PENGERASAN PERMUKAAN PADA BAJA ~
C. Case Hardening
5. Induction Hardening
Pada dasarnya flame hardening sama dengan induction hardening, hanya saja pada induction hardening pemanasan dilakukan dengan menggunakan arus listrik ac frekuensi tinggi. Coil yang dialiri arus listrik frekuensi tinggi diletakkan dekat permukaan baja yang akan dikeraskan, sehingga pada permukaan baja tadi akan timbul arus induksi berfrekuensi tinggi, yang menyebabkan permukaan baja menjadi panas, dan setelah temperatur austenite tercapai sampai kedalaman yang diinginkan, lalu didinginkan cepat.
Untuk induction hardening juga diperlukan baja dengan kadar karbon yang cukup. Frekuensi arus listrik yang digunakan biasanya antara 10.000 – 500.000 Hz.
D. Tempering
Pada baja yang dikeraskan diperoleh martensit yang bersifat keras tetapi rapuh dan juga sangat tegang sehingga baja tersebut biasanya terlalu rapuh untuk dapat dipergunakan. Karena itu biasanya sesudah hardening selalu diikuti dengan tempering,
dipanaskan kembali sampai suatu temperatur dibawah temperatur kritis bawah. Tujuannya adalah untuk mengurangi/menghilangkan tegangan dalam, menaikkan kembali keuletan (ductility) dan ketangguhan (toughness) dari baja.
Naiknya keuletan ini diikuti dengan berkurangnya kekerasan dan kekuatan. Secara umum makin tinggi temperatur tempering makin tinggi ketangguhannya tetapi juga makin rendah kekerasannya. Pernyataan diatas memang benar bila ketangguhan diukur dengan data yang diperoleh dari test tarik. Tetapi bila ketangguhan diukur dengan data yang diperoleh dari test tarik.
Tetapi bila terangguha diukur dengan impact test keadaan tersebut tidak seluruhnya benar. Pada pemanasan sampai temperatur tempering 400°F (205°C) hingga 800°F (425°C) akan terjadi penurunan ketangguhan, seperti terlihat pada gambar 28. Yang menggambarkan pengaruh temperatur tempering terhadap kekerasan dan ketangguhan dari baja karbon atau baja paduan rendah.
Daerah tempering 205°C - 425°C dapat dikatakan sebagai garis pemisah antara pemakaian yang memerlukan kekerasan tinggi dengan ketangguhan tinggi. Bila diperlukan kekerasan tinggi maka tempering dilakukan pada temperatur dibawah 205 derajat C. Bila diperlukan ketangguhan tinggi tempering dilakukan pada temperature diatas 425°C. Bila pada benda kerja tidak terdapat
“stress relief” tempering pada temperatur antara 205°C - 425°C tidaklah akan berakibat buruk. Tegangan dalam akan banyak berkurang bila temperature tempering mencapai 205 derajat C dan hampir habis sama sekali pada 900°F (480°C).
Pada beberapa paduan terlihat gejala yang dikenal sebagai tenper brittleness (pengerasan temper) yeitu menurutnya ketangguhan bila dilakukan tempering pada temperature 1000° F sampai 1250°F (540° - 675°C)dan didinginkan lambat. Untuk menghindari temper brittleness ini dilakukan pendinginan cepat (water quenching). Baja paduan dengan kadar mangan, phosphor dan chrom yang tinggi cenderung mengalami hal ini.
Martensit adalah suatu larutan lewat jenuh dari karbon yang telah terperangkap dalam struktur bodi centerid cubik (BCC). Ia merupakan struktur yang metastabil. Dengan pemanasan, seperti pada tempering, aton carbon akan mulai terpisah (precipitated) sebagai karbida dan
besinya akanmulai menjadi BCC. Akan terjadi difusi dan pengumpulan karbida dengan makin tingginya temperature tempering.
Jika baja karbon dipanaskan sampai 40° - 205°C martensit yang ada mulai kehilangan bentuk tetragonalnya dengan terbentuknya karbida transisi (karbida epsilon) dan martensit karbon rendah, dikenal sebagi black martensite. Pemanasan pada 230° 400° C akan mengubah kardiba epsilon menjadi kardiba orthorombik (Fe3C) dan martensit karbon rendah menjadi ferrit (BCC) dan retained austenite menjadi bainit bawah. Struktur pada mikroskop terlihat berwarna hitam, dulu dikenal dengan nama troostite. Dalam keadaan ini kekuatan dan kekerasannya menurun (tapi masih tinggi) sedang keuletan dan ketangguhan mulai naik.
Tempering pada 400° - 650°C pertumbuhan partikel cementite berlanjut, ferrit tampak makin banyak. Pada mikroskop struktur tampak lebih putih, dulu dikenal dengan nama sorbite. Dalam keadaan ini terjadi peningkatan ketangguhan cukup tinggi.
Pemanasan sampai 650° - 725°C menghasilkan partikel cementite globular, seperti pada spheroidising. Struktur ini lunak tapi ketangguhannya tinggi. Dahulu proses tempering dibagi menjadi beberapa tingkat menurut tingginya temperatur tempering, struktur yang terjadi jika diberi nama tertentu seperti troostite dan sorbite.
Padahal ternyata perubahan mikrostruktur karena perbedaan tenperatur tempering sangat gradual sehingga pembagian seperti diatas dianggap tidak realistic. Karenanya akan lebih realistik bila semua poduk tempering dinamakan tempered martensite (martensit temper). Skema produk tranformasi dari austenit dan martensit dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Perlu diingat bahwa tempering melibatkan energi dan difusi, karena temperatur dan waktu merupakan faktor yang sangat menentukan. Hsil yang diperoleh dengan menggunakan waktu yang pendek dan temperatur tinggi akan sama dengan yang diperoleh dengan menggunakan waktu yang panjang pada temperatur lebih rendah.
E. Austempering
Ini adalah proses laku panas yang dikembangkan langsung dari I-T diagram untuk memperoleh 100% bainit. Setelah pemanasan
sampai temperatur austenit (seperti pada annealing), lalu didinginkan cepat dalam garam cair (temperatur 205 derajat - 425 derajat C) dan dibiarkan disana sampai trasformasi menjadi bainit selesai. Produk akhirnya adalah 100% bainit, sama sekali tidak terjadi martensit. Hasu austempering mempunyai keuletan dan ketangguhan tinggi, walau kekerasannya juga tinggi (Rc 45 - 55).
Pada austempering bahaya terjadinya diastorsi atau retak hamper tidak ada, tidak seperti pada harderig. Sesudah austempering tidak ada lagi diperlukan pemanasan. Produk akhir adalah bainit sedang quench dan temper diperoleh tempered martensite. Gambar dibawah membandingkan austempering dengan proses hardening (quench and temper).
Suatu kesulitan dalam melakukan austempering adalah pengaruh dari ukuran/ berat benda kerja. Hanya benda kerja yang dapat didinginkan cukup cepat pada daerah 480 - 650 derajat C yang dapat menghindari terjadinya perlit, yang cocok untuk austempering. Biasanya tebal benda kerja tidak lebih dari 0,50”.
Gambar 4.7. Diagram Transformasi Austempering
Suatu cara lain untuk menghindari kemungkinan terjadinya distorsi atau retak adalah martempering. Caranya hampir seperti austempering, setelah pemanasan sampai temperature austenit lalu didinginkan cepat dengan garam cair pada temperature sedikit diatas Ms dan dibiarkan beberapa lama (agar temperature pada bagian dalam sama dengan pada bagian luar), tepat sebelum mulai terjadi bainit benda kerja dikeluarkan dan didinginkan dengan udara. Dengan demikian akan terjadi martensit seperti halnya pada hardening, hanya saja disini tegangan dalam akan rendah sehingga kemungkinan terjadinya distorsi sangat kecil.
Setelah transformasi menjadi martensit selesai perlu dilakukan tempering untuk memperoleh kembali sebagian keuletan dan ketangguhannya. Produk akhir dari martempering adalah tempered martensite.
F. Annealing
Tujuan melakukan annealing dapat merupakan salah satu atau beberapa dari sejumlah tujuan dibawah ini:
1. Melunakkan.
2. Menghaluskan butir kristal.
3. Menghilangkan tegangan dalam.
4. Memperbaiki machinability, dan lain-lain.
Langkah-langkah yang dilakukan adalah:
1. Memanaskan baja sampai suatu temperatur tertentu.
2. Mempertahankan pada temperatur tadi selama waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diperlukan.
3. mendinginkan dengan lambat.