HEAT TREATMENT

PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT)

Proses laku-panas atau Heat Treatment

kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengankecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam ataupaduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untukmemperoleh sifat-sifat tertentu.

Proses heat treatment terdiri dari beberapa tahapan,

1. Pemanasan sampai ke temperatur tertentu

2. Penahanan selama beberapa saat

3. Pendinginan dengan kecepatan tertentu.

HOT WORKING DAN COLD WORKING

• pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukanadalah lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidakseberapa.

• pengerjaan dingin. diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut akan meningkatdengan cukup berarti .

• Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antarapengerjaan panas dan dingin (Tr = ½ Tm).

• Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhurekristalisasi atau di atas daerah pengerasan kerja.

• Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasidan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang.

Proses heat treatmen terdiri dari 2 pendekatan1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) 2. Non Equilibrium (Tidak setimbang)

Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah :

a. Melunakkan struktur kristalb. Menghaluskan butirc. Menghilangkan tegangan dalamd. Memperbaiki machineability.

Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing) Stress relief Annealing Process annealing Spheroidizing Normalizing Homogenizing.

Non Equilirium (Tidak setimbang)Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk

mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebihtinggi.

Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Hardening Martempering Austempering Surface Hardening (Carburizing, Nitriding,

Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

AnnealingTahapan dari proses Anneling1. dimulai dengan memanaskan logam (paduan)

sampai temperature tertentu, 2. menahan pada temperature tertentu tadi selama

beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahanyang diinginkan

3. mendinginkan logam atau paduan tadi dengan lajupendinginan yang cukup lambat.

Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada : 1. jenis atau kondisi benda kerja2. temperature pemanasan3. lamanya waktu penahanan4. laju pendinginan (cooling rate)5. dll.

Full annealing (annealing)

Proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar(coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampaiaustenitisasi dan didinginkan dalam furnace

Tujuan untuk memperbaiki ukuran butir dan machinibility.

Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan1. memanaskan logam sampai keatas temperature kritis baja hypoeutectoid , 25 C - 50 C diatas garis A3 baja hypereutectoid 25 C - 50 C diatas garis A1)

2. Dilanjutkan proses pendinginan yang cukup lambat (biasanyadalam furnace atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekatpanas yang baik).

Baja yang mengalami pemanasan sampai temperatur terlalu tinggiataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butirankristal austenitenya akan kasar dan bila didinginkan dengan lambatakan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifatmekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas).

• Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritisgaris A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan barumulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atautemperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadiaustenite yang halus).

• Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadisejumlah 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 kritisA3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dantidak homogen.

• Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunyamaka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butirankristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan denganlambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus.

• Untuk baja hypereutectoid, annealing merupakan persiapan untukproses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.

Normalizing• Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan

perlite halus• Sifat lebih keras dan kuat dari hasil anneal. • pendinginannya dengan menggunakan media udara• Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing

1. memanaskan logam sampai keatas temperature kritis(untuk baja hypoeutectoid , 50 C diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Cdiatas garisAcm).

2. dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginanpada annealing.

Spheroidizing

• process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentukbulat (spheroid) pada matriks ferrite.

• Tujuan memperbaiki machinibility baja paduan Carbon tinggi.

• Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. baja hypereutectoid yang dianneal mempunyai struktur yang terdiridari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Jaringancemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya makacemented network tersebut harus dihancurkan dengan prosesspheroidizing

2. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampaidisekitar temperatur A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan ditahandalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan.

3. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan ituakan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut denganspheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.

Stress relief Annealing

Process perlakuan panas untuk menghilangkantegangan sisa akibat proses sebelumnya.

Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbondibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan denganmembuat struktur mikronya berupa martensite.

agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbul yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa

untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.

DIA

GR

AM

TT

T

• Kurva pendinginan 1 menggambarkan pendinginan yang sangat lambat (seperti pada annealing konvensional), baja akan memulai bertransformasi pada titik A1 dan selesai pada A1’, dan akan menghasilkan perlit kasar. Ini terjadi karena transformasi berlangsung pada temperatur yang sangat tinggi. Kekerasannya sekitar Rc 15.

• Kurva pendinginan 2 menggambarkan pendinginan seperti pada proses “isothermal annealing”, proses dilakukan dengan mendinginkan cepat sampai ke temperatur di bawah temperatur kritis (diatas daerah nose diagram). Pada kurva 2 transformasi berlangsung pada temperatur yang lebih rendah, akan dihasilkan perlit yang lebih halus, kekerasan sekitar Rc 30.

• Kurva pendinginan 3 menggambarkan pendinginan yang agak cepat, seperti pada normalizing. Disini tampak bahwa transformasi dimulai dan selesai pada temperatur yang berbeda, sehingga akan diperoleh perlit dengan ukuran butir yang bervariasi. Yang terjadi pada temperatur lebih tinggi akan lebih kasar dan yang terjadi pada temperatur lebih rendah akan lebih halus, sehingga ada sebagian perlit kasar dan sisanya perlit medium.

• Perlit yang lebih halus akan dihasilkan dengan kurva pendinginan 4 yang lebih cepat lagi, seperti pada quench.

• Kurva pendinginan 5, pendinginan yang cukup cepat, transformasi menjadi perlit mulai lebih awal, tetapi akan berhenti ketika kurva pendinginan menyinggung kurva transformasi 25% (transformasi baru berlangsung 25%). Transformasi akan mulai lagi ketika mencapai temperatur Ms, austenit akan menjadi martensit. Sehingga setelah akhir transformasi akan diperoleh 25% perlit dan 75% martensit.

• Kurva pendinginan 6 menggambarkan pendinginan yang sangat cepat, seperti pada water quench. Tidak terjadi transformasi sebelum mencapai temperatur Ms, transformasi selesai pada temperatur Mf, struktur seluruhnya martensit. Struktur yang seluruhnya martensit juga masih dapat dicapai dengan laju pendinginan yang sedikit lebih lambat, tetapi paling tidak laju pendinginannya harus seperti kurva pendinginan 7, bila lebih lambat akan ada sebagian austenit yang menjadi perlit. Karena itu laju pendinginan yang tepat menghasilkan 100% martensit disebut laju pendinginan kritis atau Critical Cooling Rate (CCR).

• Pada baja karbon bainit baru dapat diperoleh bila dilakukan pendinginan secara isothermal, seperti pada kurva pendinginan 8. cara seperti ini dilakukan pada proses austempering.

DIAGRAM CCT

• diagram CCT baja karbon eutectoid diturunkan dari diagram IT.

• Pada proses laku panas biasanya pendinginan dilakukan dengan pendinginan kontinyu, sehingga biasanya diagram CCT lebih banyak digunakan. Sedangkan diagram IT digunakan untuk proses laku panas tertentu yang dilakukan dengan pendinginanisothermal.