PERLAKUAN PANAS

Perlakuan panasadalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat logam dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi kimia logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas yaitu untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Macam-macam perlakuan panas yaitu :

a.       Perlakuan Panas Fisik

1.      Hardening

Perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh kekerasan maksimum pada logam baja. Baja tersebut dipanaskan dan selanjutnya ditahan. Untuk baja eutectoid dipanaskan sampai (20-30)^oC di atas AC₃ dan untuk baja hypoeutectoid dan hyper-eutectoid dipanaskan sampai (20-30)^oC di atas AC₁, kemudian didinginkan cepat di dalam air atau tergantung pada komposit kimia, bentuk dan dimensinya. Kecepatan pendingan harus sesuai supaya terjadi  transformasi yang sempurna dari austenite menjadi martensite. Kekerasan maksimum yang dicapai tergantung kadar karbon. Semakin tinggi kadar karbon semakin tinggi kekerasan maksmimum yang didapat.

Gambar 1.6  Daerah Temperatur Perlakuan Panas

Sumber : Smith, WF (1982 : 463)

2.      Annealing

Merupakan perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan sifat mampu mesin. Tahapan dari proses Annealing ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat.

Proses Annealing terdiri dari beberapa tipe yang diterapkan untuk mencapai sifat-sifat tertentu sebagai berikut :

a.         Full Annealing

Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinability.

b.         Spheroidized annealing

Setiap metode dimana speroid terbentuk disebut anil spheroidized. Jika produk anil berisi gelembung-gelembung dari cementite dalam matriks ferrite pada mikro dan itu disebut sebagai sebuah benda yang bulat. Secara umum mikro ini dibentuk oleh berbagai cara, yaitu:

1.          Hardening dan suhu temper

2.          Menyelenggarakan produk pada suhu dibawah suhu A₁

3.          Konduktivitas thermal sekitar A₁

c.         Stress relief annealing

Dalam proses ini baja dingin dipanaskan pada suhu sekitar 525⁰C yaitu tepat dibawah temperature rekristalisasi. Jadi karena pemanasan ini, tidak ada perubahan dalam struktur mikrokristal. Spesimen disimpan pada suhu sekitar 2-3 jam dan kemudian mengalami pendinginan udara karena tidak ada perubahan struktur mikro proses. Pemanasan ini tidak memiliki pengaruh yang merugikan terhadap kekerasan dan kekuatan bahan. Proses Annealing mengurangi mikro deformasi produk selama proses permesinan.

3.      Normalizing

Perlakuan panas yang dilakukan dan digunakan untuk menghaluskan struktur bahan butiran yang mengalami pemanasan berlebihan (overheated). Menghilangkan tegangan dalam, meningkatkan permesinan dan memperbaiki sifat mekanik material. Prosesnya dengan pemanasan sampai (30⁰-50⁰)C diatas AC₃ dan didinginkan pada udara sampai temperatur ruang. Pendinginan disini lebih cepat daripada full annealing, sehingga pearlite yang terjadi menjadi lebih halus, sehingga lebih kuat dan keras dibandingkan dengan yang diperoleh Annealing. Normalizing juga menghasilkan struktur kimia yang lebih homogen sehingga memberi responnya lebih baik terhadap proses pengerasan (Hardening) karena itu, baja yang akan dikeraskan perlu di normalizing terlebih dahulu. Pada Normalizing hendaknya tidak dilakukan pemanasan terlalu tinggi karena butiran kristal austenite yang terjadi akan selalu besar sehingga perbandingan lambat akan diperoleh butir pearlite atau ferrite yang kasar dan mengakibatkan kekurangan keuletan atau ketangguhan.

4.      Tempering

Digunakan untuk mengurangi tegangan sisa, melunakkan bahan setelah di hardening dan meningkatkan keuletan. Hal ini karena baja yang dikeraskan dengan pembentukan martensite biasanya sangat getas sehingga tidak cukup baik untuk berbagai pemakaian. Pembentukan martensite juga menggunakan tegangan sisa yang sangat tinggi dan kurang menguntungkan karena itu setelah pergeseran diikuti tempering. Prosesnya adalah dengan memanaskan baja berstruktur martensite sampai dibawah suhu kritis, ditahan kemudian dipanaskan kembali pada temperatur dibawah eutectoid untuk melunakkan martensite dengan mengubah strukturnya menjadi partikel besi karbit ferrite. Macam-macam tempering yaitu :

a.         Martempering

Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan digunakan untuk mengurangi distorsi dan chocking selama pendinginan. Caranya benda kerja dipanaskan sampai ke temperature pengerasannya dengan cara yang biasa, medium yang digunakan adalah cairan garam. Temperature cairan garam tersebut dijaga konstan diatas temperature Ms dari baja yang bersangkutan. Benda kerja yang diproses didiamkan dalam cairan garam tersebut sampai temperature diseluruh bagian benda homogen, tetapi tidak terlalu lama karena bisa mengakibatkan bertransformasi menjadi fasa-fasa yang lebih lunak seperti pearlite dan bainite.

Gambar 1.7  Proses Martempering

Sumber : Anonymous 6 : 2012

b.      Austempering

Tujuannya adalah meningkatkan ductility, ketahanan impact dan mengurangi distorsi. Struktur yang dihasilkan adalah bainite. Austempering adalah proses perlakuan panas yang dikembangkan langsung dari diagram transformasi isothermal untuk memperoleh struktur yang seluruhnya bainite. Pendinginan dilakukan dengan quenching sampai temperatur di atas Ms dan dibiarkan demikian sampai transformasi menjadi bainite selesai.

 

Gambar 1.8  Proses Austempering

            Sumber : Anonymous 7 : 2012

Gambar 1.9 Proses Quenching dan Tempering

Sumber : Anonymous 8 : 2012

Tujuannya adalah meningkatkan ductility ketahanan impact dan mengurangi distorsi struktur yang dihasilkan bainite.

b.      Perlakuan Panas Kimiawi

1.      Carburizing

Suatu proses penjernihan lapisan permukaan baja dengan karbon baja yang diikuti dengan hardening akan mendapatkan kekerasan permukaan yang sangat tinggi, sedang bagian tengahnya tetap lunak. Macam-macam carburizing:

a)      Pack Carburizing

Prosesnya material dimasukkan dalam kotak yang berisi medium kimia aktif padat. Kotak tersebut dipanaskan sampai 900-950^oC.

b)      Paste Carburizing

Medium kimia yang digunakan berbentuk pasta.Prosesnya yaitu bagian yang dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm kemudian dikeringkan dan dimasukkan dalam kotak, prosesnya dilakukan pada 920-930^oC.

c)      Gas Carburizing

Di sini logam dilepaskan dalam atmosfir yang mengandung karbon yaitu gas alam maupun gas buatan bainite kerja dipanaskan 850-900^oC.

d)     Liquid Carburizing

Proses Carburizing dilakukan pada medium kimia akfif cair komposisi medium kimianya adalah soda abu, NaCl, SiC, dan kadang-kadang dilengkapi NH₄Cl. Suhu proses antara 850-900^oC.

2.      Nitriding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan nitrogen yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang agak lama pada temperatur 480-650^oC dalam lingkungan amoniak (NH₃). Macam-macamnya:

a.          Straight Nitriding

Digunakan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan fatigue.

b.      Anti Corosion Nitriding

Bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan. Derajat kelarutan nitrogen yang dapat dicapai adalah 30-50 %.

3.      Cyaniding

Proses ini merupakan proses penjernihan permukaan baja dengan unsur karbon dan nitrogen, bertujuan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan kelelahan. Bila proses ini dilakukan di udara disebut karbon nitriding, macamnya:

a.      High Temperature Liquid Cyaniding

b.      High Temperature Gas Cyaniding

c.       Low Temperature Liquid Cyaniding

d.      Low Temperature Gas Cyaniding

e.       Low Temperature Solid Cyaniding

4.      Sulphating

Perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesek dari bagian-bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan HSS jalan penjenuhan permukaan sulfur.

c.       Perlakuan Panas Permukaan yang Lain

1.      FlameHardening

Prosesnya dengan pemanasan cepat permukaan baja di atas temperatur kritisnya dengan menggunakan gas oksigetilen, selanjutnya diikuti dengan pendingan.

2.      Electrolite BathHardening

Pemanasan yang dilakukan dalam suatu larutan elektrolit yang biasanya digunakan adalah 5% - 10% Sodium Karbonat dan digunakan arus DC. Pada tegangan tinggi 200-220 V. Prosesnya yaitu pada baja dipakai sebagai katoda, sehingga terbentuk gelembung-gelembung hidrogen tipis. Karena konduktivitas dari gelembung hidrogen rendah  sehingga arus meningkat cepat pada katoda. Akibatnya katoda mengalami pemanasan pada temperatur yang sangat tinggi (2000^oC). Logam yang akan dikeraskan tersebut dicelupkan dalam elektrolit sedalam bagian yang akan dikeraskan. Setelah dipanaskan aliran listrik diputus dan elektrolit digunakan sebagai media quenching.

3.      Induction Surface Hardening

Pemanasan yang dilakukan dengan menggunakan arus listrik frekuensi tinggi. Logam yang berbentuk silindris diletakkan pada indicator ini. Jadi pemanasan permukaan dipengaruhi oleh frekuensi dan waktu pemanasan. Pendinginan dilakukan dengan penyemprotan air setelah proses pemanasan selesai.

Proses perlakuan panas ada 3 tahap uji yaitu :

a.      Heating

Proses perlakuan panas pada suhu tertentu dan dalam waktu tertentu untuk mencapai struktur tertentu.

b.      Holding

Proses perlakuan panas dengan suhu yang telah ditetapkan dan dalam metode tertentu untuk memperoleh sturktur atom yang seragam

c.       Cooling

Proses pendinginan yang dilakukan agar struktur atom yang diinginkan tetap. Proses pendinginan ada 3 macam yaitu : udara, dapur, dan quenching.