Struktur Martensit/Bainit adalah stuktur yang memiliki kekerasan yang sangat tinggi. Untuk membentuk struktur Martensit/Bainit yang memiliki kekerasan tinggi membutuhkan proses pengerasan termal. Secara garis besar proses pengerasan termal ini melalui tiga tahap yaitu tahap pemanasan, kuens, temper.
1. Tahap Pemanasan (Heating)
Untuk memenuhi tuntutan fungsi seperti harus keras, tahan gesekan atau beban kerja yang berat, maka baja harus dikeraskan melalui proses pengerasan.
Hal-hal yang perlu diketahui pada saat tahap pemanasan :
· Perbedaan temperatur antara bagian dalam dan permukaan, akibat rambatan panas, menyebabkan perbedaan pemuaian volume.
· Baja menyusut sampai 4% (volume) pada kenaikan temperature mencapai transformasi austenite.
Hal-hal yang perlu dikontrol pada tahap pemanasan :
Ø Lakukan preheating pada temperatur sekitar 550-650 oC untuk mengeliminasi distorsi yang mungkin timbul akibat pemanasan.
Ø Kecepatan pemanasan harus dikontrol agar tidak menimbulkan gradient temperatur yang sangat curam antara bagian dalam dan permukaan.
Prinsip dari tahap pemanasan ini 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:
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 juka material besar dan tebal atau berbentuk sederhana memakai temperatur pengerasan batas atas.
2. Tahap Austenisasi
Tujuan proses austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur austenit yang homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan bertambah dengan naiknya suhu austenisasi, ini mempengaruhi karakteristik isothermal. Bila kandungan karbon meningkat maka temperatur Ms menjadi rendah, selain itu kandungan karbon akan meningkat pula jumlah grafit akan membentuk senyawa karbida yang semakin banyak. Proses perlakuan panas selalu diawali dengan transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain. Struktur mikro yang dihasilkan lewat transformasi tergantung pada parameter proses perlakuan panas yang diterapkan dan jenis proses proses perlakuan panas. Struktur mikro yang berubah melalui transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain, dimaksudkan untuk memperoleh sifat mekanik dan fisik yang diperlukan untuk suatu aplikasi proses pengerjaan logam. Proses selanjutnya setelah fasa tunggal austenit terbentuk adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi, dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada kecepatan difusi.
Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat mekanik yang keras dan getas. Perubahan struktur mikro selama proses pendinginan dapat merupakan paduan dari mekanisme difusi dan mekanisme geser.
Hal-hal yang diperhatikan pada tahap Austenisasi:
Ø Hindari susunan umpan didalam dapur yang saling tumpang-tindih untuk menghindari terjadinya deformasi komponen akibat berat komponen pada saat baja sedang lunak.
Ø Cek akurasi temperatur austenisasi yang ditentukan, misalnya dengan menggunakan thermocouple yang ditempelkanlangsung pada komponen.
Ø Hindari kesalahan penentuan saat mulainya penghitungan waktu tahan..
3. Tahap Kuens (Quenching)
Tahap kuens bertujuan untuk mendinginkan baja dari temperatur austenite sampai temperatur ambien pada media tertentu yang akan menghasilkan struktur martensit. Pemilihan media kuens ditentukan oleh jenis baja/paduannya. Semakin ekstrim media kuens risiko terhadap distorsi meningkat. Perbedaan laju pendinginan antara permukaan dan bagian dalam menimbulkan profil kekerasan (tergantung ukuran perkakas dan komposisi baja).
Untuk memperoleh kekerasan yang diinginkan, maka dilakukan proses quenching. Media quech yang biasa dipergunakan diantaranya : Air, larutan polimer, oli, larutan garam, gas/udara,
a. Larutan Garam
Paling umum digunakan sbagai media pendingin dikarenakan dapat bekerja pada rentang temperatur yang besar (150 °C s/d 595 °C, atau bahkan lebih). Dikarenakan karakter tersebut lelehan garam banyak digunakan untuk delayed quenching seperti: kuens intermediate, kuens isotermal / holding pada berbagai temperatur.
b. Air
Murah serta sistemnya sederhana. Kekurangannya ia mudah membentuk selimut uap yang menutupi permukaan komponen, sehingga menghasilkan pedinginan tidak seragam dipenampang permukaan yang luas. Pemanfaatannya terbatas pada industri perlakuan panas. Eliminasinya di tambahkan Na/Ca Chloride, membutuhkan closed system.
c. Oli
Kemampuan pendinginan tidak sebaik air, tetapi lebih disenangi. Dengan penambahan additive kemampuan pendinginan (H = cooling power) dapat ditingkatkan lebih dari 0,4 s/d 1.
d. Larutan polimer
Kemampuan pendinginan (H) diantara oli dan air. Memerlukan close control karena konsentrasinya mudah berkurang.
e. Gas/Udara
Hanya digunakan untuk baja dengan ukuran tipis atau baja yang memiliki mampu keras tinggi. Pengaturan cooling power dilakukan dengan cara mengatur laju semprot udara/gas.
Pemilihan media quech untuk mengeraskan baja tergantung pada laju pendinginan yang diinginkan agar dicapai kekerasan tertentu. Untuk lebih memahami laju pendinginan dari setiap media queching, perlu memeriksa kurva pendinginan seperti terlihat pada Gbr.17. Kurva ini menyatakan perubahan temperatur benda kerja pada saat didinginkan atau di quench dari temperatur pengerasannya. Pada pendinginan tersebut terjadi dalam 3 tahap berbeda yang ditandai A, B, C, dimana masing-masing tahap memiliki karakteristik pendinginan yang berbeda-beda.
Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium queching, lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap. Pada tahap ini (tahap A) benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda kerja. Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap, akan menurunkan laju pendinginan, karena lapisan terbentuk dan akan berfungsi sebagai isolator.(Ref.5)Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap ini lama-kelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya. Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan makin rendah.Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan lapisan uap, dengan demikian tahap B dimulai. Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda kerja sehingga terbentuk gelembung-gelembung udara dan menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah besar.Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah pada saat temperatur benda kerja turun. Untuk mencapai struktur martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi melampaui kecepatan pendinginan kritik dari benda kerja yang diquench, sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.Fluida yang ideal untuk media quench agar diperoleh struktur martensit, harus bersifat : Mengambil panas dengan cepat didaerah temperatur yang tinggi.
Mendinginkan benda kerja relatif lambat di daerah temperatur yang rendah, misalnya di bawah temperatur 350˚C agar distorsi atau retak dapat dicegah.
Pada tabel.berikut dapat dilihat beberapa sifat dan keunggulan dari setiap media quenching yang biasa digunakan.Tabel. Nilai kekerasan (severity) dari media quenching
4. Tahap Temper (Tempering)
Setelah proses hardening biasanya baja akan sangat keras dan bersifat rapuh, untuk itu perlu proses lanjutan yaitu proses tempering.
Tempering ini bertujuan untuk :
Tempering ini bertujuan untuk :
o Mengurangi tegangan sisa akibat proses kuens.
o Memperbaiki ketangguhan.
o Dalam hal tertentu digunakan untuk meningkatkan kekerasan baja perkakas jenis pengerjaan panas dan kecepatan tinggi.
o Mengontrol dimensi komponen baja yang dikeraskan.
Prinsip dari tempering adalah baja dikeraskan sampai temperature dibawah A1(diagram FeC) ditahan selama 1 jam/ 25 mm tebal baja, lalu didinginkan di udara dan pada suhu 300-400 ºC dapat di quenching dengan media oli atau dapat juga didinginkan di udara.
Secara kimia selama tempering yang terjadi adalah atom C yang setelah proses hardening terperangkap pada jaringan besi Alfa dan pada proses pemanasan tempering atom C mendapat kesempatan untuk melakukan diffuse yaitu pemerataan kadar C tanpa adanya halangan dan kembali menjadi Zementit. Proses ini berlangsung terus sehingga diperoleh struktur ferrite yang bercampur dengan zementit, dan diperoleh struktur yang ulet.
Perubahan mikrostruktur pada waktu temper:
§ Tahap 1:
Pembentukan karbida transisi, e karbida, serta penurunan 80-16 0ºC kandungan karbon pada matriks martensit s/d 0.23%
§ Tahap 2
Transformasi gsisa Bainite 230-280ºC
§ Tahap 3
Karbida transisi, martensit C rendah Sementit + Ferit 160 400ºC
§ Tahap 4
Pertumbuhan dan pembulatan sementit 400-700 ºC adanya elemen paduan pembentuk karbida,
§ Tahap 5
Secondary hardening, yaitu pembentukan karbida paduan 500-550ºC yang mengakibatkan kekerasan meningkat lagi.
Untuk membentuk material yang mempunyai stuktur ang keras maka di lakukan tiga kali pentemperan, yaitu:
a. Temper 1
Pada tahap ini sebagian sisa austenit akan bertransformasi menjadi martensit dan akan menyebabkan perubahan dimensi (transformasi lainnya, yaitu: M F+Sementit, Sisa g Bainit, presipitasi karbida).
b. Temper 2
Martensit baru yang terbentuk pada tahap tempering 1akan mengalami temper lanjut. Tegangan sisa yang masih ada akan terus tereliminasi.
c. Temper 3
Pada tahap ini terjadi eleminasi lanjut terhadap tegangan yang masih tersisa dan dimensi perkakas menjadi lebih stabil setelah tahap ini.
0 Comments
