2. Dasar Teori 2.1. Perlakuan panas

Perlakuan Panas merupakan salah satu disiplin ilmu yang mempelajari

proses pemanasan dan pendinginan untuk menghasilkan sifat-sifat yang

diinginkan. Prinsip perlakuan panas ini pada dasarnya sangat sederhana,

yaitu logam dipanaskan dengan laju pemanasan tertentu hingga mencapai

temperatur tertentu dan kemudian ditahan pada temperatur tersebut dengan

waktu tertentu serta akhirnya didinginkan dengan laju pendinginan tertentu

pula.

Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan,

ukuran butir dapat diperbesar atau diperkecil. Selain itu ketangguhan

ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling

inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas tepat, komposisi

kimia harus diketahui karena perubahan komposisi kimia, khususnya karbon

dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat fisis.

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

1. Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar

menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan

didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka

(normalizing).

2. Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material

terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang

sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam,

maupun oli.

2.2. Diagram keseimbangan besi karbon (Fe-Fe3C)

Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk

memahami struktur mikro dan sifat-sifat baja karbon. Suatu jenis logam

paduan besi (Fe) dan karbon (C). diagram fasa Fe-Fe3C juga merupakan

dasar pembuatan baja dan besi cor dalam pembuatan logam. Karbon larut

didalam besi dalam bentuk larutan padat(solid solution) hingga 0,05% berat

pada temperature ruangan. Pada kadar karbon lebih dari 0,055 akan

terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiomater

compound(Fe3C)yang lebih dikenal sebagai cementi atau karbid. Dari

diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting lain

antara lain:

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan

pendinginan lambat.

2. Temperature pembekuan dan daerah daerah pembekuan paduan Fe-C bisa

dilakukan pendinginan lambat

3. Temperature cair masing-masing paduan

4. Batas-batas kelarutan atau atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa

tertentu.

5. Reaksi reaksi metalurgi yang terbentuk.

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi, sifat

allotropi dimiliki besi sendiri ada 3 yaitu:

1. Delta iron()mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500 oC

2. Gamma iron()mampu melarutkan karbon max 2% pada 1130 oC

3. Alpha iron() mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723 oC

Transformasi allotropic pada besi, Fe(), Fe() dan Fe() terjadi secara

difusi sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan,

Karena reaksi mengeluarkan panas laten.

Keterangan diagram Fe-Fe3C :

0,008%C : batas kelarutan minimum karbon pada ferit pada temperature kamar

0,025%C : batas kelarutan maksimum karbon pada ferit pada temperatur 723o C

0,083%C : titik eutectoid

2%C : batas kelarutan pada besi delta pada temperatur 1130 oC

4,3%C : titik eutectoid

18%C : batas kelarutan pada besi delta pada temperatur 1439oC

Garis A0 : garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic dari sementit

Garis A1 : garis temperature dimana terjadi austenite (gamma) menjadi ferrit dalam pendinginan

Garis A2 : garis termperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada ferit

Garis A3 : garis temperature dimana terjadi perubahan ferit menjadi austenite(gamma) pada pemanasan

Garis A : garis yang menunjukan kandungan karbon dan transformasi baja hypoeutectoid

Garis E : garis yang menunjukan transformasi baja eutectoid

Garis B : garis yang menunjukkan kandungan karbon dari baja transformasi baja hypoeutectoid

Garis liquidus : garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan(pembekuan)

Garis solidus : garis yang menunjukan batas antara austenite solid dan austenite liquid.

Gambar: Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C

2.3. Quenching

Proses quenching pada dasarnya adalah proses pendinginan cepat yang dilakukan pada logam yang telah dipanaskan diatas temperatur kritisnya. Pada baja karbon sedang atau tinggi proses ini akan menghasilkan fasa yang disebut martensit yang sangat kuat dan getas.

Media Quenching

Air garam, viskositasnya rendah, massa jenisnya lebih besar dibandingkan dengan media pendingin lainnya seperti air,solar,oli,udara, sehingga laju pendinginan cepat.

Air, massa jenis besar tapi lebih kecil dari air garam, viskositasnya rendah sama dengan air garam. Laju pendinginannya lebih lambat dari air garam.

Solar, viskositas tinggi dibandingkan dengan air, massa jenisnya lebih rendah dibandingkan air, sehingga laju pendinginannya lebih lambat.

Oli, viskositas paling tinggi dibandingkan dengan media pendingin lainnya dan massa jenisnya rendah sehingga laju pendinginannya lambat.

Udara, tidak memilki viskositas tetapi hanya memiliki massa jenis sehingga laju pendinginannya sangat lambat.

Semakin tinggi densitas suatu media pendingin, maka semakin cepat laju pendinginan. Semakin tinggi viskositas suatu media pendingin, maka laju pendinginan semakin lambat

Penggunaan: 1. Hardening: nitrogen cair, air, dan oli 2. Normalizing: udara 3. Tempering: garam dan timah