Pengerasan baja mengalami perubahan dalam struktur BCC pada temperatur ruang ke FCC dalam Austenitic region. Baja dipanaskan Autenitic region kemudian di-Quenching tiba-tiba sehingga Martensite terbentuk dengan struktur sangat kuat dan brittle. Quenching lambat menimbulkan Austenite and Pearlite terbentuk yang sebagian keras dan sebagian lunak. Cooling rate lambat membentuk Pearlite yang lunak (soft).
Gambar 4.1. Mikro struktur
Mampu keras(Hardenability) adalah kemampuan bahan untuk dikeraskan. Baja bertransformasi cepat dari austenit membentuk ferit dan karbida dengan kemampu kerasan rendah martensit tidak terbentuk.
Quenching.
Quenching merupakan salah satu teknik pengerasan yang diawali dengan proses pemanasan sampai temperatur austenit (austenisasi) diikuti pendinginan secara cepat, sehingga fasa austenit langsung bertransformasi secara parsial membentuk struktur martensit. Austenisasi dimulai pada temperatur minimum ± 50°C di atas Ac3, yang merupakan temperatur aktual transformasi fasa ferit, perlit, dan sementit menjadi austenit. Temperatur pemanasan hingga fasa austenit untuk proses quenching disebut juga sebagai temperatur pengerasan (haardening temperatur). Setelah mencapai temperatur pengerasan, dilakukan penahanan selama beberapa menit untuk menghomogenisasikan energi panas yang diserap selama pemanasan, kemudian didinginkan secara cepat dalam media pendingin yang dapat berupa air, oli, dan udara bertekanan.
S y a f r i z a l H a l . 4 1 Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi.
Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh, melalui transformasi austenit ke martensit. Proses quenching akan optimal jika selama proses transformasi, struktur austenit dapat dikonversi secara keseluruhan membentuk struktur martensit. Hal-hal penting untuk menjamin keberhasilan quenching dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, adalah : temperatur pengerasan, waktu tahan, laju pemanasan, metode pendinginan, media pendingin dan hardenability.
Proses perlakuan panas yang diberikan kepada dua jenis baja perkakas yang berbeda Full Hardening
Untuk memenuhi tuntutan fungsi seperti harus keras, tahan gesekan atau beban kerja yang berat, maka baja harus dikeraskan melalui proses pengerasan. Prinsip dari full hardening adalah memanaskan baja sampai titik temperatur austenit kemudian didinginkan secara memdadak / quenching dengan kecepatan pindinginan diatas kecepatan pendinginan kritis agar terjadi pembentukan martensit dan diperoleh kekerasan yang tinggi. Besarnya Temperatur pemanasan austenit tergantung dari jenis baja, dan biasanya tiap-tiap produsen sudah mengeluarkan diagram suhunya masing-masing. Untuk mencapai suhu austenit ± 900 ºC harus dilakukan pemanasan bertahap, misalnya untuk Special K (Bohler) Suhu hardening 950-980 ºC untuk mencapai kekerasan 63-65 RC media quenching oli atau udara Untuk mencapai suhu 950 ºC harus dipanaskan bertahap yaitu
Suhu 450 ditahan selama 10 menit / 10 mm tebal material
Lalu dipanaskan lagi ke 750 ºC selama 10 menit / 10 mm tebal material
Lalu dipanaskan kembali sampai suhu 950-980 ºC
Di tahan sebentar lalu di keluarkan dan di celupkan kedalam oli quenching sambil digoyang goyang supaya gelembung asap cepat terlepas dari permukaan baja sehingga pendinginannya dapat merata
Jika bentuk dari material yang dikeraskan berpenampang komplex atau benda tersebut berpenampang tipis, temperatur pengerasan harus memakai atas bawah, sedangkan jika material besar dan tebal atau berbentuk sederhana memakai temperatur pengerasan batas atas.
S y a f r i z a l H a l . 4 2 Media quenching:
a. Air
Biasanya air ini diberi garam dapur sebanyak 10% atau bahan kimia lainnya seperti osmanil untuk mencegah terjadinya gelembung asap yang berlebihan yang dapat mengakibatkan terjadinya flek hitam pada permukaan material yang dikeraskan. Air sebagai media quenching harus bersuhu 10 -40 ºC.
b. Oli
c. Larutan garam d. Udara.
e. Di dalam dapur listrik
Gambar 4.2. Diagram transformasi fasa TTT Di bawah ini ada beberapa penyebab kegagalan proses Hardening :
a. Suhu pengerasan terlalu rendah sehingga suhu belum mencapai pada temperature austenit sehingga kekerasan tidak tercapai seperti yang diharapkan.
b. Pemanasan terlalu cepat sehingga temperatur inti dari benda kerja belum sama dengan temperatur kulit luar pada baja.
S y a f r i z a l H a l . 4 3 c. Tidak adanya proses pemanasan bertahap dan tidak adanya waktu penahanan
pada proses pemanasan sehingga pada waktu di quenching benda kerja akan mengalami retak.
d. Timbulnya nyala api yang mengakibatkan terlepasnya karbon pada permukaan benda kerja, sehingga permukaan benda kerja kurang keras.
Pengerasan Bainit
Prinsip dari pengerasan ini adalah dengan cara memanaskan baja sampai temperature austenit kemudian di quenching dalam bak air garam yang panasnya diatas temperature martensit atau tepatnya pada temperature bainit yaitu ± 200-400 ºC dan ditahan dengan waktu yang cukup lama sehingga austenit berubah menjadi bainit keseluruhannya.
Setelah proses pengerasan bainit benda kerja tidak perlu di tempering lagi.
Struktur yang dihasilkan lebih ulet dibandingkan dengan pengerasan martempering, dan biasanya dipakai untuk elemen mesin yang mementingkan keuletan dan berdinding tipis.
Gambar 4.3. Diagram transformasi fasa pembentukkan baint 8. Carburising ( Pengerasan Permukaan dengan karbon )
Pengerasan permukaan biasanya dibutuhkan untuk as/poros yang mengalami beban kerja berat, karena biasanya membutuhkan kekerasan di permukaan tetapi didalamnya/inti bajanya masih tetap ulet. Perlakuan panas kimiawi merupakan proses yang digunakan untuk memperoleh sifat yang berbeda pada permukaan dan bagian tengah komponen (Rajan, dkk., 1997). Kondisi demikian kadang diperlukan pada
S y a f r i z a l H a l . 4 4 komponen yang harus keras permukaannya dan tahan aus, tetapi bagian tengahnya lebih liat dan tangguh. Kombinasi sifat ini menjamin komponen memiliki ketahanan aus yang cukup untuk memberi umur pakai lebih lama di samping cukup tangguh terhadap kejutan. Metode pertama dikenal sebagai perlakuan termokimia karena komposisi kimia permukaan baja diubah dengan difusi karbon dan/atau nitrogen (seperti karburising dan nitriding) dan terkadang dengan elemen lainnya. Metode kedua melibatkan transformasi fasa pemanasan dan pendinginan cepat permukaan luar.
(a) Cara intertisi (b) Cara subtitusi
Gambar 4.4. pemodelan proses difusi (a) secara intertisi, (b) secara subtitusi [budinski-1999]
Karburising merupakan proses penambahan unsur karbon pada baja karbon rendah secara difusi sehingga karbon dari media karburising akan masuk ke permukaan baja dan meningkatkan kadar karbon pada permukaan baja karbon rendah tersebut. Pada baja dengan kadar karbon tinggi (> 1% C), jumlah kandungan karbon pada permukaan baja sudah cukup tinggi sehingga karbon akan sulit terdifusi ke permukaan substrat.
Difusi karbon umumnya dilakukan pada suhu 842–953 0C (Budinski dan Budinski, 1999: 304). Terdapat tiga metode karburising, yaitu gas, liquid dan pack
karburising.
Pada sistem pack karburising, baja (benda kerja) dimasukkan di sekitar serbuk arang kayu yang saat pemanasan mengeluarkan gas CO2 dan CO. Pada permukaan baja karbon rendah, gas CO terurai membentuk atom karbon yang kemudian terdifusi
S y a f r i z a l H a l . 4 5 masuk ke dalam baja, dengan demikian kadar karbon pada permukaan baja akan meningkat sehingga meningkatkan kekerasan permukaan.
Gambar 4.5. Proses pack karburizing [budinski-1999]
Kedalaman difusi dan kekerasan yang dihasilkan pada proses karburising tidak ada batasan secara teknik, tapi dari pengamatan praktis umumnya kedalaman karburising sekitar 0,05 in (1,27 mm). Waktu yang dibutuhkan untuk karburising juga sangat tergantung pada media, suhu difusi dan jenis paduan logam.
Gambar 4.6. pengaruh temperatur karburizing pada kedalaman difusi atom carbon [Budinski-1999]
S y a f r i z a l H a l . 4 6 a. Cyaniding ( pengkarbonan dengan media cair )
Pada proses ini pembawa carbon berasal dari cairan garam yaitu Natrium cyanid (Na CN) yang dimasukkan kedalam bak panas. Karena pemindahan panas dari cairan ke benda kerja sangat tinggi maka pemanasan berlangsung sangat cepat.
Pengkarbonan dalam bak garam ini menghasilkan kedalaman sampai 0.5 mm.
Rumusan suhu : Pengkarbonan pada temperatur 850 ºC menghasilkan ketebalan carbon 0.1 mm untuk pencelupan selama 20 menit.
S y a f r i z a l H a l . 4 7 BAB 5