Pemesinan: Mengenal Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Proses Perlakuan Panas Pada Baja

Proses perlakuan panas adalah suatu proses 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 untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari logam.

Adanya sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis logam. Alotropik itu sendiri adalah merupakan transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain. Pada temperatur dibawah 910 0C sel satuannya Body  Center Cubic  (BCC), temperatur antara 910 dan 1392 oC sel satuannya Face  Center Cubic  (FCC) sedangkan temperatur diatas 1392 sel satuannya kembali menjadi BCC.

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka (normalizing).

Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama kekerasan dengan cara selup cepat (quenching) material yang sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam, maupun oli.

Austenisasi Pada Perlakuan Panas

Tujuan proses austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur austenit yang homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan bertambah dengan naiknya suhu austenisasi, ini mempengaruhi karakteristik isothermal. Bila kandungan karbon meningkat maka temperatur Ms menjadi rendah, selain itu kandungan karbon akan meningkat pula jumlah grafit akan membentuk senyawa karbida yang semakin banyak. Proses perlakuan panas selalu diawali dengan transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain. Struktur mikro yang dihasilkan lewat transformasi tergantung pada parameter proses perlakuan panas yang diterapkan dan jenis proses proses perlakuan panas. Struktur mikro yang berubah melalui transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain, dimaksudkan untuk memperoleh sifat mekanik dan fisik yang diperlukan untuk suatu aplikasi proses pengerjaan logam. Proses selanjutnya setelah fasa tunggal austenit terbentuk adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi, dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada kecepatan difusi.

Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat mekanik yang keras dan getas. Perubahan struktur mikro selama proses pendinginan dapat merupakan paduan dari mekanisme difusi dan mekanisme geser.  Variasi dari pembentukan struktur mikro yang merupakan fungsi dari kecepatan pendinginan pada baja dari temperatur eutektoid,

1. Hardening

Hardening adalah perlakuan panas terhadap logam dengan sasaran meningkatkan kekerasan alami logam. Perlakuan panas menuntut pemanasan benda kerja menuju suhu pengerasan, jangka waktu penghentian yang memadai pada suhu pengerasan dan pendinginan (pengejutan) berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis. Akibat pengejutan dingin dari daerah suhu pengerasan ini, dicapailah suatu keadaan paksaan bagi struktur baja yang merangsang kekerasan, oleh karena itu maka proses pengerasan ini disebut pengerasan kejut.

Karena logam menjadi keras melalui peralihan wujud struktur, maka perlakuan panas ini disebut juga pengerasan alih wujud.

Kekerasan yang dicapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit) ini diringi kerapuhan yang besar dan tegangan pengejutan, karena itu pada umumnya dilakukan  pemanasan kembali menuju suhu tertentu dengan pendinginan lambat.

Kekerasan tertinggi (66-68 HRC) yang dapat dicapai dengan pengerasan kejut suatu baja, pertama bergantung pada kandungan zat arang, kedua tebal benda kerja mempunya pengaruh terhadap kekerasan karena dampak kejutan membutuhkan beberpa waktu untuk menenmbus kesebelah dalam, dengan demikian maka kekersan menurun kearah inti.

2. Tempering

Dimana logam yang tidak dikeraskan, dipanaskan sampai temperature dibawah titik kritis kemudian ditahan dalam waktu yang secukupnya pada temperature ini kemudian didinginkan perlahan-lahan, tujuannya adalah untuk mengurangi internal strees dan menstabilkan struktur dari logam

3. Anealing

Anealing adalah perlakuan panas logam dengan  pendinginan yang lambat.  a) untuk memindahkan tekanan internal atau untuk mengurangi  b) untuk menyuling struktur  kristal (melibatkan pemanasan di atas temperatur kritis bagian atas). logam dipanaskansekitar 25^oC di atas temperatur kritis bagian atas, ditahan dalam beberapa  waktu, kemudian didinginkan pelan-pelan di tungku perapian. Proses ini digunakan untuk memindahkan tekanan internal penuh sebagai hasil proses pendinginan. Berikutnya pendinginan logam diatur kembali di dalam sama benar untuk menurunkan energi bentuk wujud, tegangan yang baru dibebaskan  dibentuk dan pertumbuhan butir dukung. Tujuannya untuk menghilangkan internal stress pada logam dan untuk menghaluskan grain (batas butir) dari atom logam, serta mengurangi kekerasan, sehingga menjadi lebih ulet

Annealing terdiri dari 3 proses yaitu :

1.      Fase recovery

2.      Fase rekristalisasi

3.      Fase grain growth ( tumbuhnya butir)

Fase recovery adalah hasil dari pelunakan logam melalui pelepasan cacat kristal (tipe utama dimana cacat linear disebut dislokasi) dan tegangan dalam.

Fase rekristalisasi adalah fase dimana butir nucleate baru dan tumbuh untuk menggantikan cacat- cacat oleh tegangan dalam.

Fase grain growth ( tumbuhnya butir) adalah fase dimana mikrostruktur mulai menjadi kasar dan menyebabkan logam tidak terlalu memuaskan untuk proses pemesinan.

4. Normalizing

Normalizing adalah perlakuan panas logam di sekitar 40^oC di atas batas kritis . logam kemudian di tahan pada temperatur ini untuk masa waktu yang cukup, kemudian didinginkan dengan udara. Hal ini bisa menghasilkan  temperatur  logam terjaga untuk sementara waktu sekitar 2 menit per mm dari ketebalan, tidak melebihi temperatur kritis  lebih dari 50^oC. Struktur yang  diperoleh dalam proses ini adalah perlit ( eutectoid) atau perlit brown  ferrite ( hypoeutectoid) atau perlit brown cementite ( hypereutectoid). Karena baja didinginkan di dalam air, hasil proses baik dalam formasi perlit dengan ditingkatkan sifat mekanis dibandingkan proses anealing Normalizingdigunakan untuk  menyuling struktur butir dan menciptakan suatu austenite yang lebih homogen ketika baja  dipanaskan kembali,