MODUL 9 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT · PDF file9-1 MODUL 9 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT...

19
9-1 MODUL 9 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT) Materi ini membahas tentang proses perlakuan panas pada baja. Tujuan instruksional khusus yang ingin dicapai adalah (1) Menjelaskan defenisi dari proses perlakuan panas, (2) Menyebutkan perubahan struktur baja yang mengalami pemanasan dan pendingin, (3) Menjelaskan diagram fasa / diagram paduan besi dan baja, (4) Menjelaskan diagram waktu-suhu dan alih wujud, (5) Menjelaskan jenis-jenis perlakuan panas dan tujuannya. 9.1. Pendahuluan Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut. Baja dapat dikeraskan sehingga tahan aus dan kemampuan memotong meningkat, atau baja dapat dilunakkan untuk memudahkan permesinan lebih lanjut. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas yang tepat, susunan kimia baja harus diketahui karena perubahan komposisi kimia, khusunya karbon dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat fisis. Di samping karbon, baja paduan umumnya mengandung nikel, chromium, mangan, molibden, tungsten, silicon, vanadium dan tembaga. Karena sifat-sifatnya lebih unggul, baja paduan memiliki kegunaan yang lebih luas dibandingkan dengan baja karbon biasa. Dalam bab ini akan dibahas dasar-dasar perlakuan panas baja karbon. Laju pendinginan merupakan faktor pengendali; pendinginan yang cepat, lebih cepat dari pada pendinginan kritis akan menghasilkan struktur yang keras, pendinginan yang lambat akan mengghasilkan struktur yang lebih lunak.

Transcript of MODUL 9 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT · PDF file9-1 MODUL 9 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT...

9-1

MODUL 9

PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT)

Materi ini membahas tentang proses perlakuan panas pada baja. Tujuan

instruksional khusus yang ingin dicapai adalah (1) Menjelaskan defenisi dari

proses perlakuan panas, (2) Menyebutkan perubahan struktur baja yang

mengalami pemanasan dan pendingin, (3) Menjelaskan diagram fasa / diagram

paduan besi dan baja, (4) Menjelaskan diagram waktu-suhu dan alih wujud, (5)

Menjelaskan jenis-jenis perlakuan panas dan tujuannya.

9.1. Pendahuluan

Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam

dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut. Baja dapat

dikeraskan sehingga tahan aus dan kemampuan memotong meningkat, atau baja

dapat dilunakkan untuk memudahkan permesinan lebih lanjut. Melalui perlakuan

panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau

diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang

keras di sekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas yang

tepat, susunan kimia baja harus diketahui karena perubahan komposisi kimia,

khusunya karbon dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat fisis.

Di samping karbon, baja paduan umumnya mengandung nikel,

chromium, mangan, molibden, tungsten, silicon, vanadium dan tembaga. Karena

sifat-sifatnya lebih unggul, baja paduan memiliki kegunaan yang lebih luas

dibandingkan dengan baja karbon biasa.

Dalam bab ini akan dibahas dasar-dasar perlakuan panas baja karbon.

Laju pendinginan merupakan faktor pengendali; pendinginan yang cepat, lebih

cepat dari pada pendinginan kritis akan menghasilkan struktur yang keras,

pendinginan yang lambat akan mengghasilkan struktur yang lebih lunak.

9-2

9.2. Struktur Besi Murni

Struktur semua logam terdiri atas kristal-kristal butiran 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 di

dalam sebuah “kisi ruang” yaitu sebuah wujud garis ruang yang titik-titik

potongnya diduduki atom-atom besi ( gambar 1a).

Kisi ruang ini terdiri atas mata jaringan berbentuk dadu. Dalam hubungan

ini ditemukan perletakan atom menurut tiga jenis ;

1. Besi alfa (besi ).

Delapan atom berada pada pojok dadu dan sebuah atom ke-9 di tengah-tengah

dadu (pusat ruang). Susunan atom ini disebut juga kisi terpusat ruang (gambar

1b). Sampai suhu ruangan 708O C, besi bersifat magnetis. Dari 768O C

sampai 911O C, besi terpusat ruang menjadi tidak magnetis dan biasa disebut

besi .

Gambar 9.1. Struktur halus kristal besi.

a) Kisi kristal kubus sederhana (bagan), b) kisi atom terpusat ruang…besi alfa

dan besi beta. C) kisi atom terpusat bidang …besi gamma, d) kisi atom

terpusat ruang…besi delta (1A = 1 Angstrom = 10-8 cm).

2. Besi gamma (besi ).

Pada 911OC, ikatan kisi terpusat ruang menjelma menjadi besi terpusat

bidang; Pada setiap pojok dadu berada sebuah atom dan 6 atom lainnya berada

di pertengahan ke-6 bidang bujur sangkar permukaan dadu. Karena sebuah

dadu menampung 14 atom, sedangkan jumlah keseluruhan atom besi

9-3

tentunya tidak akan bertambah akibat pemanasan, maka dadu lebih besar dari

dadu (gambar 1c).

3. Besi delta (besi ).

Pada 1392OC, besi yang terpusat bidang berubah wujud kembali menjadi

besi terpusat ruang yang disebut besi (gambar 1d). Besi berbeda dari besi

dalam jarak atomnya yang lebih besar.

9.3. Pemanasan Besi Murni.

Jika besi diberi panas, maka suhu akan naik. Pada penyaluran panas yang

sama per satuan waktu, tinggi suhu akan bergantung pada lama penyaluran panas.

Kebergantungan ini dapat ditampilkan secara lukisan dalam bentuk diagram

(gambar 2).

Gambar 9.2 Titik perhentian pada pemanasan dan pendinginan besi murni.

Titik penghentian Ac2 pada 768OC; Titik magnet, besi

menjadi tidak megnetis (besi ).

Titik penghentian Ac3 pada 911OC; Besi menjadi besi .

Titik penghentian Ac4 pada

1392 OC; Besi menjadi besi .

Titik penghentian 1536 OC ;

Besi padat menjadi cair (panas

peleburan).

Di dalam garis liku suhu dapat diamati jenjang pada suhu tertentu yang

dinamakan titik hentian, yaitu tempat berdaulatnya suhu yang tetap sama

walaupun berlangsung penyaluran panas.

Pada pendinginan besi, garis liku temperatur membentuk lintasan yang

hampir sama; walaupun berlangsung pengeluaran panas pada titik penghentian,

tetapi suhu tetap sama sesaat, karena pada peralihan wujud dibebaskan panas.

Karena besi yang kimiawi murni baru meleleh pada 1536 OC, peralihan wujud

berlangsung di bawah suhu ini dalam keadaan padat.

9-4

9.4. Struktur Baja yang tidak dipadu.

Baja yang memperoleh sifatnya seperti kekerasan, kekuatan, dan kesudian

regang terutama berkat zat arang, disebut tidak dipadu (bukan paduan). Tidak

hanya intensitas zat arang, melainkan juga cara mengadakan ikatan dengan besi

mempengaruhi sifat baja.

Di dalam baja yang didinginkan sangat lambat menuju suhu ruangan

(keadaan baja pada waktu pengiriman dari pabrik baja) dibedakan 3 bentuk utama

kristal ;

a) Ferrit, kristal besi murni (ferrum = Fe). Mereka terletak rapat saling

mendekap. Tidak teratur, baik bentuk maupun besarnya. Ferrit merupakan

bagian baja yang paling lunak. Ferrit murni tidak akan cocok andaikata

digunakan sebagai bahan untuk benda kerja yang menampung beban karena

kekuatannya kecil (gambar 3a).

b) Karbida besi (Fe3C). suatu senyawa kimia antara besi (fe) dengan zat arang

(C). Sebagai unsur struktur tersendiri, ia dinamakan sementit dan mengandung

7,6% zat arang (C). Rumus kimia Fe3C menyatakan bahwa senantiasa ada 3

atom besi yang menyelenggarakan ikatan dengan sebuah atom zat arang (C)

menjadi sebuah melekul karbida besi. Dengan meningkatnya kandungan C,

maka memperbesar pula kandungan sementit (gambar 3). Sementit dalam baja,

merupakan unsure yang paling keras (Fe3C 270 kali lebih keras dari besi

murni). Zat arang bebas hanya terdapat dalam besi tuang (grafit).

Gambar 9.3 Tampak struktur baja zat arang.

9-5

a).ferrit …0,0%C; b).ferrit + perlit …0,10%C; c).ferrit + perlit …0,06%C;

d).ferrit + perlit …0,45%C; e).ferrit + perlit …0,60%C; f).perlit lamillar

…0,85%C; g).perlit + sementit …1,1%C; h).perlit + sementit …1,5%C.

c) Perlit, kelompok campuran erat antara ferrit dan sementit dengan kandungan

zat arang seluruhnya sebesar 0,8%. Dalam struktur perlitis, semua kristal ferrit

dirasuki serpih sementit halus yang memperoleh penempatan saling

berdampingan dalam lapisan tipis mirip lamel. Tampak pengasahan perlit

menunjukkan jalur hitam (Fe) dan terang (Fe3C) dengan kilapan mirip mutiara,

dari asal penyebutan perlit (gambar 3f).

Menurut kadar kandungan zat arang dibedakan tiga kelompok utama baja

bukan paduan (gambar 9.4) ;

a) Baja dengan kandungan karbon 0,8% (baja bawah eutektoid), himpunan

ferrit dan perlit (bawah perlitis).

b) Baja dengan 0,8%C (baja eutektoid atau perlitis), terdiri atas perlit murni.

c) Baja dengan kandungan karbon 0,8% (baja atas eutektoid), himpunan perlit

dan sementit (atas perlitis).

Gambar 9.4. Kandungan zat arang baja dan penggunaannya.

Zat arang yang kadarnya melampaui 0,8% mengendap sebagai karbid besi

terang membentuk kulit pada batas butiran kulit perlitis yang lebih gelap dan

menyelebunginya menyerupai jaringan (sementit sekunder). Baja demikian

mempunyai sifat keras dan berbutir kasar.

Jika kandungan C melampaui 2,06%, maka kulit karbid tidak menjadi

lebih tebal, melainkan karbid besi yang berlebih membentuk butir karbid keras

berbentuk bola (ledeburit) yang tersebar tidak beraturan dalam struktur dasar

(ikatan besi zat arang ledeburit). Ikatan besi-zat arang ini kehilangan kesudian

9-6

tempanya karena butir karbid yang keras itu tidak larut hingga titik lebur. Mulai

2,06% C terbentuk besi tuang.

9.5. Peralihan wujud struktur baja bukan paduan akibat panas.

Melalui perlakuan panas, struktur baja-baja berubah. Tinjauan mengenai

berbagai keadaan struktur yang tergantung kepada zat arang dan suhu ditampilkan

oleh diagram besi zat arang (gambar 9.5).

Gambar 9.5. Diagram besi zat arang dengan kandungan C 2,06%.

a. Peralihan wujud struktur baja bukan paduan akibat panas.

Jika baja mengandung C 0,8% dipanaskan lambat laun, maka pada 723O C

karbid besi terurai menjadi besi dan zat arang. Zat arang yang kini menjadi

bebas melarut di dalam besi. Oleh karena kemampuan untuk melarutkan zat

arang hanya dimiliki besi maka akibat adanya zat arang, suhu peralihan

wujud untuk keadaan diturunkan dari 906O C menjadi 723O C. Pusat dadu

kisi besi kini kosong. Dalam pada itu sebuah atom zat arang menduduki

pusat dadu yang terpusat bidang. Karena larutan ini terjadi pada suhu ketika

baja masih padat, struktur ini disebut juga larutan padat atau austenit. Baja

eutektoid (0,8%C) beralih kelarutan padat (austenit) pada saat melampaui suhu

723O C.

Pada suatu baja bawah eutektoid (kandungan C lebih kecil dari 0,8%),

austenit dan kristal ferrit berada di atas garis P-S. Jika suhu terus ditingkatkan,

9-7

maka kristal ferrit melarut di dalam austenit. Pada saat melampaui garis suhu

G-S, semua kristal ferrit telah larut sehingga timbul struktur austenit murni.

Suhu yang diperlukan untuk ini akan semakin tinggi, sehingga semakin rendah

kandungan zat arang di dalam baja.

Pada suatu baja atas eutektoid (kandungan C di atas 0,8%), austenit dan

kristal karbid berada di atas garis S-K. Jika suhu naik, maka kristal karbid besi

(sementit) melarut di dalam larutan padat (austenit). Pada saat melewati garis

suhu S-E, semua kristal karbid telah larut, sehingga terbentuklah struktur

austenit murni. Suhu yang diperlukan untuk ini akan semakin tinggi, sehingga

semakin rendah kandungan zat arang di dalam baja.

b. Peralihan wujud struktur pada pendinginan lambat laun.

Di sini dapat diamati proses yang berlawanan arah dengan pemanasan. Jika

pada saat suhu menurun mencapai garis G-S-E, maka kristal ferrit kristal besi

mulai terurai. Pada saat suhu mencapai garis P-K, larutan padat beralih

kembali keperlit. Di pandang dari segi kisi ruang, ini berarti bahwa kisi

gamma () yang terpusat bidang menjelma kembali menjadi kisi alfa ()

terpusat ruang.

c. Peralihan wujud struktur pada pendinginan cepat.

Pada pendinginan cepat, larutan padat dihalangi untuk menguraikan kristal

ferrit atau sementit dan untuk beralih wujud menjadi perlit. Kisi gamma

terpusat bidang memang menjelma menjadi kisi alfa terpusat ruang, namun

bagi atom zat arang tidak cukup tersedia waktu untuk meninggalkan pusat

dadu. Akan tetapi pada saat yang sama, atom besi menempati pusat dadu alfa.

Oleh karena tidak cukup tempat untuk dua atom, maka kisi alfa mengalami

suatu keadaan paksaan yang menimbulkan tegangan-tegangan. Tegangan ini

mengakibatkan suatu struktur keras dan getas yang pada suhu 180…220O C

tetap berdaulat. Keadaan struktur ini dinamakan martensit. Kecepatan

pendinginan yang menghasilkan suatu struktur martensit murni dinamakan

kecepatan pendinginan kritis.

Di sini dapat diamati proses yang berlawanan arah dengan pemanasan. Jika

pada saat suhu menurun mencapai garis G-S-E, maka kristal ferrit kristal besi

9-8

mulai terurai. Pada saat suhu mencapai garis P-K, larutan padat beralih

kembali keperlit. Di pandang dari segi kisi ruang, ini berarti bahwa kisi

gamma () yang terpusat bidang menjelma kembali menjadi kisi alfa ()

terpusat ruang.

9.6. Titik Perhentian pada Pemanasan dan Pendinginan Baja

Sebagaimana halnya pada pemanasan dan pendinginan besi murni, muncul

juga pada baja titik perhentian yaitu tempat tetap samanya suhu sesaat walaupun

ada pemasukan atau pengeluaran panas. (gambar 9.6).

Gambar 9.6. Diagram besi zat arang seluruhnya dengan titik perhentian pada pemanasan dan pendinginan lambat laun.

Titik-titik perhentian dan pemanasan ialah :

Ac1…Titik perlit, berada pada 723O C dan tidak tergantung pada kadar

kandungan C (garis PSK mendatar). Besi gamma, besi ini menampung zat

arang dan membentuk kristal campuran gamma. Pada besi murni, titik Ac1

tidak ada.

Ac2…Titik magnet, terletak antara 0…0,5% kandungan C pada 768O C (menurut

garis OSK). Di sini baja menjadi tidak magnetis.

Ac3…Titik austenit, terletak sepanjang garis GSE dan bergantung pada kadar

kandungan C. Penjelmaan menjadi kristal gamma berlangsung di sini tanpa

sisa dan struktur terdiri seluruhnya atas austenit.

9-9

Titik perhentian pada pendinginan lambat laun ditandai dengan Ar1, Ar2,

Ar3. Titik perhentian pada Ac1 dan Ac3 memegang peranan dalam pengerasan

karena titik-titik ini menunjukan saat peralihan wujud struktur (bentuk kisi) dan

dengan demikian merupakan suhu pengejutan yang paling optimal.

Titik perhentian selanjutnya pada suhu yang lebih tinggi namun untuk

pengerasan tidak memainkan peranan, muncul pada pembentukan besi delta

(Ac4) dan selama proses peleburan. Titik lebur menurun dengan naiknya

kandungan C dari 1536O C (besi murni hingga 1147O C (baja dengan 2,06%

kandungan C).

9.7. Diagram Waktu-Suhu-Peralihan Wujud.

Untuk perlakuan panas yang praktis terhadap baja diperlukan suatu

kecepatan penyejukan tertentu demi terbentuknya struktur yang dikehendaki.

Kaitan seperti ini dapat dilukiskan oleh diagram waktu-suhu-alih wujud (gambar

9.7). Diagram ini memiliki skala suhu tegak dan waktu mendatar.

Gambar 9.7. Diagram alih wujud (garis liku S) suatu baja zat arang dengan kadar kandungan C sebesar 0,9%.

1…penyejukan cepat membangkitkan martensit.

2…penyejukan lambat laun membangkitkan struktur tahap antara.

Contoh pembacaan gambar 9.7:

Jika baja yang diwakili oleh diagram ini disejukkan secara cepat dari suhu

pengerasan (sekitar 780O C) menuju sekitar 600O C (misalnya dalam kubangan

9-10

garam), maka setelah sekitar 1 detik mulai berlangsung peralihan wujud menjadi

perlit di titik A pada garis liku S kiri yang berakhir setelah kira-kira 10 detik di

titik B. Jika dilakukan pengejutan menuju 320O C, maka setelah sekitar 1 menit

mulai berlangsunglah pembentukan suatu struktur tahap antara di titik C yang

berakhir pada titik D setelah sekitar 9 menit. Jika dilakukan pengejutan menuju

suhu yang lebih rendah pada kecepatan yang sama, maka pada sekitar 180O C

mulai berlangsung peralihan wujud menjadi martensit.

Jika peralihan wujud berlangsung lebih perlahan-lahan, misalnya sebelah

dalam benda-benda yang besar, maka di sana baja akan lebih lambat mencapai

suhu pengejutan dan garis penyejukan 2 dalam gambar 9.7 yang kecuramannya

berkurang, dapat memotong garis liku S pertama di dua titik. Dalam kasus ini

berlangsung juga secara sebagian peralihan wujud tahap perlit atau tahap antara

yang termasuk kedalam daerah suhu yang terpotong.

9.8. Klasifikasi Proses Perlakuan Panas.

Secara umum proses perlakuan panas dapat diklasifikasikan sebagai

berikut;

a) Annealing

b) Normalizing.

c) Hardening.

d) Tempering.

A. Annealing

Annealing adalah salah satu proses heat treatment yang dapat digunakan

untuk;

a. Mengurangi kekerasan,

b. Menghilangkan tegangan sisa,

c. Memperbaiki ductility,

d. Menghaluskan ukuran butiran.

Macam-macam proses annealing.

a. Full annealing,

b. Recrystallisation annealiang,

9-11

c. Strees relief annealing,

d. Spheroidization.

Full annealing,

Untuk mengubah bentuk lapisan sementit di dalam pearlit dan sementit pada

batasan-batasan butiran dari baja karbon tinggi menjadi bentuk spheroidical

(bentuk bola).

Proses;

Untuk baja hypoeutectoid (< 0,83%C).

Baja dipanaskan 30 – 60OC (50 -1000F) diatas temperatur A3 kemudian ditahan

beberapa saat, baru didinginkan di dalam dapur dengan kecepatan pendinginan

10—30OC/jam sampai temperatur 30OC di bawah A1, kemudian didinginkan di

udara.

Untuk baja hyper eutectoid ( > 0, 831C).

Pada dasarnya sama dengan baja hypo eutectoid, kecuali pada permulaan

pemanasan hanya sampai daerah austenit + sementit, yaitu pada temperatur

sekitar 30 - 60 OC di atas A1.

Recrystallisation annealing.

Tujuan:

Melunakan baja hasil. pengerjaan, karena adanya rekristalisasi dan pengembangan

bentuk strukturnya. Untuk baja hasil pengerjaan dingin yang berat.

Proses:

Baja dipanaskan pada suhu kira-kira 700 OC (sedikit di bawah temperatur A1),

tahan pada temperatur tersebut untuk mencapai kelunakan, kemudian didinginkan

dengan kecepatan tertentu (biasanya di udara).

Hasil;

Menghasilkan baja/benda kerja dengan permukaan yang halus (tidak

bersisik).

Mempermudah pangerjaan cold working tanpa mengalami keretakan.

9-12

Stres relief annealing.

Tujuan;

Untuk menghilangkan tegangan sisa (tegangan dalam) dalam baja tuang yang

tebal, juga pada logam yang sudah mengalami pengelasan,

Proses;

Benda kerja dipanaskan sampai suhu di bawah A1 (550 - 650) OC dipertahankan

beberapa saat kemudian didinginkan pelahan-lahan.

Hasil;

Memperbaiki sifat mampu dimesin.

Spheroidization

Tujuan;

Membentuk/menghaluskan struktur sementit dengan menghancur-kan bentuk

spheroids (bulatan kecil) dalam kandungan ferrit,

Proses;

1. Memperpanjang waktu pemanasan pada suhu tepat di bawah A1, diikuti dengan

pendinginan yang lambat.

2. Memperpanjang periode disekitar suhu A1 yaitu sedikit di atas dan di

bawahnya.

3. Untuk tool steel dan high alloy steel, pemanasan antara 750-800OC atau lebih

tinggi dan dipertahankan pada suhu tersebut untuk beberapa jam, diikuti oleh

pendinginan yang perlahan-lahan.

Hasil;

Benda kerja mudah dimesin.

B. Normalizing

Tujuan:

Untuk mendapatkan struktur butiran yang halus dan seragam, juga untuk

menghilangkan tegangan dalam.

Pemakaian:

Untuk baja-baja konstruksi, baja rol, material yang mengalami penempaan, tidak

mempunyai struktur yang sama karena jumlah beban tidak sebanding dan karena

9-13

perubahan bentuk pada tahap-tahap pendinginan yang tidak merata untuk benda

yang ketebalannya tidak sama.

Proses;

Memanaskan sampai sedikit di atas suhu kritis (60OC di atas suhu kritis atas),

kemudian setelah suhu merata didinginkan di udara.

Gambar 5-8. Diagram suhu-waktu untuk proses normalizing

C. Hardening

Tujuan:

Merubah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur martensit

yang keras.

Proses:

Baja dipanaskan sampai suhu tertentu antara 770—830OC (tergantung dari kadar

karbon) kemudian ditahan pada suhu tersebut, beberapa saat, kemudian didi

nginkan secara mendadak dengan mencelupkan dalam air, oli atau media

pendingin yang lain.

Dengan pendinginan yang mendadak, tak ada waktu yang cukup bagi austenit

untuk berubah menjadi perlit dan ferit atau perlit dan sementit. Pendinginan yang

cepat menyebabkan austenit berubah menjadi martensit.

Hasil;

Kekerasan tinggi, kakenyalan (ductility) rendah.

9-14

Gambar 9. Diagram suhu-waktu untuk proses hardening

D. Pengerasan permukaan.

Seringkali komponen-komponen baja diinginkan hanya keras pada permukaannya

saja sedangkan inti atau porosnya tetap lunak, hal ini memberikan kombinasi yang

serasi antara permukaan yang tahan pakai dan poros yang ulet.

Tujuan :

Menghasilkan lapisan permukaan yang keras pada baja yang dianggap lunak dan

ulet.

Umumnya pengerasan permukaan dibagi menjadi tiga proses:

a) Carburizing/penambahan karbon.

b) Flame hardening.

c) Nitriding/penambataan nitrogen.

a) Carburizing

Proses karburizing didasarkan atas kemampuan baja untuk menyerap karbon

pada temperatur antara 900—950°C. Carburizing adalah salah satu metoda yang

digunakan untuk menghasilkan permukaan keras pada baja yang berkadar karbon

rendah (<0,3%).

Dengan proses ini didapat lapisan baja dengan kadar karbon 0,3 - 1 %,

dengan tebal antara 0,1 - 2,5 m tergantung lamanya pemanasan.

9-15

Gambar 10 Grafik Hubungan antara lama pemanasan dan tebal lapisan karbon.

Gambar 9.11 Sistem pengepakan pada proses karburizing.

Proses Carburizing: Baja yang akan diproses dimasukkan kedalam peti yang

berisi arang kayu atau batu bara dan barium karbonat. Setelah suhu dan waktu

pemanasan tercapai (tergantung ketebalan dan kekerasan yang diinginkan), dapur

kemudian dimatikan, setelah mencapai suhu kira-kira 350OC, kotak kemudian

dikeluarkan dan selanjutnya didinginkan di udara.

0

10

20

30

40

50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Tebal kulit (mm)

Lam

a p

erla

kuan

(ja

m)

950OC

900OC

9-16

b). Flame Hardening

Proses ini sangat cepat untuk menghasilkan permukaan yang keras dari

baja yang kandungan carbonnya lebih dari 0,4%. Permukan baja dipanaskan

dengan cepat hingga suhu kritisnya dengan perantaraan semburan api. Flame atau

dengan induction coil frekuensi tinggi, kemudian segera diquenching untuk

mendapatkan struktur martensit. Setelah quenching, perambatan panas dari inti

kepermukaan baja sudah cukup untuk tempering lapisan permukaannya .

Proses ini banyak digunakan terutama untuk memperkeras poros-poros

pendukung.

Gambar 12. Prinsip flame hardening.

c). Nitriding

Baja yang dinitriding adalah baja paduan rendah yang mengandung

chromium dan molibdenium dan kadang-kadang disertai kandungan nikel dan

vanadium. Beberapa baja nitriding mengandung kira-kira 1% aluminium. Baja

tersebut dipanaskan pada 500°C. selama 40 hingga 90 jam dalam kotak gas yang

diisi sirkulasi gas amonia. Permukaan baja akan menjadi sangat keras karena

terbentuknya nitrida, sedangkan inti bahan tetap tidak terpengaruh.

9-17

Gambar 13. Dapur Nitriding.

e. Tempering

Tempering adalah memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan untuk

menghilangkan tegangan dalam dan mengurangi kakerasan.

Proses:

Memanaskan kembali berkisar pada suhu 150—650OC dan didinginkan

secara perlahan-lahan tergantung sifat akhir baja tersebut.

Tempering dibagi dalam:

a). Tempering pada sahu rendah (150—300OC).

Tujuannya untuk mengurangi tegangan-tegangan kerut dan kurapuhan dari

baja. Proses ini digunakan untuk alat-alat kerja yang tak mengalami beban

yang berat, seperti misalnya; alat-alat potong, mata bor yang dipakai untuk

kaca dan lain-lain.

b). Tempering pada suhu menengah (300—500OC).

Tujuannya untuk menambah keuletan dan kekerasannya menjadi sadikit

berkurang. Proses ini digunakan pada alat-alat kerja yang mengalami beban

berat, seperti palu, pahat, pegas-pegas.

c). Tempering pada suhu tinggi (500—650OC).

Tujuannya untuk memberikan daya keuletan yang besar dan sekaligus

kekerasan menjadi agak rendah. Proses ini digunakan pada; roda gigi, poros,

batang penggerak dan lain-lain.

9-18

Gambar 14. Diagram suhu-waktu untuk proses tempering

9.9. Rangkuman

Perlakuan panas merupakan suatu proses pemanasan dan pendinginan

logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut.

Dimana baja dapat dikeraskan sehingga tahan aus dan kemampuan memotong

meningkat, atau baja dapat dilunakkan untuk memudahkan permesinan lebih

lanjut. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan,

besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat

dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Jenis-jenis

perlakuan panas adalah annealing, normalizing, hardening, pengerasan

permukaan, dan tempering.

9-19

9.10. Soal-soal Latihan

1. Jelaskan definisi dari proses perlakuan panas?.

2. Jelaskan mengapa proses perlakuan panas diperlukan?.

3. Sebutkan 3 jenis perletakan atom besi?.

4. Di dalam baja yang didinginkan sangat lambat menuju suhu ruang, dibedakan

3 bentuk utama kristal. Sebutkan dan jelaskan?.

5. Menurut kadar kandungan zat arang dibedakan tiga kelompok utama baja

bukan paduan. Sebutkan?.

6. Sebutakan secara umum klasifikasi proses perlakuan panas?.

7. Apa itu proses annealing?.

8. Sebutkan beberapa macam proses annealing?.

9. Jelaskan proses full-annealing pada baja hypoeutectoid dan hypereutectoid?.

10. Jelaskan tujuan, proses, dan hasil dari Recrystallisation annealing?.

11. Jelaskan tujuan, proses, dan hasil dari Stres relief annealing?.

12. Jelaskan tujuan, proses, dan hasil dari Spheoidization annealing?.

13. Jelaskan tujuan, pemakaian, dan proses dari Normalizing pada perlakuan

panas?.

14. Gambarkan diagram suhu dan waktu pemanasan pada proses normalizing?.

15. Jelaskan tujuan, proses, dan hasil dari proses hardening?.

16. Gambarkan diagram suhu dan waktu pemanasan pada proses hardening?.

17. Jelaskan tujuan pengerasan permukaan dan sebutkan macam-macam metode

pengerasan permukaan?.

18. Apa perbedaan bahan pada pengerasan carburizing dan flame hardening?

19. Jelaskan secara singkat cara pengerasan permukaan dengan metode

carburizing?.

20. Jelaskan secara singkat cara pengerasan permukaan dengan metode flame

hardening?.