2.7. Batas Butir
3.7.2. Pengertian Karburasi
Karburasi adalah cara pengerasan besi/baja berkadar karbon rendah agar menjadi keras pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi pada lapisan luarnya. Biasanya suhu pada proses karburasi adalah 17000F. setelah proses pendinginan maka pada permukaan baja dapat dilihat dengan mikroskop bahwa terdapat bagian – bagian hypereutectoid, zona yang terdiri dari perlit dan jaringan sementit yang putih, diikuti zona euktektoid, hanya terdiri dari perlit dan terakhir adalah zona hypeutektoid, yang terdiri dari perlit dan ferrit, dimana jumlah ferrit meninggkat hingga pusat dicapai.
Karburasi ada tiga jenis yaitu :
a. Karburasi Padat ( pack carburizing )
Bahan dipadatkan pada medium yang kaya akan karbon, seperti bubuk karbon dan dipanaskan pada tungku pemanas pada suhu 8000C – 9000C. pada temperatur ini CO diproduksi sebagai bahan reduksi yang kuat. Reaksi reduksi terjadi pada permukaan besi yang mengeluarkan karbon, yang kemudian berdifusi kepermukaan akibat temperatur yang tinggi. Ketika cukup karbon di absorsi ke dalam bahan, bahan tersebut dapat dipindahkan dari tungku/furnace. Reaksi dari karburasi padat adalah sebagai berikut :
a. Pembusukan energizer untuk memberi gas CO ke permukaan besi.
Co2 + C 2CO
b. Karbon monoksida bereaksi bengan permukaan dari besi.
c. 2CO + Fe Fe(c) + CO2
d. Difusi karbon kedalam besi.
e. CO2 yang terbentuk pada langkah ( b ) bereaksi dengan “C” didalam arang.
CO2 + C 2CO
Gambar 2.19. proses pack carburizing 14
Kelebihannya hanya memerlukan biaya yang kecil dan sangat mudah dari ada teknik surface hardening yang lain
Kekurangan memakan waktu yang cukup lama dan merupakan hardening yang kotor.
b. Karburasi Gas ( gac carburizing )
Antara lain dapat digunakan gas alam atau hidro karbon atau propon ( gas Karbit ). Prosesnya yaitu benda yang akan dipanaskan dimasukkan dalam oven atau furnace dengan temperature bervariasi antara 8700C sampai 9500C. Atmosfir gas untuk karburasi diproduksi dari cairan ( metanol, isopropanol ), atau gas hidrokarbon ( peropana dan metana ). Generator gas endhotermik dipakan untuk menyuplai gas endhotermik.
Komposisi gas dalam proses karburasi gas adalah :
Nitrogen 40% Hydrogen 40% karbon monoksida 20% Karbon dioksida 0,3% Metana 0,5% Uap air 0,8% Oksigen in treaces
Oven dialiri dengan gas karbon. Atom – atom karbon akan tertarik menembus kedalam logam. Sehingga permukaan logam menjadi kaya karbon. Cara ini diterapakn dalam karburasi dalam bagian – bagian yang kecil yang dapat dicelupakn langsung setelah pemanasan dalam dapur. Selama pross karburasi gas, terjadi reaksi – reaksi sebagai berikut :
b. CH4 + Fe Fe ( C ) + 2H2
c. CH4 + CO2 2CO + 2H2
d. 2CO + Fe Fe ( C ) + CO2
Kelebihan dari gas karburizing yaitu lebih cepat dibandingkan dengan pack carburizing. Proses ini hanya membutuhkan sedikit tenaga kerja dan penanganan. Juga lebih praktis dari pada pack karburizing untuk jumlah yang banyak.
Kekurangan, alat dan bahan yang digunakan dalam proses ini lebih mahal.
c. Karburasi Cair ( liquid carburizing )
Karburasi jenis ini menggunakan lelehan sainida ( CN ) pada logam bekarbon rendah yang dipanaskan dengan menggunakan belerang pemanas yang dipanaskan dengan minyak atau gas. Suhunya kira – kira 8150C – 9000C. Proses ini dilakukan dengan kontinyu dan otomatis karena memberikan hasil akhir yang baik. Permukaan lelehan ditutup dengan grafit atau batu bara untuk mengurangi hilangnya radiasi dan dekomposisi sianida yang berlebiahan. Selain sodium dan potassium sianida, lelehan yang digunakan yuga mengandung sodium dan pottasium klorida san barium klorida yang berperas sebagai aktifator. Reaksi yang terjadi didalam dapur garam sianida adalah sebagai berikut :
BaCl2 Ba (CN)2 + 2NaCl
Ba (CN)2 + Fe Fe(c) + BaCN2
Proses ini mirip dengan proses sianida, hanya disini kulit luar mempunyai kadar karbon yang tinggi dan kadar nitrogen yang rendah. Karburasi cair dapat digunakan untuk membentuk lapisan setebal 6,35mm, meskipun umumnya tidak melebihi 0,64 mm. Cara ini baik untuk pengerasan permukaan benda yang berukuran kecil dan sedang.
Kelebihan, karena cairan mentransfer padan dengan cepat maka karbon yang ditambahkan juga lebih cepat. Juga pengerasan yag dihasilkan lebih merata.
Kekurangan, beberapa nitrogen terserap bersama – sama dengan karbon dan menyebabkan pengerasan mendadak. Juga material harus dikeringkan setelah proses ini untuk menghindari korosi, hal tesebut memakan waktu dan biaya.
Dan hal – hal yang mempengaruhi ketebalan hasil proses karburasi adalah sebagai berikut :
Potensial Karbon : Semakin tinggi potensial karbon, makin cepat karbon disuplai kedalam baja, menghasilkan gradien konsentrasi lebih tinggi dipermukaan. Untuk campuran berbagai macam gas potensial karbon pada temperatur tertentu, potensial karbon dikenal
sebagai kandungan karbon dalam kesetimbangan dengan atmosfir tungku. Biasanya kondisi ini mengacu pada aktivitas karbon dalam atmosfir, yang dapat dikenal dari penunjukkan potensial oksigen, CO dan CO
2 dalam atmosfir, jika atmosfir fasa gas tersebut berada dalam kesetimbangan.
Kecepatan Reaksi Dipermukaan Baja : Sifat dan konsentrasi dari spesies molekul dalam atmosfir mempengaruhi kecepatan reaksi. Sebagai contoh, reaksi permukaan lebih cepat terjadi pada atmosfir gas endotermik daripada atmosfir metana-hidrogen.
Temperatur Karburasi : Peningkatan proses akan meningkatkan kecepatan reaksi permukaan, sehingga menghasilkan kedalaman penetrasi karbon lebih besar. Dengan demikian ketebalan lapisan yang diperoleh lebih dalam.
Waktu Karburasi : Kedalaman penetrasi karbon meningkat, seiring dengan peningkatan waktu karburasi.
Paduan Logam : Kandungan unsur paduan pada baja memberikan pengaruh, pertama terhadap kandungan karbon lapisan dan kedua terhadap kecepatan difusi karbon kedalam baja. Hal diatas disebabkan elemen-elemen paduan tersebut menempati posisi subsitusi dan interstisi pada kisi matrik logam sehingga akan
menghambat gerakan atom-atom karbon yang berdifusi, sehingga akan dihasilkan kedalam karburasi yang berbeda
Difusi
Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah.
Contoh yang sederhana adalah penambahan carbon ke dalam baja karbon rendah sehingga pada baja, karbonnya lebih besar.Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam.
Apabila suhu pada suatu material naik, akan menyebabkan atom-atomnya bergetar dengan energi yang lebih besar dan sejumlah kecil atom akan berpindah dalam kisi. Mekanisme perpindahan atom dalam suatu logam dapat terjadi secara interstisi dan kekosongan. Perpindahan secara interstisi terjadi bila atom tidak memilki ukuran yang sama. Sedangkan perpindahan secara kekosongan dapat terjadi bila semua atom memiliki ukuran sama. Proses difusi dapat terjadi lebih cepat apabila:
1. Suhu tinggi
2. Atom yang berdifusi kecil
3. Ikatan struktur induk lemah (dengan titik cair rendah)
