Perlakuan Panas - Heat Treatmemnt

Perlakuan panas merupakan suatu proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol dengan tujuan mengubah sifat fisik dan sifat mekanik dari suatu bahan logam sesuai dengan yang diinginkan. Terdiri dari proses :

1.      Heating

Proses pemanasan sampai temperatur tertentu dan dalam periode waktu tertentu. Tujuannya memberikan kesempatan agar terjadinya perubahan struktur dari atom-atom dapat menyeluruh

2.      Holding

Proses penahanan pemanasan pada temperatur tertentu. Bertujuan memberikan kesempatan agar terbentuk struktur yang teratur dan seragam sebelum proses pendinginan.

3.      Cooling

Proses pendinginan dengan kecepatan tertentu. Bertujuan untuk mendapatkan struktur dan sifat fisik maupun sifat mekanis yabg diinginkan.

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)^o C di atas garis transformasi A1 kemudian didinginkan cepat melalui media pendingin seperti air, oli, dan media lainnya. Kecepatan pendinginan harus sesuai supaya terjadi transformasi sempurna dari austenit yang terbentuk menjadi martensit.

2.        Annealing

Proses perlakuan panas untuk melunakkan dan meningkatkan keuletan logam baja. Selain itu bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya, memperhalus ukuran butir. Macam-macam annealing yaitu :

a.     Full Annealing

Adalah salah satu proses anil yang umum di gunakan jenis baja yang di gunakan pada proses ini adalah baja hypo eutectod, eutectoid, baja karbon rendah. Proses pemanasanya pada temperatur sekitar A₃ + (20-30)⁰C dan Acm + (20-30)⁰c sedangkan untuk rata – rata pendinginan dibawah 500⁰c – 600⁰c adalah 50⁰c – 100⁰c. perijinan untuk baja karbon 20⁰ – 60⁰ perjam.

b.     Bright Annealing

Digunakan untuk pencerahan permukaan komponen. Dalam proses ini pemanasan dilakukan di hadapan media inert sehingga mencegah oksidasi permukaan logam. Secara umum bahan yang digunakan dalam proses ini adalah argon dan nitrogen. Selain bertujuan untuk pelindung sekitar permukaan objek juga untuk mempertahankan warna permukaan.

c.     Box Annealing

Proses ini dapat disebut sebagai block annealing. Bertujuan untuk menjaga baja yang akan dikeraskan dalam media tertutup dalam proses annealing. Pada permukaan bahan baja terlapisi oleh chip berisi cor, pasir, dan arang. Latar belakang dari proses ini adalah untuk mencegah oksidasi dari logam baja.

d.     Isothermal Annealing

Material di panaskan sampai di atas suhu A₃ dan kemudian di dinginkan secara  lambat. Proses ini merupakan turunan dari annealing yang normal sampai mencapai suhu dibawah A_1. Bahan baja tersebut diholding yang berguna untuk memperoleh keseragaman subatomic kemudian didinginkan dengan suhu ruangan normal.

e.     Spherodized Annealing

Proses ini terjadi dimana steroid yang terbentuk sehingga disebut spherodized annealing. Jika produk annealing berisi gelembung-gelembung dari semantit dalam matriks ferrit pada mikrostrukturnya. Pada  mikrostrukturnya terbentuk  dengan hardening pada suhu temper. Proses pemanasannya pada suhu A_1.

f.      Subkritis Annealing

Pada proses ini dilakukan saat temperatur dingin pada baja. Saat baja berada di temperatur yang dingin tiba-tiba dipanaskan ke suhu yang tepat diatas suhu kritis. Secara umum, proses ini digunakan untuk mengurangi tegangan dalam, memperbaiki struktur butir, untuk mengurangi kekerasan, dan meningkatkan keuletan material.

g.     Stress Relief Annealing

Pada proses ini pemanasan pada suhu sekitar (525-550⁰) C tepat dibawah suhu rekristalisasi. Sehingga dalam pemanasan ini tidak ada perubahan  dalam struktur mikro material. Karena tidak ada perubahan tersebut, pemanasan ini tidak memiliki pengaruh yang merugikan terhadap kekerasan dan keuletan bahan.

h.     Rekristalisasi Annealing

Dalam proses ini bahan baja yang dingin dipanaskan ke suhu di atas A₁ yaitu sekitar (625-650)⁰C. Selama proses annealing cemantit dalam mikrostrukturnya berubah menjadi steroid.

3.      Normalizing

Perlakuan panas yang digunakan untuk mengharuskan struktur butiran yang mengalami pemanasan berlebihan (overheated), menghilangkan tegangan dalam meningkatkan permesinan dan memperbaiki sifat mekanik material, prosesnya dengan pemanasan sampai (30-50)^oC di atas  A3 dan didinginkan pada udara sampai temperatur ruang. Pendinginan di sini lebih cepat dari pada full annealing .sehingga paerlite yang terjadi menjadi lebih halus sehingga menjadi lebih keras dan kuat disbanding yang diperoleh annealing. Normalizing juga menghasilkan struktur  kimia yang lebih homogen sehingga akan  memberi respon yang 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 butir kristal autenit yang terjadi akan terlalu besar sehingga pada pendinginan lambat dan diperoleh  butir perlit atau ferit yang kasar dan mengakibatkan berkurangnya keuletan dan ketangguhan.

4.      Tempering

Digunakan untuk mengurangi tegangan dalam melunakan bahan setelah dihardening dan meningkatkan keuletan. Hal ini karena baja yang dikeraskan dengan pembentukan martensit biasanya sangat getas, sehingga tidak cukup baik untuk berbagai pamakaian. Pembentukan martensit juga meninggalkan tegangan sisa yang sangat tinggi dan kurang menguntungkan. Karena itu biasanya setelah pengerasan diikuti tempering. Prosesnya adalah dengan memanaskan baja berstruktur martensite sampai dibawah suhu kritis, ditahan kemudian didinginkan dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan martensite, kemudian dipanaskan kembali pada temperature di bawah temperature eutectoid untuk melunakan martensite dengan mengubah strukturnya menjadi pertikel besi karbid dalam ferit. Macam-macam tempering yaitu:

a.       Martempering

Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan digunakan untuk mengurangi distorsi dan chocking selama pendinginan.

b.      Austempering

Austempering bertujuan untuk meningkatkan ductility ketahanan impact dan mengurangi distorsi. Struktur yang dihasilkan adalah bainit. Austempering adlah proses perlakuan panas yang dikembangkan langsung dari diagram transformasi isothermal untuk memperoleh struktur yang seluruhnya bainit. Pendinginan dilakukan dengan quenching sampai temperatur diatas M₅ dan dibiarkan sampai transformasi menjadi bainit selesai.

a.     Perlakuan Panas Kimia

1.      Carburizing

Carburizing merupakan proses laku panas logam secara thermochemical dimana benda kerja dipanaskan pada temperatur yang cukup tinggi dalam lingkungan yang mengandung atom karbon aktif, sehingga atom karbon akan berdifusi kedalam baja dan mencapai kadar tertentu. Tebal lapisan tergantung pada suhu dan waktu perlakuan. Carburizing terdiri dari 3 macam yaitu:

a.       Pack carburizing

Proses laku panas logam dengan memasukkan benda kerja kedalam suatu kotak dan ditimbun dengan carburizing compound, kotak ditutup rapat, kemudian dipanaskan pada suhu (900-950)⁰ C selama beberapa jam. Selanjutnya kerja dikeluarkan dan didinginkan.

Carburizing compound berupa serbuk terdiri dari arang kayu 70%-80%, natrium karbonat 25%-20% dan kalsium karbonat 2,5%-3,5%. Selama pemanasan udara yang terperangkap dalam kotak bereaksi dengan arang menjadi CO, dengan reaksi:

2C + O₂ → 2CO

              Selanjutnya CO dapat berdisosiasi menjadi cat

2CO  → CO₂ + Cat

Cat merupakan karbon aktif yang dapat berdifusi kedalam benda kerja.

b.      Gas carburizing

Proses laku panas logam dengan memanaskan baja dalam dapur dengan atmosfer yang banyak mengandung gas CO atau gas hidrokarbon yang mudah berdekomposisi pada temperatur carburizing. Contoh reaksi :

2CO  → CO₂ + Cat

CH₄  → Cat + 3H₂  

Proses ini menghasilkan benda kerja yang lebih bersih daripada pack carburizing.

c.       Liquid Carburizing

Benda kerja dipanaskan dalam salt bath yang terdiri dari campuran  sodium cyanide (NaCN) atau potassium cyanide (KCN), yang berfungsi sebagai carburizing agent yang aktif dengan sodium carbonate (Na₂CO₃) yang berfungsi sebagai energizer.

2NaCN + O₂  → 2NaCNO

4NaCNO → 2NaCN + Na₂CO₃ + CO + 2Na

2CO → CO₂ + Cat

d.      Paste Carburizing

Medium kimia yang digunakan berbentuk pasta. Prosesnya yaitu badian yang dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm  kemudian dikeringkan dan dimasukkan kedalam kotak. Proses dilakukan pada (920-930)⁰ C.

2.      Nitriniding

Nitriding merupakan proses laku panas pada logam secara thermochemical dimana atom nitrogen aktif akan berdifusi kedalam baja membentuk nitrida. Nitrida yang terbentuk ini sangat keras dan stabil. Nitrogen aktif ini bisa diperoleh dari gas amonia dan bila dipanaskan pada temperatur nitriding (500-600)⁰ C.

Pada dasarnya semua baja dapat di nitriding tetapi hasil yang optimal dapat diperoleh bila baja membentuk unsur paduan yang membentuk nitrida seperti Al, Ni, Ti, Cr, Mo. Pengaruh unsur paduan dapat dilihat pada gambar berikut.

3.      Cyaniding

Merupakan modifikasi dari proses liquid carburizing. Dilakukan dengan menggunakan salth bath seperti pada liquid carburizing, tetapi dengan konsentrasi garam cyanide rendah. Cyaniding sering dilakukan dengan menggunakan salth bath dengan kandungan cyanide 30% pada temperatur (800-850)⁰ C, waktu difusi bisa sampai 1,5 jam.

Pada cyaniding komposisi salth bath dan tenperatur pemanasan sangat berpengaruh terhadap tebal dan komposisi kimia dari kulit. Dengan termperatur pemanasan makin tinggi dan kandungan NaCN dalam salth bath yang makin rendah akan menghasilkan tebal kulit yang makin besar dan kadar karbon pada kulit akan semakin tinggi. Untuk proses yang menghasilkan kadar karbon yang tinggi (>0,4%) perlu dilakukan quenching dan tenpering.

4.      Sulphating

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

5.      Colorizing

Colorizing merupakan proses pelapisan baja dengan pemanasan alumunium bubuk dalam ruang tertutup. Untuk alumunium paduan pada permukaan baja dan untuk lapisan pelindung terhadap oksidasi dilakukan pada suhu (800-100)⁰ C. Kelebihan dari colorizing adalah:

a.       Pembentukan alumunium pada baja karbon untuk ketahanan korosi yang juga menambah sifat dasar mekanik dan baja menjadi lebih baik.

b.      Colorizing tidak menghasilkan lapisan tetapi menyatu pada baja(paduan).

c.     Perlakuan Panas pada Permukaan

1.      Flame Hardening

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

2.      Elektrolit Bath Hardening

Elektrolit bath hardening adalah proses pemanasan yang dilakukan dalam suatu larutan elektrolit yang biasanya digunakan adalah 5% - 10% sodium carbonat dan digunakan arus DC. Pada tegangan tinggi 200-220 V. prosesnya yaitu pada baja dipakai sebagai katoda, sehingga terbentuk gelembung-gelembung hydrogen tipis. Karena konduktivitas dari gelembung hydrogen rendah  sehingga arus meningkat cepat pada katoda. Akibatnya katoda mengalami pemanasan pada temperature 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

Induction surface adalah perlakuan panas yang menggunakan arus listrik sebagai sumber energi pemanasannya yang mengalir pada sebuah solenoida. Benda kerja yang terbentuk silindris  diletakkan di tengah solenoida, pendinginannya dengan cara penyemprotan air pada benda kerja.