PROSES HEAT TREATMENT

HARDENABILITY

A. PENDAHULUAN

Pada makalah ini saya akan membahas tentang proses heat treatment pada baja

khususnya tentang proses hardening. Sebelum membahas hardening,akan lebih baik jika kita

memahami apa yang disebut sebagai proses heat treatment terlebih dahulu.Heat Treatment

( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan

memanaskan specimen pada elektrik terance ( tungku ) pada temperature rekristalisasi selama

periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air

faram, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-

beda.

          Sifat-sifat logam, terutama sifat mekaniknya sangat dipengaruhi oleh struktur

mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan

mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda apabila struktur mikronya diubah.

Strukturmikro bergantung pada proses pengerjaan yang dialami logam dan

paduannya,terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.Adanya

pemanasan atau pendinginan dengan kecepatan tertentu pada proses heat treatment akan

mengakibatkan perubahan pada struktur mikro logam dan paduannya

            Perlakuan panas dapat juga didefinisikan sebagai proses kombinasi antara proses

pemanasan aatu pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk

mendapatkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan sifat-sifat ini kecepatan pendinginan

dan batas temperature sangat menentukan.

B. DIAGRAM KESETIMBANGAN DAN JENIS HEAT TREATMENT PADA BAJA

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).

Heat treatmentNear-EquilibriumTujuan Umum :1.Melunakkan2.Menghaluskan butir3.Menghilangkan tegangan dalam4.Memperbaiki machine abilityFull Annealing (annealing)Stress relief AnnealingProcess annealingSpheroidi zingNormali zingHomogeni zingNon-EqilibriumTujuan Umum : Mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggiHardeningMartempe ringAustempe ring

Fig. 1. Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face – centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)

  Penjelasan diagram:

Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan

Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas

Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu

kamar terbentuk struktur mikro ferit. 

Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit,

kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. 

Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur

mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. 

Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro

yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. 

Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan

terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit. 

Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya

kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses    pendinginan perubahan –

perubahan pada struktur kristal dan  struktur mikro sangat bergantung pada komposisi

kimia.

HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang

lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda.

Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Fig. 2. Isothermal transformation diagram for 0.2% C and 0.9% Mn steel

     Penjelasan diagram:

Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam

baja.

Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik

tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit

dan ferit.

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi

sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih

keras dari perlit).

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan

mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

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

kekanan.

Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan

dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat

pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

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.

C. Hardening/ PengerasanAdalah proses pelakuan panas untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan aus atau

ketangguhan dengan kombinasi kekerasan

Kekerasan sangat tergantung dari:

– Temperatur pemanasan (Austenitizing Temperature)

– Lama pada temperatur tersebut (Holding Time)

– Laju pendinginan (Cooling Rate)

– Komposisi kimia (%C and Alloying)

– Kondisi Permukaan (Surface Condition)

– Ukuran dan berat benda kerja (Size and Mass)

Kekerasan maksimum didapatkan dari pembentukan fase martensite atau fase karbida

pada struktur mikro baja.

Austenitizing Temperature

• Pemanasan pada temperatur austenitisasi:

– 25-50 oC diatas temperatur A3 untuk baja hypoeutectoid

– 25-50 oC diatas temperatur A1 untuk baja hypereutectoid

• Homogenity austenite, dilakukan dengan memberikan holding time pada temperature

austenitisasi

• Macam laju pendinginan

– Brine (air + 10 % garam dapur)

– Air

– Salt bath

– Larutan minyak dalam air

– Udara

• Bergantung pada

Komposisi Kimia

Kondisi permukaan

Ukuran dan berat benda kerja

COLING RATE

Hardenability

Kekerasan baja sangat ditentukan oleh jumlah relatif martersite didalam strukturmikro dan

juga ditentukan oleh kekerasan martensite

• Hardenability adalah kemampuan baja untuk dikeraskan dengan membentuk martensite

• Metode Pengujian hardenability

– Jominy

– Grossman

Jominy Test

Grossman Test

Hardenability suatu baja diuukur oleh diamater suatu baja yang strukturmikro tepat di

intinya adalah 50 % martensite setelah dilakukan proses hardening dengan pendinginan

tertentu.

Baja berbentuk silinder (panjang min 5xD) dengan variasi diameter

dilakukan pengerasan dengan media pendingin tertentu.Hasil pengersan diuji metallography

dan kekerasan, diameter baja tersebut yang intinya tepat 50 % martensite dianyatakan sebagai

diameter kritis (D0), pada suatu laju pendinginan tertentu .Laju pendinginan dinyatakan

dengan koefisien of severity (H).

Karena harga Do masih tergantung dengan laju pendinginan tertentu maka

dirumuskan Harga diameter baja tersebut (50% martensite) dengan pendinginan ideal (H=tak

Hingga) yang disebut sebagai diameter ideal (Di).

Harga Di dapat di bandingkan antara satu baja dengan baja yang lainnya, harga

ini menyatakan hardenability suatu baja dengan komposisi kimia tertentu .

Sekian pembahasan saya,semoga bermanfaat. Terima kasih.