Perlakuan panas atau heat treatment merupakan proses mengubah sifat mekanik (terutama kekerasan, keuletan, dan ketangguhan) dari material (logam) dengan memodifikasi struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan laju pendinginan. Pada akhir proses ini terjadi pengubahan struktur mikro tanpa adanya pengubahan komposisi dari material.
Penentuan temperatur pemanasan dan laju pendinginan yang diberikan pada logam, sehingga diperoleh sifat mekanik dan struktur mikro yang diinginkan, berpendoman pada diagram fasa. Proses pemanasan dalam laku panas tidak boleh mencapai temperatur melting (garis solidus).
Proses perlakuan panas sangat penting untuk dilakukan mengingat fakta hampir semua komponen teknik yang terbuat dari logam memerlukan paling tidak satu tahap/siklus perlakuan panas agar diperoleh sifat mekanis yang diperlukan. Proses ini biasanya diterapkan mendekati suatu pada tahap akhir dari proses produksi logam. Misalnya adalah barang hasil forging, casting, pressing, dan pabrikasi perlu dilakukan panas sebelum dilakukan proses permesinan.
Adapun tujuan dari perlakuan panas ini adalah :
- Melunakan yaitu memperbaiki plastisitasnya dengan cara mengatur ukuran, bentuk dan distribusi konstituen mikronya
- Menghilangkan tegangan sisa yaitu untuk memungkinkan berlangsungnya relaksasi tegangan sisa hasil operasi sebelumnya
- Menghomogenkan yaitu untuk mendapatkan komposisi kimia yang seragam di setiap bagian material melalui difusi unsur-unsur
- Meningkatkan ketangguhan (toughness) yaitu meningkatkan kemampuan bahaya meyerap energi atau menahan tegangan yang tiba-tiba (impak) dalam selang plastis (atau untuk meningkatkan luas total daerah dibawah kurva tegangan-regangan)
- Memperkeras yaitu memungkinkan terjadinya gangguan terhadap pergerakan dislokasi pada bidang slip dengan cara memodifikasi struktur mikro (cara : penghalusan ukuran, butiran/grain refinement, quench hardening dan precipitation hardening)
- Meningkatkan ketahanan gesek (wear resistance) permukaan logam yaitu memperbaiki tahanan gesek permukaan dengan cara mendifusikan unsur-unsur interstisi seperti karbon dan nitrogen pada permukaan baja (carburizing, nitridizing, dan lain-lain.
Jenis tipe-tipe perlakuan panas ada beberapa macam, diantaranya :
1. Annealing
Merupakan suatu proses perlakuan panas pada material dengan cara memanaskannya pada temperatur dibawah daerah kestabilan fasa austenit (diatas garis Ac3 dan Acm) selama beberapa waktu lalu kemudian didinginkan secara perlahan ke temperature kamar. Struktur mikro yang terbentuk setelah proses annealing terdiri dari ferit perlit. Annealing biasa diterapkan pada material yang mengalami pengerjaan dingin (cold work). Adapun tujuan dari annealing antara lain adalah untuk menghilangkan tegangan sisa, melunakan baja, dan meningkatkan keuletan serta ketangguhan baja.
2. Stress relieving
Perlakuan panas stress relief bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa yang terbentuk pada saat proses permesinan, pengerjaan dingin, pengelasan, dan lain-lain. Adanya tegangan sisa pada logam dapat mengakibatkan terjadinya distorsi pada logam atau baja. Oleh karena itu, tegangan sisa ini harus dihilangkan atau dikurangi. Caranya adalah dengan memanaskan baja hingga temperatur dibawah temperatur transformasi (Ac1), ditahan selama beberapa waktu, kemudian setelah itu baja didinginkan menuju temperatur kamar.
3. Normalizing
Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilakukan untuk menghasilkan ukuran butiran yang halus dan seragam. Selain itu, pada umumnya baja dinormalisasi untuk menghasilkan struktur mikro ferit dan perlit yang seragam. Perlakuan panas normalizing terdiri atas proses austenisasi pada 100-150⁰F diatas temperatur kritis (garis Ac3 untuk baja hypoeutectoid, Acm untuk baja hypereutectoid) yang diikuti dengan pendinginan udara (air cooling). Lama pemanasan pada temperatur austenisasi adalah sekitar satu jam untuk setiap ketebalan satu inci.
4. Spheroidizing
Untuk menghasilkan baja selunak mungkin, maka baja biasanya dipanaskan hingga diatas atau dibawah temperatur eutectoid (sekitar 100 ⁰F) kemudian hingga ditahan selama beberapa waktu. Struktur mikro yang terbentuk terdiri atas sementit yang terbentuk spheroid (spheroid sementite) didalam matrik ferit, untuk menghasilkan struktur sementit yang seragam, maka struktur awal naja biasanya adalah martensit karena karbon terdistribusi lebih seragam di dalam martensit dibandingkan pada perlit.
5. Hardening
Hardening biasanya dilakukan untuk menghasilkan baja dengan kekerasan dan kekuatan yang baik. Proses hardening akan mengakibatkan perubahan struktur kristal dari BCC (body center cubic) menjadi FCC (face center cubic). Perlakuan panas hardening terdiri atas dua tahap utama yaitu austenisasi dan quenching. Austenisasi merupakan pemanasan baja hingga temperatur austenitisasi lalu ditahan selama beberapa menit (biasanya 15-45 menit). Setelah penahanan pada temperatur austenitisasi baja kemudian didinginkan dalam sebuah media pendingin, atau yang lebih dikenal dengan quenching. Struktur mikro yang terbentuk setelah proses hardening biasanya terdiri atas karbida, austenit sisa, dan untempered martensite.
6. Tempering
Tempering dibagi menjadi empat tahap berdasarkan temperatur pemanasannya dan apa saja yang terjadi saat itu. Tahap pertama, pemanasan pada temperatur 80-160 ⁰C. Pada tahap ini terjadi presipitasi fasa karbida dengan karbon tinggi yang disebut karbida E (Fe₂,₇C). Konsekuensinya, karbon pada temperatur 230-300 ⁰C. Pada tahap ini terjadi pendekomposisian austenit sisa menjadi bainit, ferit, dan sementit. Namun kadang temperatur tempering tahap dua dapat lebih tinggi karena austenit sisa yang relatif stabil akibat adanya unsur paduan penstabilan austenit. Tahap ketiga, pemanasan pada temperatur 160-400 ⁰C. Pada tahap ini, terjadi pembentukan dan pertumbuhan sementit (Fe₃C). Karbida E (kabrida transisi) dan martensit berubah menjadi sementit dan ferit. Tahap terakhir, tahap keempat, pemanasan pada temperatur 400-700 ⁰C. Pada tahap ini terjadi pertumbuhan, pengkasaran dan spherodisasi sementit.
2. Stress relieving
Perlakuan panas stress relief bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa yang terbentuk pada saat proses permesinan, pengerjaan dingin, pengelasan, dan lain-lain. Adanya tegangan sisa pada logam dapat mengakibatkan terjadinya distorsi pada logam atau baja. Oleh karena itu, tegangan sisa ini harus dihilangkan atau dikurangi. Caranya adalah dengan memanaskan baja hingga temperatur dibawah temperatur transformasi (Ac1), ditahan selama beberapa waktu, kemudian setelah itu baja didinginkan menuju temperatur kamar.
3. Normalizing
Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilakukan untuk menghasilkan ukuran butiran yang halus dan seragam. Selain itu, pada umumnya baja dinormalisasi untuk menghasilkan struktur mikro ferit dan perlit yang seragam. Perlakuan panas normalizing terdiri atas proses austenisasi pada 100-150⁰F diatas temperatur kritis (garis Ac3 untuk baja hypoeutectoid, Acm untuk baja hypereutectoid) yang diikuti dengan pendinginan udara (air cooling). Lama pemanasan pada temperatur austenisasi adalah sekitar satu jam untuk setiap ketebalan satu inci.
4. Spheroidizing
Untuk menghasilkan baja selunak mungkin, maka baja biasanya dipanaskan hingga diatas atau dibawah temperatur eutectoid (sekitar 100 ⁰F) kemudian hingga ditahan selama beberapa waktu. Struktur mikro yang terbentuk terdiri atas sementit yang terbentuk spheroid (spheroid sementite) didalam matrik ferit, untuk menghasilkan struktur sementit yang seragam, maka struktur awal naja biasanya adalah martensit karena karbon terdistribusi lebih seragam di dalam martensit dibandingkan pada perlit.
5. Hardening
Hardening biasanya dilakukan untuk menghasilkan baja dengan kekerasan dan kekuatan yang baik. Proses hardening akan mengakibatkan perubahan struktur kristal dari BCC (body center cubic) menjadi FCC (face center cubic). Perlakuan panas hardening terdiri atas dua tahap utama yaitu austenisasi dan quenching. Austenisasi merupakan pemanasan baja hingga temperatur austenitisasi lalu ditahan selama beberapa menit (biasanya 15-45 menit). Setelah penahanan pada temperatur austenitisasi baja kemudian didinginkan dalam sebuah media pendingin, atau yang lebih dikenal dengan quenching. Struktur mikro yang terbentuk setelah proses hardening biasanya terdiri atas karbida, austenit sisa, dan untempered martensite.
6. Tempering
Tempering dibagi menjadi empat tahap berdasarkan temperatur pemanasannya dan apa saja yang terjadi saat itu. Tahap pertama, pemanasan pada temperatur 80-160 ⁰C. Pada tahap ini terjadi presipitasi fasa karbida dengan karbon tinggi yang disebut karbida E (Fe₂,₇C). Konsekuensinya, karbon pada temperatur 230-300 ⁰C. Pada tahap ini terjadi pendekomposisian austenit sisa menjadi bainit, ferit, dan sementit. Namun kadang temperatur tempering tahap dua dapat lebih tinggi karena austenit sisa yang relatif stabil akibat adanya unsur paduan penstabilan austenit. Tahap ketiga, pemanasan pada temperatur 160-400 ⁰C. Pada tahap ini, terjadi pembentukan dan pertumbuhan sementit (Fe₃C). Karbida E (kabrida transisi) dan martensit berubah menjadi sementit dan ferit. Tahap terakhir, tahap keempat, pemanasan pada temperatur 400-700 ⁰C. Pada tahap ini terjadi pertumbuhan, pengkasaran dan spherodisasi sementit.
No comments:
Post a Comment