HEAT TREATMENT

            Heat Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah

struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance ( tungku ) pada

temperature rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada

media pendingin seperti udara, air, air faram, oli dan solar yang masing-masing

mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda.

            Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh

struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan

akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan

adanya pemanasan atau pendinginan degnan kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam

dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya.

            Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu

pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan

sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan pendinginan dan batas

temperature sangat menetukan.

Jenis-jenis Heat Treatment

a. Quenching ( pengerasan )

            Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam

sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini

maka audtenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut

dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan pendingin yang kita

inginkan untuk mencapai kekerasan baja.

            Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah

menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah

larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk sementitoleh karena

itu terjadi fase lalu yang mertensit, imi berupa fase yang sangat keras dan bergantung

pada keadaan karbon.

b. Anneling

            Proses anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas

temperature kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature

merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar temperature

bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperoleh struktur yang diinginkan dengan

menggunakan media pendingin udara.

Tujuan proses anneling :

1. Melunakkan material logam

2. Menghilangkan tegangan dalam / sisa

3. Memperbaiki butir-butir logam.

c. Normalizing

            Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit

yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin udara. Hasil

pendingin ini berupa perlit dan ferit namunhasilnya jauh lebih mulus dari anneling.

Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja

karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja

yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon.

d. Tempering

            Proses tempering adalah pemanasan baja sampai temperature sedikit di bawah

temperature kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan sampai

merata selama 15 menit. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin. Jika kekerasan

turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalamhal ini keuletan dan ketangguhan baja akan

meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan baja yang lebih lemah. Proses ini

berbeda dengan anneling karena dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang

lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh kadar karbon.

Jenis-jenis pengerasan permukaan

1. karburasi

Cara ini sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi

dipanaskan      di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan

bentuk padat,    cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat,

kaburasi cair dan karburasi gas.

2. karbonitiding

            Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu

kritis di dalam lingkungan  gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Keuntungan

karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan

nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang

tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm.

3. cyaniding

            Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh

specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

4.    Nitriding

adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam

lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.

Pengelompokan dan Standarisasi Baja

Pengelompokan Baja

1)            Baja Karbon

Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon sangat

menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa

terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon

biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur.

2)            Baja Paduan

Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih

dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon.

Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan

yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di

bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%.

3)            Baja Khusus

Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena

pemakaian-pemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan

panas, baja perkakas, baja listrik.

Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsure terpenting

untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam

menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan

austenitis.

Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada

suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi.

Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi

memegang peranan dalam industri-industri. Unsure-unsur paduan dalam karbitnya

diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi.

Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika.

Standarisasi Baja

1)            Amerika Serikat

a)      ASTM ( American Society for Testing Materials )

o   Strogen Steel (H3 9M-94)

o   High Strength Low alloy Structure Steel (H2 42M-93a)

o   Low and Intermediate tensile Strength carbon silicon, steel plate for machine

pane and general construction (A 284M-38)

o   High Steel Strength. Quenhead and Temporal alloy steel plate euatable for

andirum (A 514-94m)

o   Structural Steel mide 290 MPa minimum Yield point (BMM) maximum

o   High Strongth Low alloy alambium vanadium steel of structural quality

(43,72m-94a)

o   Structural carbon steel plate of improved longers (AS 37M-93a)

o   High Strength Low alloy Structural Steel 345 MPa minimum yield point 100

mm thickness (AS 88M-94a)

o   Normalized high Strength Low alloy Structural Steel (A633-94a)

o   Low carbonate hardening, nikel copped evanium monodin, corombium and

nikel copper columbion allow steel (A710M-94)

o   Hot road stuktural steel high Strength Low alloy plate with improved in

ability (A 610 M-93a)

o   Quenhead and tempered carbon steel plates for structural aniration (A 678-

94a)

b)      AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive

Engineers)

Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi dengan

loxx digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja AISI, SAE

1445, ini berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan paduan uranium

(0,4%-1,4%)

c)      Menurut UNS (United Numbering System)

Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan SAE,

hanya saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk jenis

tambahan lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi G41070 di

mana awalnya G untuk baja karbon paduan rendah.

2)            Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)

o   Rolled Steel for general structural (G 3101-87)

o   Rolled Steel for walled structural (G 3106-92)

o   Hot Rolled Atmosphetle corrosion resisting steel (G 3128-87)

o   Hot Yield Strength Steel plate for walled structural (G 3128-87)

o   Superior atmosphere corrosion resistant steel (G 3215-87)

3)            Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.)

o   Steel for general structural purposes (17100-80)

o   Waldable tine astin steel (17102-83)

4)            Standarisasi Perancis (NF)

o   Structural Steel (A 35-501-87)

o   Structural Steel Imprived atmosphere votection vistance (H 35-502-DA)

Heat Treatment  A. EFEK PADA STRUKTUR MIKRO DAN UKURAN BUTIRAN Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.

Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.

Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).

Fig 6.3 Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face – centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)

  Penjelasan diagram:

Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah,

pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit. 

Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. 

Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. 

Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. 

Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit. 

Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses    pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan  struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.

 

B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel

     Penjelasan diagram:

Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.

Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.

Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

 

C. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

     Penjelasan diagram: Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.

Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja: 

Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 - 950 0 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.

Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 980 0 C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).

Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.

Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat.

Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat disesuaikan dengan pemilihan heat treatment yang tepat.

Keterangan tambahan:

Ferit biasa dinamakan juga Besi - α Austenit dinamakan juga Besi - g Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d