lebih tipis juga sementit network pada baja hipereutektoid menjadi lebih

tipis atau terputus-putus. Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang

halus, sehingga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yiel

srength, UTS, kekerasan, dan impak strength akan lebih tinggi dari pada hasil full

annealing.

3.2.3 Temper

Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk

digunakan. Melaui temper, kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai

memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turrun

pula sedangkan ketangguhan dan keuletan baja akan meningkat. Proses temper

terdiri dari pemanasan kembali dari baja yang telah dikeraskan pada suhu dibawah

suhu kritis, disusul dengan pendinginan. Meskipun proses ini menghasilakn baja

yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil karena di sini sefat-sidat

fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Struktur akhir anil temper baja yang

dikersakan dissebut martensit temper.

Temper dimungkinkan oleh karena struktur martensit tidak stabil. Temper

pada suhu rendah antara 150-230oC tidak akan menghasilkan penurunan

kekerasan yang berarti, karena pemanasan akan menghilangkan tegangan dalam

terlebih dahulu. Bila menjadi martensit terurai lebih cepat dan sekitar 305oC

perubahan fasa menjadi martensit temper berlangsung dengan cepat.

36

Proses temper terdiri dari prespitasi dan penggumpalan atau pertumbuhan

sementit. Pengendapan sementit terjadi pada 315oC diiringi dengan penurunan

kekerasan. Peningkatan suhu akan mempercepat penggumpalan karbida,

sementara kekerasan turun terus.

Unsur paduan mempunyai pengaruh yang berarti atas temper, pengaruhnya

menghambat laju pelunakan sehingga baja paduan akan memerlukan suhu temper

yang lebih tinggi untuk mencapai kekerasan tertentu. Pada proses temper perlu

diperhatikan suhu maupun waktu. Meskipun pelunakan terjadi pada saat-saat

pertama setelah suhu temper dicapai, selama pemanasan (yang cukup lama) terjadi

penurunan kekerasan. Biasanya baja dipanskan sampai suhu tertentu kemudian

dibiarkan cukup lama sampai duhu merata.

Ada dua proses khusus di mana diterapkan pencelupan tertunda. Baja yang

dikeraskan dicelup dalam dapur garam pada suhu yang lebih rendah sebelum

didinginkan lebih lanjut. Proses yang dikenal dengan nama austemper dan

martemper memungkinkan diperolehnya sifat fisik khusus.

Austemper

Proses pencelupan tertunda seperti tampak pada diagram 3.5 disebut

austemper. Austenit mengalami transformasi isotermal dan berubah menjadi bainit

(bainete) yang keras. Benda atau bagian harus dicelup dengan cepat sampai

mencapai suhu yang tepat, tanpa memotong ujung kurva diagram transformasi.

Baja dibiarkan diatas garis Ms akan tetapi dibawah 430oC.

Diagram 3.5 Austemper

37

Bila dibiarkan cukup lama, akan diperoleh struktur bainit. Di bawah

mikroskop struktur bainit mirip dengan martensit, akan tetapii bainit lebih ulet

dibandingkan dengan martensit temper. Proses ini diterapkan unutk benda yang

kecil dengan kemampuan pengerasan yang baik.

Martensit

Baja didinginkan dengan cepat dari daerah austenit sampai suhu diatas

garis Ms. Baja dibiarkan cukup lama sehingga suhu merata, artinya bagian luar

dan dalam telah mencapai suhu yang sama. Setelah itu baja biasanya didinginkan

di udara sampai mencapai suhu ruang dan terbentuklah martensit. Baja dipanskan

kembali, suhu tergantung pada kadar karbon dan pada unsur paduan, untuk baja

karbon dengan dengan C = 0,40%, suhu adalah 370oC. Tujuan utama martemper

adalah untuk menekan distorsi, terjadinya retak atau timbulnya tegangan dalam

akibat pencelupan dalam minyak atau air. Struktur yang terjadi sama dengan

martensit temper, dan biasanya disusul temper lagi.

Diagram 3.6 Martensit

38

3.3 Speroidisasi (Spherodizing)

Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida

berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses spherodizing ini akan

memperbaiki mechinibility pada baja paduan kadar karbon tinggi. Secara

sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut: bahwa baja hyper eutectoid yang

dianneal itu mempunyai strutur yang terdiri dari pearlite yang terbungkus oleh

jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini

menyebabkan baja hypereutectoid ini mempunyai machinibility rendah, untuk

memperbaikinya maka cement network tersebut harus dihancurkan dengan proses

spherodizing. Spherodizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan

sampai sekitar temprature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan

pada temprature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian

didinginkan. Karena berada pada temprature 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 spherodite yang tersebar

dalam matriks ferrite.

Spherodizing merupakan proses pemanasan baja sedikit dibawah

temperatur kritis bawahnya sehingga menghasilkan karbida berbentuk bola-bola

kecil (sphere) dalam matrik ferit. Tujuan proses ini adalah untuk memperbaiki

sifat mampu mesin (machinability) dari baja.

Perlakuan pemanasan untuk menghasilkan karbida yang berbentuk bulat

(globular) di dalam logam baja. Adapun alasan bidang ini disesuaikan dengan

kebutuhan pada bidang industri yang semakin modern, dalam hal ini adalah

pengembangan sifat – sifat dari logam. Yang mana mempunyai kekerasan yang

baik tapi juga ulet. Dimana aplikasinya digunakan pada alat – alat potong, alat –

alat pahat, roda gigi atau kontruksi mesin yang sering mengalami kontak antara

bahan satu dengan bahan lainnya.

Manfaat Sperodisasi :

39

Untuk menghilangkan struktur yang berbutir kasar yang diperoleh dari

proses pengerjaan yang sebelumnya dialami oleh baja.

Untuk mengeleminasi struktur yang kasar yang diperoleh dari akibat

pendinginan yang lambat pada proses anil.

Menghaluskan ukuran ferit dan pearlite.

Penormalan juga diterapkan pada baja- baja dikarburasi atau pada baja-

baja perkakas untuk menghilangkan jaringan sementit yang kontinyu yang

mengelilingi pearlite karena pendinginan yang lambat akan memudahkan

terbentuknya jaringan sementi yang kontinyu.

Memodifikasi dan menghaluskan struktur cor dendritik.

Penormalan dapat mencegah distorsi dan memperbaiki mampu mesin

bajabaja paduan yang dikarburasi karen atemperatur penormalan lebih

tinggi dari temperatu pengarbonan.

Penormalan memperbaiki sifat-sifat mekanik.

3.4 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.

40

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.

41

BAB IV

KESIMPULAN & SARAN

5.1 Kesimpulan

1. 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).

2. Proses-proses dalam Heat treatment pada suatu material antara lain

Untuk memperbaiki sifat kekerasan material (hardening )

Untuk memperbaiki sifat keuletan material (softening )

3. Hardening: Teknik perlakuan panas untuk mendapatkan material yang

lebih keras dibanding sebelumnya, contohnya karburasi, nitriding,

sianiding, dan quenching

4. Softening: Teknik perlakuan panas untuk mendapatkan material yang lebih

ulet/elastis dibanging sebelumnya, contohnya normalizing, annealing, dan

tempering

5. Sperodizing merupakan teknik perlakuan panas untuk mendapatkan

material yang memiliki sifat keras namun elastis

5.2 Saran

1. Waktu dan temperatur setiap material supaya diperhatikan selama

proses Heat Treatment

2. Pada saat proses pendinginan setelah heat treatment supaya diperhatikan

temperatur setiap perlakuan pada material tersebut

42

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, W.O., 1991 Dasar Metalurgy Untuk Rekayasawan, Gramedia: Jakarta

B.H. Amstead, Philip F Ostwald dan Myron L. Brgman, 1981, Teknologi Mekanik

jilid I, hal 141

Mubarok, Fahmi, 2008, Metallurgy I, Lecture XII-XIII, Metallurgy Lab. Mech.

Eng. Dept ITS: Surabaya

Noname, Online <http://www.scribd.com/doc/44350603/Bab-i-Heat-Treatment-

Felly-Acc-Tulis>, Akses 29 Maret 2011

Prayitno, Adhi, Ismet Inonu , 1999, Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan

Suhu Stabil Terhadap Kekerasan

Smallman, Bishop, 1999, Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material,

Erlangga : Jakarta.

43