Perlakuan Panas [PDF]

Citation preview

Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



BAB I PERLAKUAN PANAS PADA LOGAM DAN BAJA



1.1



Perlakuan Panas (Heat Treatment) Pengertian perlakuan panas (heat treatment) 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. Perubahan sifat yang dapat diperoleh dari proses perlakuan panas pada logam adalah sifat mekanik seperti kekerasan, kekuatan, keuletan, ketangguhan yang merupakan sifat yang paling sering diubah dengan proses perlakuan panas. Adapun sifat lain yang dapat diubah dengan proses perlakuan panas adalah sifat mampu bentuk dan mampu mesin. Material logam terdiri dari struktur mikro berupa kristal-kristal yang disebut butir atau kristalit. Sifat butir 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 untuk mengoptimalkan sifat mekanis dari logam paduan.



1



2 Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



Gambar 1.1 Heat Treatment Process



Proses pengerjaan dapat dibedakan menjadi dua yaitu perlakuan panas (hot working) dan perlakuan dingin (cold working). Perlakuan dingin (cold working) adalah proses deformasi yang dilakukan pada temperatur dibawah temperatur rekristalisasi. Rekristalisasi adalah suatu proses dimana butir logam yang terdeformasi digantikan oleh butiran baru yang tidak terdeformasi. Pada proses perlakuan panas terdapat titik perhentian pada pemanasan besi murni. Yaitu jika suatu besi diberi perlakuan panas, maka suhu akan naik. Pada penyaluran panas yang sama per satuan waktu, tinggi suhu akan bergantung pada lama waktu berlangsungnya penyaluran panas. Kebergantungan ini dapat dilihat pada pada diagram dibawah (gambar 1.2).



Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



Gambar 1.2 Titik perhentian pada pemanasan dan pendinginan besi murni.



Pada pendinginan besi, garis liku temperatur membentuk lintasan yang hampir sama: Walaupun terjadi proses



pengeluaran panas



pada titik



pemberhentian, tetapi suhu akan tetap sama sesaat, karena pada saat peralihan panas akan dibebaskan. Karena besi yang kimiawi murni baru meleleh pada suhu 1536oC, peralihan wujud berlangsung dibawah suhu ini dalam keadan padat. Susunan struktur dalam besi murni tidak dapat dilihat didalam mikroskop (dapat diamati dengan pancaran rontgen). Proses perlakuan panas dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu : 1. 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). 2. 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. 1.1.1



Klasifikasi Heat Treatment Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan,



tetapi juga tergantung pada struktur mikronya. Suatu paduan dengan komposisi



3



4 Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



kimia yang sama dapat memiliki struktur mikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Struktur mikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan. Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu. Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis : 1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya adalah untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing. 2. Non Equilirium (Tidak setimbang) Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari



perlakukan



panas Non



Equibrium,



misalnya



: Hardening,



Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening) Pada perlakuan panas, terdapat Diagram Near Equilibrium FerriteCementid (Fe-Fe3C)



Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



Gambar 1.3 Diagram Near Equilibrium (Fe-Fe3c) Penekanan kita terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon.



Kandungan Carbon 



0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar







0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723 Derajat Celcius







0,83%C = Titik Eutectoid







2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius







4,3%C = Titik Eutectic







0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius



Garis-garis 



Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).







Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).



5



6 Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN







Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.







Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)







Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.







Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.







Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.







Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.



Struktur mikro 



Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.







Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).







Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.







Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.







Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.



Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



Gambar 1.4 Diagram Heat Treatment



Gambar 1.5 Diagram Hyperectoid



Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita simpulkan bahwa secara umum laku panas dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling. 1.2



Annealing Annealing yaitu suatu proses perlakuan panas yang dilakukan pada logam



atau paduan dalam pembuatan produk. Proses annealing merupakan perlakuan panas yang dilakukan pada logam hasil pengerjaan dingin (cold working).



7



8 Prodi S1 Produksi dan Perawatan Mesin PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN



Perlakuan panas ini bertujuan untuk mendapatkan kembali atau merecoveri sifatsifat fisik yang berubah selama proses deformasi dingin dan mendapatkan sifatsifat mekanik yang lebih sesuai. Prinsip annealing ialah memanaskan baja sampai suhu tertentu, kemudian menahannya selama waktu tertentu kemudian didinginkan dengan lambat. Proses annealing akan menurunkan sifat mekanik seperti kuat tarik dan kekerasan, namun logam akan menjadi lunak dan ulet, sehingga dapat diproses lebih lanjut. Tujuan utama proses annealing ialah melunakan, menghaluskan butir kristal, meningkatkan keuletan dan mengurangi tegangan dalam yang menyebabkan material berperilaku getas. Pendinginan, dalam metalurgi dan ilmu material, adalah perlakuan panas dimana bahan diubah, menyebabkan perubahan pada sifat-sifatnya seperti kekuatan dan kekerasan. Ini adalah proses yang menghasilkan kondisi dengan pemanasan di atas suhu rekristalisasi, mempertahankan suhu yang sesuai, dan kemudian pendinginan. Anil digunakan untuk menginduksi keuletan, bahan melunakkan, meredakan tekanan internal, memperbaiki struktur dengan membuatnya homogen, dan meningkatkan sifat bekerja dingin. Proses pendinginan yang digunakan untuk mengobati bekerja-keras bagian-bagian yang terbuat dari baja karbon rendah (