Proses laku-panas atau Heat Treatment 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 heat treatment terdiri dari beberapa tahapan,
1. Pemanasan sampai ke temperatur tertentu
2. Penahanan selama beberapa saat
3. Pendinginan dengan kecepatan tertentu.
HOT WORKING DAN COLD WORKING
• Pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa.
• Pengerjaan dingin. diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut akan meningkat dengan cukup berarti .
• Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan panas dan dingin (Tr = ½ Tm).
• Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu rekristalisasi atau di atas daerah pengerasan kerja.
• Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang.
Proses heat treatment terdiri dari 2 pendekatan
1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)
2. Non Equilibrium (Tidak setimbang)
Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan)
Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah :
a. Melunakkan struktur kristal
b. Menghaluskan butir
c. Menghilangkan tegangan dalam
d. Memperbaiki machineability.
Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya :
Full Annealing (annealing)
Stress relief Annealing
Process annealing
Spheroidizing
Normalizing
Homogenizing.
Non Equilirium (Tidak setimbang)
Tujuan panas Non Equilibrium 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)
Annealing
Tahapan dari proses Anneling
1. dimulai dengan memanaskan logam (paduan)
sampai temperature tertentu,
2. menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan
3. mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju
pendinginan yang cukup lambat.
Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada :
1. jenis atau kondisi benda kerja
2. temperature pemanasan
3. lamanya waktu penahanan
4. laju pendinginan (cooling rate)
5. dll.
Full annealing (annealing)
Proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dalam furnace
Tujuan untuk memperbaiki ukuran butir dan machinibility.
Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan
1. memanaskan logam sampai keatas temperature kritis
baja hypoeutectoid , 25 C - 50 C diatas garis A3
baja hypereutectoid 25 C - 50 C diatas garis A1)
2. Dilanjutkan proses pendinginan yang cukup lambat (biasanya dalam furnace atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).
Baja yang mengalami pemanasan sampai temperatur terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas).
• 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-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.
• Untuk baja hypereutectoid, annealing merupakan persiapan untuk
proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir.
Normalizing
• Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus
• Sifat lebih keras dan kuat dari hasil anneal.
• Pendinginannya dengan menggunakan media udara
• Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing
1. memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 C diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Cdiatas garis Acm).
2. dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing.
Spheroidizing
• Process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite.
• Tujuannya yaitu memperbaiki machinibility baja paduan Carbon tinggi.
• Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. baja hypereutectoid yang dianneal mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing
2. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperatur A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan ditahan dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan.
3. Karena berada pada temperature 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 spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite.
Stress relief Annealing
Process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya.
Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite.
agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbul yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa
untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.
DIAGRAM TTT
• Kurva pendinginan 1 menggambarkan pendinginan yang sangat lambat (seperti pada annealing konvensional), baja akan memulai bertransformasi pada titik A1 dan selesai pada A1’, dan akan menghasilkan perlit kasar. Ini terjadi karena transformasi berlangsung pada temperatur yang sangat tinggi. Kekerasannya sekitar Rc 15.
• Kurva pendinginan 2 menggambarkan pendinginan seperti pada proses “isothermal annealing”, proses dilakukan dengan mendinginkan cepat sampai ke temperatur di bawah temperatur kritis (diatas daerah nose diagram). Pada kurva 2 transformasi berlangsung pada temperatur yang lebih rendah, akan dihasilkan perlit yang lebih halus, kekerasan sekitar Rc 30.
• Kurva pendinginan 3 menggambarkan pendinginan yang agak cepat, seperti pada normalizing. Disini tampak bahwa transformasi dimulai dan selesai pada temperatur yang berbeda, sehingga akan diperoleh perlit dengan ukuran butir yang bervariasi. Yang terjadi pada temperatur lebih tinggi akan lebih kasar dan yang terjadi pada temperatur lebih rendah akan lebih halus, sehingga ada sebagian perlit kasar dan sisanya perlit medium.
• Perlit yang lebih halus akan dihasilkan dengan kurva pendinginan 4 yang
lebih cepat lagi, seperti pada quench.
• Kurva pendinginan 5, pendinginan yang cukup cepat, transformasi menjadi perlit mulai lebih awal, tetapi akan berhenti ketika kurva pendinginan menyinggung kurva transformasi 25% (transformasi baru berlangsung
25%). Transformasi akan mulai lagi ketika mencapai temperatur Ms,
austenit akan menjadi martensit. Sehingga setelah akhir transformasi akan
diperoleh 25% perlit dan 75% martensit.
• Kurva pendinginan 6 menggambarkan pendinginan yang sangat cepat, seperti pada water quench. Tidak terjadi transformasi sebelum mencapai temperatur Ms, transformasi selesai pada temperatur Mf, struktur seluruhnya martensit. Struktur yang seluruhnya martensit juga masih dapat dicapai dengan laju pendinginan yang sedikit lebih lambat, tetapi paling tidak laju pendinginannya harus seperti kurva pendinginan 7, bila lebih lambat akan ada sebagian austenit yang menjadi perlit. Karena itu laju pendinginan yang tepat menghasilkan 100% martensit disebut laju pendinginan kritis atau Critical Cooling Rate (CCR).
• Pada baja karbon bainit baru dapat diperoleh bila dilakukan pendinginan secara isothermal, seperti pada kurva pendinginan 8. cara seperti ini dilakukan pada proses austempering.
DIAGRAM CCT
• Diagram CCT baja karbon eutectoid diturunkan dari diagram IT.
• Pada proses laku panas biasanya pendinginan dilakukan dengan pendinginan kontinyu, sehingga biasanya diagram CCT lebih banyak digunakan. Sedangkan diagram IT digunakan untuk proses laku panas
tertentu yang dilakukan dengan pendinginan isothermal.
Sumber: Bahan ajar Teknik Mesin Unsyiah
