Proses Perlakuan Panas Secara Umum

Proses pelakuan panas adalah suatu proses yang terdiri dari proses

pemanasan dan proses pendingin pada logam dan paduannya dengan cara tertentu

yang bertujuan untuk mendapatkan sifatsifat material yang diinginkan. Proses ini

telah digunakan secara luas dan tidak hanya dilakukan pada logam ferro saja

melainkan telah banyak digunakan pada logam nonferro beserta paduannya.

Namun dikarenakan bahasan dari penulisan ini menggunakan material baja jadi

proses perlakuan panasnya dibatasi hanya pada material baja.

Perubahan dari sifat yang dikarenakan proses perlakuan panas mencakup

pada daerah keseluruhan dari logam dan hanya sebagiannya saja, contoh pada

permukaannya saja.

Baja unsur paduan utamanya adalah besi dan carbon, tetapi selain itu juga

terdapat unsurunsur penyusun yang lain seperti Mn, V, W, Cr, Ni, Si, dll. Carbon

dalam baja larut secara interstisi dan membentuk senyawa karbida yang disebut

sementit (Fe3C) yang sifatnya keras dan getas, sehingga pengaruhnya pada baja

akan meningkatkan kekuatan dengan menghambat laju dislokasi.

Secara umum unsurunsur paduan ditambahkan dalam baja dengan kadar

tertentu bertujuan untuk:

Meningkatkan kekerasan

Menaikkan keuletan

Meningkatkan ketahanan aus

Meningkatkan ketangguhan

Memperbaiki ketahanan korosi

Memperbaiki mampu pemesinan

Dll

Perubahan sifat yang terjadi pada proses perlakuan panas disebabkan

karena adanya pertumbuhan fasa pada saat pemanasan dan transformasi fasa pada

saat pendinginan. Hal tersebut tidak akan pernah terlepas dari temperatur.

Diagram yang menyajikan tentang hubungan antara temperatur dimana terjadinya

perubahan fasa pada saat proses pemanasan dan pendinginan lambat dengan kadar

karbon disebut diagram fasa.

Gambar II.1 Diagram Fasa FeFe3C

Diagram Fasa FeFe3C sangatlah penting, khususnya dalam proses

perlakuan panas, diagram ini menjadi dasar atau pedoman untuk mengetahui fasa

apa yang akan terbentuk pada saat kita melakukan pemanasan. Dari diagram ini

juga diketahui garis transformasi fasa dan titik komposisi tertentu dari baja.

Komposisi eutektoid tedapat pada 0,8% C dan pada Temperatur 723 o

C. Fasa

austenit ( )mengandung unsure karbon maksimum 2 % karbon, hal ini

memungkinkan karena fasa austenit mempunyai sel satuan FCC sehingga mampu

melarutkan atom atom karbon yang lebih banyak didalamnya secara interstisi.

Prinsip perlakuan panas adalah pemanasan dan pendinginan, kecepatan

pendinginan sangat berpengaruh terhadap hasil struktur mikro dan sifat mekanik

yang didapat, maka timbul fungsi waktu. Dalam diagram FeFe3C hanya

menjelaskan transformasi pada kecepatan yang sangat rendah atau pendinginan

yang terjadi secara alami. Maka, Diagram FeFe3C tidak dapat menjelaskan

transformasi yang terjadi pada pendinginan cepat. Oleh karena itu diperlukan

suatu pedoman berupa diagram baru yang menyatakan hubungan antara

temperatur dan waktu serta dapat menjelskan transformasi yang terjadi pada

kecepatan pendinginan yang tinggi. Diagram TTT ( time temperatur

transformation ) dan Diagram CCT ( continous cooling transformation) adalah

diagram yang digunakan sebagai pedoman untuk melakukan proses perlakuan

panas karena diagram ini dapat menjelaskan transformasi fasa yang terjadi pada

kecepatan pendinginan yang tinggi.

Diagram TTT hanya menunjukkan transformasi pada temperatur yang

konstan dan tidak berlaku pada proses pendinginan yang kontinu sehingga

diagram ini jarang dipakai untuk proses perlakuan panas. Diagram yang dapat

menjelaskan semuanya serta banyak sekali dipakai unutk proses pengerasan pada

baja adalah diagram CCT. Diagram ini mempunyai bentuk yang agak berbeda

dengan diagram TTT walaupun parameternya sama.

Gambar II.2 Diagram TTT pada baja AISI D6

Proses pemanasan baja dilakukan diatas temperatur austenisasi, namun

jangan terlalu tinggi karena dapat mempengaruhi struktur yang terbentuk yang

disebabkan oleh pertumbuhan butir dari fasa austenit. Semakin besar butir yang

terbentuk, maka semakin kasar dan kekuatannya semakin menurun. Temperatur

yang digunakan dalam pemanasan baja disebut temperatur austenisasi ( T ).

Adapun temperatur austenisasi pada tiaptiap baja berdasarkan kandungan

karbonya adalah:

Baja Hypo eutektoid, T adalah A3 + 50 s/d 100o C

Gambar Temperatur austenisasi baja hypoeutektoid

Baja Hypereutektoid, T nya adalah:

Acm + 50 s/d 100 oC atau A13 +50 s/d 100

oC

Gambar Temperatur austenisasi baja hypereutectoid

Pada proses pendinginan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan pendinginan

lambat dan pendinginan cepat. Pendinginan lambat biasanya dilakukan dengan

cara didingikan didalam tungku dan didinginkan melalui udara bebas.

Pendinginan cepat dilakukan dengan cara dicelupkan kedalam media quench

berupa brine, air, oli dan air garam. Proses pendinginan ditunjukan pada gambar d

T T

Air Oli Udara Dalam tungku t Gambar II.5 perbedaan lama pendinginan pada diagram proses

Secara umum proses perlakuan panas diklasifikasikan menjadi:

A. Annealing

B. Normalizing

C. Hardening

D. Case hardening

A. Annealing

Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan

lambat didalam tungku. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengurangi

kekerasan dari baja dan membuat struktur yang mudah dilakukan proses

pemesinan. Selain itu anneling bertujuan untuk memperbaiki sifat sifat antara

lain:

mampu mesin

mampu bentuk

keuletan

kehomogenan struktur

menghilangkan tegangan dalam

persiapan struktur unutk proses perlakuan panas

temperatur dan laju pendinginan dari annealing tergantung dari hasil yang

diinginkan dari struktur mikonya, oleh karena itu annealing dibagi lagi

menjadi beberapa proses spesifik antara lain:

1. full annealing

Merupakan proses pemanasan yang bertujuan untuk melunakan baja,

prosesnya dilakukan dengan cara dipanaskan diatas daerah kritisnya dan

didinginkan secara perlahan melawati daerah kritis. Walaupun full annealing

dapat dilakukan pada semua baja, tetapi kebanyakan hanya dilakukan pada

baja carbon medium ( 0,30,6% C ) saja, dimana bertujuan untuk

meningkatkan mampu mesinnya.

2. Sperodizing

Proses ini bertujuan untuk membulatkan karbida yang berbentuk serpih

pada perlit dan sementit. Sehingga dapat meningkatkan mampu mesin serta

meningkatkan keuletan. Sperodizing secara luas digunakan pada baja carbon

tinggi, baja perkakas, baja bearing, dan pada semua baja yang akan menjalani

proses pengerjaan dingin.

3. stress relieving

Pada baja yang telah mengalami proses pengecoran, permesinan,

pengelasan maka akan terdapat sejumlah tegangan sisa didalamnya. Tegangan

sisa tersebut akan menyebabkan distorsi bahkan dapat mengalami retakpada

saat digunakan atau pada saat dilakukan proses perlakuan panas. Untuk

menghilangkan tegangan sisa tersebut maka dilakukan proses ini.

4. Bright Annealing

Merupakan proses perlakuan panas yang bertujuan untuk menghasilkan

benda kerja yang permukaannya terbebas dari lapisan oksidasi. Prosesnya

dilakukan dengan cara menyelimuti spesimen dengan atmosfir tungku yang

sesuai selama pemanasan. Cara ini juga bertujuan untuk menghindari

terjadinya penggetasan, timbulnya sulfidasi, serta adanya dekarburisasi. Jenis

gas yang banyak digunakan dapat berupa nitrogen, amoniak, gas eksotrim,

hydrogen, dll.

5. Homogeniezing

Proses ini bertujuan untuk menyeragamkan komposisi baja. Biasanya

dilakukan setelah proses pengecoran. Spesimen dipanaskan sampai temperatur

1100 1200C. kemudian didinginkan secara lambat.

6. Recrystalitation annealing

merupakan proses pemanasan untuk menumbuhkan atau membentuk butir

baru setelah mengalami proses pengerjaan dingin (cold working). Selain itu juga

bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa. Pemanasan dilakukan pada

temperatur 600C selama 0.5 1 jam.

B. )ormalizing

Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilkukan dengan

cara memanaskan baja sampai temperatur austenisasi (T) kemudian didinginkan

dengan media udara dimana akan didapatkan fasa berupa pearlite. Baja carbon

tinggi seperti die steel dan HSS (High Speed Steel) tidak pernah dilakukan proses

ini karena bajabaja ini dikeraskan menjadi struktur martensite dengan cara

pendinginan di udara. Normalizing umumnya dipergunakan pada baja carbon

rendah dan plain carbon dengan tujuan sbb:

1. memperhalus ukuran butir dan menghomogenisasikan

struktur mikro dari hasil coran dan tempa, sehingga dapat

meningkatkan sifat mekanik dalam proses pengerasan

baja.

2. untuk meningkatkan mampu mesin dengan komposisi

karbon sekitar 0.3 % C

3. memperhalus karbida kasar yang mempunyai precipitate

selama pendinginan lambat setelah proses pengerjaan

panas.

Sebagai contoh dibawah ini disajikan informasi mengenai perubahan yang

terjadi pada sifat mekanik pada material setelah mengalami proses

normalizing.

Tabel Efek normalizing pada sifat mekanik baja coran 0.26% C

C. Hardening

Proses hardening biasa dilakukan pada semua perkakas dan bagian penting

dari mesin yang berkaitan dengan hal yang berat. Tujuan mengeraskan perkakas

adalah untuk mendapatkan nilai kekerasannya, sedangkan tujuan mengeraskan

bagian mesin adalah untuk meningkatkan kekuatan tarik serta kekuatan luluhnya.

Namun biasanya bila kekerasan tinggi maka kekuatan tariknya dan kekuatan

luluhnya rendah, oleh karena itu proses hardening yang dilakukan adalah dengan

cara melakukan proses tempering setelah dilakukan pendinginan cepat.

Sifat Mekanik Sebelum ) Sesudah )

Kekuatan luluh (Kg/mm2)

Kekuatan tarik (Kg/mm2)

Perpanjangan (%)

Reduksi penampang (%)

Kekuatan impak charpy

(Kgm/mm2)

23.4

43.7

13.1

14.2

2.9

28.5

48.0

24.4

40.5

9.4

Biasanya proses hardening yang umum dilakukan adalah dengan

memanaskan baja sampai temperature austenisasinya kemudian ditahan untuk

beberapa lama lalu didinginkan secara cepat

T

t Gambar proses hardening yang umum

Pada saat dilakukan pendinginan lambat fasa austenit (FCC) akan berubah

sel satuannya menjadi BCC kembali. Namun karena adanya pendinginan cepat

maka ada atom karbon yang terjebak pada kisi tegak sehingga austenit

bertransformasi menjadi fasa martensit dengan sel sastuan BCT. Martensit inilah

yang bersifat keras dan getas. Contoh specimen yang berfasa martensit adalah

roda gigi, pahat potong, dan dies. Temperatur pemanasan untuk proses hardening

sama dengan proses seperti annealing dan normalizing. Tetapi ada perbedaan

sedikit bila baja yang ingin dikeraskan mempunya kadar karbon lebih besar dari

0,8%, maka pemanasannya dilakukan pada temperature A13 +50100oC sehingga

struktur yang terbentuk adalah martensit serta karbida yang tidak larut, dimana

kekerasannya lebih tinggi.

Agar diperoleh hasil yang baik dari proses pengerasan, maka benda kerja

sebaiknya harus dibersihkan terlebih dahulu. Untuk baja karbon rendah dan baja

paduan rendah tidak perlu dilakukian preheat (pemanasan awal). Namun pada baja

perkakas harus dipreheat terlebih dahulu karena banyaknya unsur paduan

sehingga konduktivitas panasnya menurun.

Pada pendinginnya harus dengan media pendingin cepat agar atom

karbonya terjebak pada kisi tegaknya. Adapun media pendingin yang sering

dipakai untuk proses hardening adalah:

Air

Oli

Brine

Masingmasing dari media pendingin diatas mempunyai keuntungan serta

kerugian. Proses hardening dibagi lagi menjadi beberapa jenis, yaitu:

Martempering

Austmpering

Patenting

Dll

D. Case Hardening

Case hardening merupakan salah satu cara untuk merubah komposisi kimi

dari material. Perubahan komposisi kimia tersebut dapat terjadi pada saat material

dalam kondisi padat dan dapat terjadi hanya pada bagian permukaan permukaan

saja. Tujuan dari case hardening adalah untuk meningkatkan ketahanan aus suatu

material, meningkatkan ketahanan korosi serta untuk meningkatkan scalling

resistant.

Case hardening dilakukan dengan cara melapisi permukaan dari material

dengan carbon, nitrogen, dan elemen paduan lainnya. Prosesnya dapat dilakukan

dengan menambahkan unsur yang akan brdifusi kedalam material dalam kondisi

padat, cair maupun dalam kondisi gas. Proses dari case hardening dibagi menjadi:

Carburisasi

Nitriding

Cyaniding

Diffusion metallishing