Quenching dengan media oli
Oli sebagai media pendingin lebih lunak jika dibandingkan dengan air. Digunakan pada material yang kritis, Antara lain material yang mempunyai bagian tipis atau ujung yang tajam. Karena oli lebih lunak, maka kemungkinan adanya tegangan dalam, distorsi, dan retakan kecil. Oleh karena itu medium oli tidak menghasilkan baja sekeras yang dihasilkan pada medium air. Quenching dengan media air akan efektif jika dipanaskan pada suhu 30-60 derajat Celcius.
Quenching dengan media udara
Quenching dengan media udara lebih lambat jika dibandingkan dengan media oli maupun air. Material yang panas ditempatkan pada screen. Kemudian udara didinginkan dengan kecepatan tinggi dialirkan dari bawah melalui screen dan material panas. Udara mendinginkan material panas lebih lambat dari dari pada medium air dan oli. Pendinginan yang lambat kemungkinan adanya tegangan dalam dan distorsi. Pendinginan udara pada umumnya digunakan pada baja yang mempunyai kandungan paduan yang tinggi.
Quenching dengan media air garam
Air garam adalah media yang sering digunakan pada proses quenching terutama untuk alat-alat yang terbuat dari baja. Beberapa keuntungan menggunakan air garam sebagai media adalah. Suhunya merata pada air garam, proses pendinginan merata pada semua bagian logam, tidak ada bahaya oksidasi, karburisasi, atau dekarburisasi selama proses pendinginan
3.2 Memperbaiki Sifat Keuletan Material (Softening)
Softening adalah proses heat treatment untuk menghasilkan/memperbaiki tingkat keuletan material.
3.2.1 Annealing
Annealing ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk.
31
Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll.
Proses anneling atau melunakkan baja adalah proses pemanasan baja di atas temperature kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan beberapa 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. Full annealing (annealing)
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).
Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1
(butir-32
butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3).
Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus. Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid, annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.
Diagram 3.3 Kurva hypoeutectoid dan hypereutectoid
Stress relief Annealing
Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon
33
dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.
Material logam itu terdiri dari struktur mikro berupa kristal-kristal kecil yang disebut "butir" atau kristalit. Sifat butir (yaitu ukuran butir dan komposisi) adalah salah satu faktor paling penting yang dapat menentukan sifat mekanis logam secara keseluruhan. perlakuan panas menyediakan cara yang efisien untuk memanipulasi sifat dari logam dengan mengendalikan laju difusi, dan tingkat pendinginan dalam struktur mikro tersebut.
Proses perlakuan panas yang Kompleks sering dijadwalkan oleh Ahli logam (metallurgists) untuk mengoptimalkan sifat mekanis dari Logam paduan. Dalam Industri antariksa (aerospace), logam paduan super (superalloy) mungkin mengalami lebih dari lima macam panas temperatur yang berbeda untuk mengembangkan sifat yang diinginkan. Hal ini dapat mengakibatkan masalah kualitas tergantung pada akurasi kontrol suhu tungku dan penanda waktu (timer). Process Annealing
Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja.
3.2.2 Pengerjaan Normalisasi (Normalizing)
Normalizing merupakan proses pemanasan 100oF diatas temperatur kritis atas sekitar temperatur 1000oF-1250oF. Tujuan proses ini adalah untuk menghasilkan baja yang lebih kuat dan keras diibandingkan dengan baja hasil
34
proses full anneling,jadi aplikasi penerapan dari proses normalizing digunakan sebagai final treatment.
Diagram 3.4 Pemanjangan terhadap jumlah karbon
Pengerjaan ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga menjadi fasa austenit penuh dan didinginkan di udara (pendinginan tungku) hingga mencapai suhu kamar. Fasa yang dihasilkan berstruktur ferrite dan pearlite tergantung komposisi unsure karbon.
Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang halus, sehinga
baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yiel strength, UTS, kekerasan, dan impact strength akan lebih tinggi dari pada hasil full annealling.
Normalizing dapat juga dilakukan pada benda hasil tempa untuk menghilangkan
tegangan dalam dan menghaluskan butiran kristalnya. Sehingga sifat mekanisnya menjadi lebih baik. Normalizing dapat juga menghomogenkan struktur mikro sehingga dapat memberi hasil yang bagus dalam proses hardening, sehingga ummnya sebelum dihardening baja harus di normalizing terlebih dahulu.
Pada normalizing pemanasan sebaiknya tidak terlalu tinggi karena butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar, sehingga pada pendinginan cepat ferit proeutektoid akan membentuk struktur Widmanstaten yang berupa pelat-pelat
35
ferrit yang sejajar, yang tumbuh didalam butir kristal austenit kasar yang akan menurunkan keuletan/ketangguhan suatu baja. Pada pendinginan yang agak cepat inti ferrit proeutektoid tidak tumbuh secara normal menjadi butir-butir kristal, tetapi akan tumbuh dengan cepat membentuk ferrit berupa pelat kearah bidang kristalografik tertentu didalam butir austenit.
Normalizing menyebabkan letak titik eutektoid juga akan berubah menjadi lebih kekiri untuk baja hypereutektoid, jadi titik eutektoid tidak lagi 0,8% C. Pendinginan yang lebih cepat akan menyebabkan lamel sementit pada perlit menjadi lebih tipis juga sementit network pada baja hipereutektoid menjadi lebih tipis atau terputus-putus. Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang halus, sehingga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yiel
srength, UTS, kekerasan, dan impak strength akan lebih tinggi dari pada hasil full annealing.
3.2.3 Temper
Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan. Melaui temper, kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turrun pula sedangkan ketangguhan dan keuletan baja akan meningkat. Proses temper terdiri dari pemanasan kembali dari baja yang telah dikeraskan pada suhu dibawah suhu kritis, disusul dengan pendinginan. Meskipun proses ini menghasilakn baja yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil karena di sini sefat-sidat fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Struktur akhir anil temper baja yang dikersakan dissebut martensit temper.
Temper dimungkinkan oleh karena struktur martensit tidak stabil. Temper pada suhu rendah antara 150-230oC tidak akan menghasilkan penurunan kekerasan yang berarti, karena pemanasan akan menghilangkan tegangan dalam terlebih dahulu. Bila menjadi martensit terurai lebih cepat dan sekitar 305oC perubahan fasa menjadi martensit temper berlangsung dengan cepat.
36
Proses temper terdiri dari prespitasi dan penggumpalan atau pertumbuhan sementit. Pengendapan sementit terjadi pada 315oC diiringi dengan penurunan kekerasan. Peningkatan suhu akan mempercepat penggumpalan karbida, sementara kekerasan turun terus.
Unsur paduan mempunyai pengaruh yang berarti atas temper, pengaruhnya menghambat laju pelunakan sehingga baja paduan akan memerlukan suhu temper yang lebih tinggi untuk mencapai kekerasan tertentu. Pada proses temper perlu diperhatikan suhu maupun waktu. Meskipun pelunakan terjadi pada saat-saat pertama setelah suhu temper dicapai, selama pemanasan (yang cukup lama) terjadi penurunan kekerasan. Biasanya baja dipanskan sampai suhu tertentu kemudian dibiarkan cukup lama sampai duhu merata.
Ada dua proses khusus di mana diterapkan pencelupan tertunda. Baja yang dikeraskan dicelup dalam dapur garam pada suhu yang lebih rendah sebelum didinginkan lebih lanjut. Proses yang dikenal dengan nama austemper dan martemper memungkinkan diperolehnya sifat fisik khusus.
Austemper
Proses pencelupan tertunda seperti tampak pada diagram 3.5 disebut austemper. Austenit mengalami transformasi isotermal dan berubah menjadi bainit (bainete) yang keras. Benda atau bagian harus dicelup dengan cepat sampai mencapai suhu yang tepat, tanpa memotong ujung kurva diagram transformasi. Baja dibiarkan diatas garis Ms akan tetapi dibawah 430oC.
37
Bila dibiarkan cukup lama, akan diperoleh struktur bainit. Di bawah mikroskop struktur bainit mirip dengan martensit, akan tetapii bainit lebih ulet dibandingkan dengan martensit temper. Proses ini diterapkan unutk benda yang kecil dengan kemampuan pengerasan yang baik.
Martensit
Baja didinginkan dengan cepat dari daerah austenit sampai suhu diatas garis Ms. Baja dibiarkan cukup lama sehingga suhu merata, artinya bagian luar dan dalam telah mencapai suhu yang sama. Setelah itu baja biasanya didinginkan di udara sampai mencapai suhu ruang dan terbentuklah martensit. Baja dipanskan kembali, suhu tergantung pada kadar karbon dan pada unsur paduan, untuk baja karbon dengan dengan C = 0,40%, suhu adalah 370oC. Tujuan utama martemper adalah untuk menekan distorsi, terjadinya retak atau timbulnya tegangan dalam akibat pencelupan dalam minyak atau air. Struktur yang terjadi sama dengan martensit temper, dan biasanya disusul temper lagi.
38
3.3 Speroidisasi (Spherodizing)
Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses spherodizing ini akan memperbaiki mechinibility pada baja paduan kadar karbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut: bahwa baja hyper eutectoid yang dianneal itu mempunyai strutur yang terdiri dari pearlite yang terbungkus oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini menyebabkan baja hypereutectoid ini mempunyai machinibility rendah, untuk memperbaikinya maka cement network tersebut harus dihancurkan dengan proses spherodizing. Spherodizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai sekitar temprature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temprature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temprature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spherodite yang tersebar dalam matriks ferrite.
Spherodizing merupakan proses pemanasan baja sedikit dibawah
temperatur kritis bawahnya sehingga menghasilkan karbida berbentuk bola-bola kecil (sphere) dalam matrik ferit. Tujuan proses ini adalah untuk memperbaiki sifat mampu mesin (machinability) dari baja.
Perlakuan pemanasan untuk menghasilkan karbida yang berbentuk bulat (globular) di dalam logam baja. Adapun alasan bidang ini disesuaikan dengan kebutuhan pada bidang industri yang semakin modern, dalam hal ini adalah pengembangan sifat – sifat dari logam. Yang mana mempunyai kekerasan yang baik tapi juga ulet. Dimana aplikasinya digunakan pada alat – alat potong, alat – alat pahat, roda gigi atau kontruksi mesin yang sering mengalami kontak antara bahan satu dengan bahan lainnya.