PERLAKUAN PANAS PADA LOGAM(HEAT TREATMENT)RAHMAN SM. JASA NstMALIK ARIFINFRANCISCUS U M SANDRI

*

POKOK BAHASANPerkenalan tentang perlakuan panas pada logamTujuan perlakuan panas pada logamDiagram struktur logam dan sifat mekanis-nyaKlasifikasi proses heat treatmenPenjelasan beberapa macam heat treatmentKomponen diagram fasaBeberapa penjelasan tentang diagram FASAKurva Pendinginan

*

Apa sih HEAT TREATMENT itu???Heat treatment adalah Proses memanaskan dan mendinginkan suatu bahan untuk mendapatkan perubahan fasa (struktur), guna meningkatkan kemampuan bahan sehingga bertambahnya daya guna/fungsi teknik dari bahan tersebut.

*

Tujuan dari HEAT TREATMENT adalah :

Untuk mencapai struktur dan sifat mekanis yang dikehendaki dari bahan tersebut, seperti :

MengeraskanMelunakanMenghilangkan tegangan sisaMenaikan ketangguhandll

*

Berikut merupakan diagram Struktur Logam dan Sifat Mekanis-nya......*

Klasifikasi Proses heat treatmen terdiri dari 2 pendekatan :1. 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 AnnealingProcess annealingSpheroidizingNormalizingHomogenizing.2. Non Equilirium(Tidak setimbang)Tujuan dari perlakuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebihtinggi. Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya:HardeningTemperingSurface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)

*

1. Full annealing (annealing)

Proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dalam furnace.Tujuan untuk memperbaiki ukuran butir dan machinibility .Pada proses full annealing ini biasanya dilakukanmemanaskan logam sampai keatas temperature kritis (pada baja hypoeutectoid , 25 C - 50 C).2. Dilanjutkan proses pendinginan yang cukup lambat (biasanya dalam furnace atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).Baja yang mengalami pemanasan sampai temperatur terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

2. Stress relief Annealing

Yaitu proses menghilangkan tegangan sisa dari suatu bahan dengan memanaskan kemudian ditahan beberapa waktu lalu dilakukan dengan pendinginan perlahan-lahan.Tujuannya adalah untuk menghilangkan tegangan sisa selama proses fabrikasi.Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat 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.Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

3. Spheroidizing

process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Tujuannya adalah memperbaiki machinibility baja paduan Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. baja hypereutectoid yang dianneal mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang terbungkus oleh jaringan cemented. Jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing2. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperatur A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan ditahan dalam 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 itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

4. 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 annealing1.Memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid, 50 C diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Cdiatas garis A cm). 2.Dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.

Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :5. Hardening

Yaitu memanaskan suatu bahan hingga diatas suhu transformasi (723 C) kemudian didinginkan secara cepat, melalui media pendingin seperti air, oli atau media pendingin lainnya.Tujuannya adalah untuk mengeraskan bahan (brittle).*

6. Tempering

Proses hardening menghasilkan struktur martensit yang sangat brittle, maka jarang digunakan dalam aplikasi. Perlu mekanisme perlakuan panas agar martensit yang telah terbentuk dapat dimodifikasi sifatnya dan dihasilkan baja yang lebih tangguh (tough). Mekanisme ini disebut dengan tempering.

Proses ini terdiri atas dua tahap, dimana di dalamnya terjadi reduksi kadar karbon dalam martensit hingga 0.3%. Kekerasan baja menurun dan keuletannya (ductility) meningkat, maka dapat dihasilkan baja yang lebih tangguh.Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

7. Aging (Precipitation Hardening)

Proses pemanasan kembali bahan yang telah dikeraskan, Suhu pemanasannya relatif rendah yaitu dibawah suhu transformasi eutektoid.Tujuannya adalah untuk mengurangi kekerasan bahan sehingga keuletan (ketangguhan) bahan tersebut dapat naik.Penjelasan beberapa Macam Heat Treatment, diantaranya :*

Secara alamiah, suatu lingkungan yang padat akan cenderung mencari kestabilan dengan mengurangi kepadatannya menuju lingkungan lain yang kurang padat. Itu adalah proses difusi; dipengaruhi oleh gradien komposisi. Namun, untuk bisa berpindah, butuh energi. Kombinasi dari keduanya, maka kita akan mendapatkan ilmu pertama dari Ilmu dan Teknik Material :Diagram Fasa.

*

Komponen Diagram Fasa*

Diagram fasa dibuat oleh dua orang, yang bernama Elliot J.F. dan Benz M.G. pada tahun 1949. selama bertahun tahun

Komponen dari diagram fasa ada dua : komposisi karbon (sumbu X) dan temperatur (sumbu Y). Di tengah diagram tersebut ada peta dari jenis fasa yang terbentuk, yaitu :

Delta Iron (Delta Ferrite)Ferrite ()Cementite (Fe3C)Pearlite ( + Fe3C)Austenite ()Eutectic, Hypo-eutectoid dan hyper-eutectoid

*Sedikit Penjelasan mengenai Diagram Fasa

Delta Iron (Delta Ferrite)

Delta Iron merupakan fasa yang terbentuk dan stabil pada temperatur sekitar 1500 0C /2607 0F. Pada daerah ini, karbon yang bisa menjadi interstisi didalam besi maksimal sekitar 0.09%. Fasa delta ini cenderung lunak dan tidak stabil pada suhu kamar. Struktur kristal yang terbentuk adalah BCC. Gambar di sebelah kanan menunjukkan gambar struktur mikro Delta Iron yang di etching (digores) menggunakan teknik metalurgi khususpada baja stainless steel.

*

Ferrite ()

Ferrite () merupakan fasa yang terbentuk pada temperatur sekitar (210-723)0C / (410-1670 )0F. Pada daerah ini, kelarutan karbon maksimalnya adalah 0,025% pada temperatur 725 derajat celcius, dan turun drastis menjadi 0% pada 0 derajat celcius. Fasa ini biasa terjadi bersamaan dengan cementite, membentuk pearlite pada pendinginan lambat. Fasa ini lunak, dan memberikan kemampuan bentuk pada logam. Gambar ini menunjukkan struktur fasa ferrite yang berwarna hitam, dan austenite yang berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa, selain lunak, ferrite sendiri cenderung lebih mudah berkarat dibandingkan austenite.

*

Cementite (Fe3C)

Cementite merupakan fasa intermetalik yang terbentuk pada logam dengan kelarutan karbon maksimal 6,67 %. Kelarutan karbon yang tinggi memberikan sifat keras pada fasa ini, dan berkontribusi bersama dengan ferrite untuk menentukan kekuatan dari suatu logam. Gambar ini menunjukkan fasa cementite yang didapatkan dari proses pendinginan lambat baja cor putih.*

Pearlite ( + Fe3C)

Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C. Pearlite memiliki morfologi mirip seperti lapisan (lamellae) antara Ferrite (hitam) dan Cementite (putih). *

Austenite ()

Gamma Iron merupakan fasa yang terbentuk pada terbentuk pada temperatur 1140 derajat celcius, dengan kelarutan karbon 2,08%. Kelarutan karbon akan turun menjadi o,08% pada 723 derajat celcius. Fasa ustenite terlihat jelas pada gambar di bagian Ferrite di atas, berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa fasa ini memiliki ketahanan karat yang lebih baik daripada fasa yang lain. Austenite merupakan fasa yang tidak stabil di temperatur kamar, sehingga dibutuhkan komposisi paduan lain yang akan berungsi sebagai penstabil fasa austenit pada temperatur kamar, contohnya adalah mangan (Mn).

*

Eutectic, Hypo-eutectoid dan hyper-eutectoid

Titik eutectoid terletak pada garis komposisi 0,8 % karbon, sedangkan titik eutectic terletak pada garis komposisi 4% karbon. Biasanya, baja yang terletak pada daerah eutectoid disebut baja karbon, sedangkan pada daerah 4% karbon disebut baja cor. Pada baja karbon, ada baja karbon yang kandungan karbonnya rendah (dibawah 0,8%) dan tinggi (diatas 0,8%). Dengan kesepakatan bersama, baja dengan kandungan karbon dibawah 0,8% disebut baja karbon rendah, medium, dan tinggi, sedangkan baja dengan kandungan karbon diatas 0,8% disebut baja saja (steel).

*

Martensit

Martensit merupakan fasa dimana ferit dan sementit bercampur. Tetapi bukan dalam lamellae. Fasa ini terbentuk dari austensit metastabil didinginkan dengan laju pendinginan cepat. Terjadi hanya presipitasi Fe3C unsur paduan lainnya tetapi larut transformasi isothermal pada 260C untuk membentuk dispersi karbida yang halus dalam matriks ferit. Martensit bilah terbentuk jika kadar C dalam baja sampai 0,6% sedangkan di atas 1% akan terbentuk martensit pelat. Perubahan dari bilah ke pelat 18terjadi pada interval 0,6% < C < 1,08%. Kekerasan dari martensit lebih dari 500 HVN.

*

Daerah temperatur pemanasan untuk proses Annealing dan Normalizing dari diagram fasa Fe-C*

Gambar skema pengaruh temperatur austenisasi pada struktur mikro baja hasil proses annealing dan normalizing.*

Diagram Siklus dari temperatur pemanasan dan kecepatan pendinginan dari proses annealing dan normalizing*

Diagram Siklus dari temperatur pemanasan dan kecepatan pendinginan*

Kurva Pendinginan*

Kurva Pendinginan*

Sedikit Penjelasan Mengenai Kuva Pendingin diatasKurva pendinginan 1 menggambarkan pendinginan yang sangat lambat (seperti pada annealing konvensional) menghasilkan perlit kasar. Ini terjadi karena transformasi berlangsung pada temperatur yang sangat tinggi.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.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%). Kurva pendinginan 6 menggambarkan pendinginan yang sangat cepat, seperti pada water quench. 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.*

KesimpulanPerlakuan panas (Heat Treatmen) pada logam tergantung pada :Temperatur yang diberikan, Waktu Pendinginan , dan Komposisi Unsur-Unsur Pada logam.

*

Terimakasih.....*