Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Perlakuan Panas Logam (TTT & CCT diagram, Annealing, Hardening) Myrna Ariati Wahyuaji NP Departemen Metalurgi.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Perlakuan Panas Logam (TTT & CCT diagram, Annealing, Hardening) Myrna Ariati Wahyuaji NP Departemen Metalurgi."— Transcript presentasi:

1 Perlakuan Panas Logam (TTT & CCT diagram, Annealing, Hardening) Myrna Ariati Wahyuaji NP Departemen Metalurgi & Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia Courtesy of Mr. Esa Haruman’s Presentation

2 Pengaruh Unsur Paduan pada Diagram Fe 3 C

3 EHW 98 DIAGRAM KESEIMBANGAN Fe-C A1A1 A3A3 A cm 723 ºC 1147 ºC Eutectoid Point Melt Melt + cementite Austenite + cementite  +   + Melt ()() 1400 Carbon content % Ferrite (  ) + Cementite (Fe 3 C)  + Melt Austenite (  ) Temperature C o  +  (  ) Eutectic Point

4 EHW 98 ELEMEN PADUAN VS DIAGRAM Fe-C ELEMEN PADUAN VS DIAGRAM Fe-C Elemen penstabil fasa austenite : -- Ni, Mn, Co, dan Ru, Pd, Os, Ir, Pt. -- C, N, Cu, Zn, Au. Elemen penstabil fasa ferrite: -- Si, Al, Be, P, dan Ti, V, Mo, Cr. -- B, dan Ta, Nb, Zr. Elemen perubah titik eutectoid: -- penstabil fasa  (austenite) merendahkan A penstabil fasa  (ferrite) menaikkan A semual elemen paduan menggeser titik eutectoid ke kandungan karbon yang lebih rendah. Elemen pembentuk karbida/nitrida: -- karbida; Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Zr. -- nitrida; Al dan semua elemen pembentuk karbida membentuk nitrida  A1A1 Eutectoid 0.8 %C

5 EHW 98 Elemen paduan vs. temperatur eutectoid Elemen paduan vs. kandungan karbon eutectoid Elemen paduan perubah ttk eutectoid

6 EHW 98 Carbon content Penambahan Cr menaikkan temperatur eutectoid dan menggesernya kekiri. Penstabil ferrite Penstabil austenite Penambahan Mn menurunkan temperatur eutectoid dan menggesernya kekiri.

7 EHW 98 KARBIDA DAN NITRIDA PADUAN KARBIDA DAN NITRIDA PADUAN Elemen-elemen: Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr. pada baja paduan akan membentuk karbida keras Dua bentuk karbida paduan: --karbida paduan khusus: Cr 7 C 3, W 2 C, VC, Mo 2 C, dst. --karbida kompleks: Fe 4 W 2 C, Fe 4 Mo 2 C, dst. Semua elemen pembentuk karbida juga pembentuk nitrida keras: TiN, CrN, VN, dst. StrukturKekerasan (VHN) TiC3200 VC2600 TiN2000 WC 2400 Fe 3 C1000 Martensite900 Bainite600 Pearlite300

8 EHW 98 Concentration of alloying element (%) Nitrida keras Al, Ti, V, Cr, Mo, memebentuk nitrida keras

9 DIAGRAM TTT/CCT

10 EHW 98 DIAGRAM TTT/CCT --Digunakan untuk mengetahui mikrostuktur yang terbentuk pada pendinginan non-ekuilibrium Log waktu Temperatur °C A1A1 Austenite A3A3 MsMs Ferrite +Pearlite A+F Nose Bainite  MfMf Start Finish Martensite + 

11 EHW 98 Martensite Martensite + Auatenite MsMs MfMf Pearlite Bainite coarse fine upper lower Austenite A e1 PsPs PfPf BsBs BfBf 1 sec. 1min. 1 hour 1 day Hardness, HRc DIAGRAM TTT UNTUK BAJA 0.8% C Temperature ºC

12 PENGARUH ELEMEN PADUAN TERHADAP DIAGRAM TTT/CCT Semua elemen paduan, kecuali Co, menggeser hidung kurva TTT/CCT ke arah kanan. Semua elemen paduan, kecuali Co, menurunkan temperatur pembentukan martensite. Sehingga: Komposisi elemen paduan mempengaruhi media kuens (air, oli, udara) yang dipilih untuk mengeraskan baja. Elemen paduan meningkatkan mampu-keras (hardenability) baja, atau, baja dengan komposisi berbeda akan memiliki mampu keras berlainan.

13 Perlakuan Panas Termal

14 EHW 98 PELUNAKAN : MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK 1/2 JADI AGAR LAYAK DIPROSES BERIKUTNYA. PENGERASAN : MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK JADI AGAR MEMILIKI SIFAT MEKANIS YANG OPTIMUM. FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMAL SEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR

15 PELUNAKAN / ANNEALING

16 EHW 98 PERLAKUAN PELUNAKAN --Homogenising --Normalizing --Full annealing --Spherodising --Stress relieving --Process and recrystallisation annealing

17 EHW 98 HOMOGENIZING Pemanasan pada temperatur tinggi didaerah fasa austenit (  ), jauh diatas titik kritis (A 3 dan A cm ) --Bertujuan untuk menghilangkan efek segeregasi kimia akibat proses pembekuan lambat ingot/billet. --Memperbaiki mampu pengerjaan panas (hot workability).  Ingot Penuangan logam cair Segregasi kimia HOMOGENISING sebelum pengerjaan panas

18 EHW 98 NORMALIZING Pemanasan lambat sampai dengan temperatur diatas transformasi    dan diikuti oleh pendinginan udara --Menghilangkan ketidak ragaman mikrostruktur. --Mengeleminasi tegangan sisa. --Meningkatkan keseragaman dan penghalusan ukuran butir.  CASTING HOT WORKING: Forging, Extrusion, Rolling Ketidak ragaman reduksi/temperatur NORMALIZING Pengecualian: HSS, Shock Resisting Steel, Hot Work Tool Steel Cold Work Tool Steel D & A (tdk termasuk A10), Mold Steel P4.

19 EHW 98 FULL ANNEALING Pemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi    (A 3 : hypoeutectoid steels dan A 1 : hypereutectoid steels), yang diikuti oleh pendinginan lambat didalam dapur --Membulatkan sementit ‘proeutectoid” atau karbida lainnya sehingga memperbaiki keuletan baja. --Menghasilkan kekerasan/kekuatan yang minimum sehingga mudah dilakukan deformasi pada pengerjaan dingin. -- Menghilangkan struktur martensit pada baja paduan yang mungkin terbentuk akibat pendinginan relatif cepat melewati transformasi   . --Biasanya dilakukan pada baja yang akan dipasok kepasaran Pembulatan sementit ‘proeutectoid’ dalam bentuk networks pada batas butir

20 EHW °C 911°C Temperature Austenite (  ) Ferrite (  ) Eutectoid Carbon % Full-Annealing (A) Normalising (N) Homogenising (H) 2.0 A3A3 A cm Hypo eutectoid Hyper eutectoid PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-C (H) (N) Full (A) Temp. *** ** * Metoda -- udara dapur pendingin Wkt. Proses *** * * Karakteristik Rendah *  Tinggi***  + Fe 3 C  + Fe 3 C A1A1 Recrystallisation annealing Stress-relief annealing

21 EHW 98 NORMALIZING VS FULL ANNEALING P +A F +A Heating Cycle Cooling Cycle Normalizing Anneal Time Temperature MsMs A c3 A c1 Normalizing membentuk mikrostruktur lebih halus dibandingkan full annealing meskipun pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi akibat laju pendinginan lebih cepat Pendinginan udara Pendinginan di dapur

22 EHW 98 ANNEALING LAINNYA Spherodising: dilakukan untuk meningkatkan mampu-mesin (machinability) pada baja yang akan ‘dimachining´. Caranya dengan membulatkan sementit/karbida. Pemanasan dilakukan dibawah temperatur kritis A 1 ( ~723ºC), atau sedikit diatas A 1 tetapi kemudian ditahan dibawah A 1. Stress-relief annealing: pemenasan s/d dibawah temperatur kritis ºC baja karbon dan paduan rendah, ºC baja perkakas. Bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa akibat deformasi pengerjaan dingin. Recrystallisation annealing: pemanasan s/d temperatur 600 ºC dibawah temperatur kritis. Bertujuan untuk membentuk butir poligon yang bebas tegangan dan mempunyai keuletan serta sifat konduktivitas baik. Dilakukan pada baja setelah deformasi pengerjaan dingin. Quench annealing: dilakukan pada baja jenis austenitk yang di homogenising atau recrystallisation annealing dimana diikuti oleh pendinginan cepat untuk menghindari terbentukya endapan karbida terutama pada batas butir. Isothermal Annealing: pendinginan cepat sampai temperatur tepat dibawah daerah transformasi, ditahan 1-2 jam, diikuti pendinginan udara.

23 EHW 98 PENGERASAN TERMAL Membentuk struktur martensit/bainit yang memiliki kekerasan tinggi.

24 PENGERASAN TERMAL (THERMAL HARDENING) Terdiri dari tiga tahap operasi : PEMANASAN (HEATING) Preheating ( ºC) Final heating ( ºC) Soaking KUENS (QUENCHING) Pendinginan cepat oleh media pendingin (oli, air, lelehan garam, semprot gas / udara) TEMPER (TEMPERING) Pemanasan kembali pada temperatur lebih rendah ( ºC), sekali atau berulang QUENCHING BATH HEATING FURNACE TEMPERING BATH

25 SIKLUS PENGERASAN TERMAL Preheating Final heating Transformasi  Baja menyusut Quenching Transformasi  Baja memuai Baja menyusut Baja sangat lunak -  u <<, struktur:  + karbida (sisa) Baja keras tapi rapuh, struktur: M (stressed) +  sisa + Karbida (sisa) + lainnya  Baja keras dan mulai tangguh : struktur: M (temper+sterssed) +  sisa + Karbida (sisa) + lainnya  Ketangguhan lebih baik : struktur: M (temper) + Karbida + lainnya  TEMPERATUR WAKTU Holding  Temper 1 Temper 2

26 SUSUT TAHAP PEMANASAN Hal-hal yang perlu diketahui : Perbedaan temperatur antara bagian dalam dan permukaan, akibat rambatan panas, menyebabkan perbedaan pemuaian volume. Baja menyusut sampai 4% (volume) pada kenaikan temperatur mencapai transformasi austenite. Hal-hal yang perlu dikontrol : Lakukan preheating pada temperatur sekitar o C untuk mengeliminasi distorsi yang mungkin timbul akibat pemanasan. Kecepatan pemanasan harus dikontrol agar tidak menimbulkan gradien temperatur yang sangat curam antara bagian dalam dan permukaan. WAKTU TEMPERATUR MUAI TRANSFORMASI KE  WAKTU TEMPERATUR INTI PERMUKAAN PREHEATING ( o C)

27 TAHAP AUSTENISASI Dua hal penting: --Waktu tahan (holding time) --Temperatur austenisasi (austenitizing temperature) WAKTU TEMPERATUR ( °C) 18 Kekerasan setelah kuens (Rockwell C) a e d c b f Waktu tahan yang benar  Berlebih  Pertumbuhan butir, ketangguhan menjadi buruk atau rapuh Kurang T,t Tidak tercapai pengerasan

28 TAHAP AUSTENISASI Hal-hal yang diperhatikan: --Hindari susunan umpan didalam dapur yang saling tumpang-tindih untuk menghindari terjadinya deformasi komponen akibat berat komponen pada saat baja sedang lunak. --Cek akurasi temperatur austenisasi yang ditentukan, misalnya dengan menggunakan thermocouple yang ditempelkanlangsung pada komponen. --Hindari kesalahan penentuan saat mulainya penghitungan waktu tahan..

29 EHW 98 TAHAP KUENS yaitu mendinginkan baja dari temperatur austenit 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).

30 EHW 98 MEDIA KUENS 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. Larutan polimer : Kemampuan pendinginan (H) diantara oli dan air. Memerlukan close control karena konsentrasinya mudah berkurang. 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. Lelehan 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.

31 Lelehan logam : Banyak digunakan untuk kuens-interupsi (interrupted quenching), tetapi saat ini fungsinya sering digantikan oleh lelehan garam dikarenakan kemampuannya bekerja pada rentang temperatur lebih besar. 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. Cetakan logam : Digunakan pada jenis material yang mememiliki risiko distorsi tinggi. Biasanya menggunakan water-cooled copper dies, dan kelemahannya biaya tinggi. Lainnya : Larutan garam, larutan soda, uap MEDIA KUENS

32 1. Selimut uap (Vapour blanket) 2. Pendidihan (Boiling) 3. Konveksi (Convection ) Waktu (detik) Konveksi 2.Pendidihan 1. Selimut uap Temperatur, ºC Kurva kecepatan pendinginan (ºC/dt) Kurva pendinginan TAHAP KUENS MELALUI MEDIA CAIR

33 MEKANISME PENDINGINAN MELALUI MEDIA CAIR SELIMUT UAP:Kecepatan pendinginan relatif lambat akibat seluruh permukaan ditutupi oleh uap. Temperatur transisi menuju mekanisme pendidihan (leidenfrost temperature) tidak dipengaruhi oleh temperatur. awal saat dikuens. PENDIDIHAN :Kecepatan pendinginan sangat tinggi ditandai oleh gelembung-gelembung uap pada permukaan komponen. KONVEKSI :Kecepatan pendinginan kembali menjadi lambat melalui rambatan konveksi. Kecepatan perpindahan panas pada kondisi ini sangat dipengaruhi oleh viskositas cairan, agitasi, temperatur cairan/bath.

34 KONDISI KOMPONEN VS MEKANISME KUENS 760  C 645  C 538  C 427  C 315  C Pada prakteknya gradient temparatur atau laju pendinginan pada permukaan komponen tidak selalu seragam. Hal ini disebabkan : Kondidi internal material: pengaruhnya terhadap perpindahan panas keluar Kondisi permukaan: pengaruhnya terhadap perpindahan panas Potensial ekstarsi panas dari media kuens Kondisi media yang teragitasi atau non-agitasi Jadi, geometri komponen serta kondisi media kuens dapat mempengaruhi hasil kekerasan pada permukaan

35 MIKROSTRUKTUR BAJA SESUDAH KUENS Mikrostruktur baja kondisi anil (lunak), sebelum dikeraskan Mikrostruktur baja setelah dikeraskan: martensit diperkuat oleh karbida --Terbentuknya martensit hanya dipengaruhi oleh kehadiran karbon didalam fasa austenit. --Sejumlah karbida diperlukan untuk mencegah pertumbuhan butir pada waktu baja diaustenisasi. --Terdapat sisa austenite yang tidak bertransformasi pada kondisi setelah kuens Karbida Ferit, Perlit Karbida Martensit Sisa  Pengerasan termal

36 SISA AUSTENITE terjadi akibat kandungan karbon yang tinggi, dan hadirnya elemen penstabil austenit (  ) pada baja paduan Kekerasan Komposisi karbon BAJA KARBON %C HRc Sisa  Penghilangan sisa austenit: --Temper  Bainit, Karbida, Martensit --Subzero treatment  100% Martensit Karbon diatas 0,8% kekerasan menurun

37 EHW 98 BAJA SETELAH KUENS -- terdapat tegangan sisa akibat kuens -- rapuh dan mudah patah -- dimensi tidak stabil -- tidak siap digunakan  -- membutuhkan perlakuan temper ! Keras dan Rapuh

38 PERLAKUAN TEMPER Pemanasan kembali setelah kuens dibawah garis A 1 ( ºC) :  Mengurangi tegangan sisa akibat proses kuens.  Memperbaiki ketangguhan.  Dalam hal tertentu digunakan untuk meningkatkan kekerasan baja perkakas jenis pengerjaan panas dan kecepatan tinggi.  Mengontrol dimensi komponen baja yang dikeraskan Kekerasan (HRc) Ketangguhan ft-lb) Temperatur (ºC) Kekerasan Ketangguhan Secondary hardening

39 EHW 98 UNTEMPERED MARTENSITE DAN SISA AUSTENITE 30% Untempered Setelah tempering martensite pada 200 °C BAJA PADUAN RENDAH HSS M42: a. 35 %  b. temper 1: 1 jam, 600ºC c. temper 2: 1 jam, 600ºC (a) (b) (c) Sisa  warna putih

40 PERUBAHAN MIKROSTRUKTUR PADA WAKTU TEMPER Tahap 1:Pembentukan karbida transisi,  karbida, serta penurunan ºCkandungan karbon pada matriks martensit s/d 0.23% Tahap 2:Transformasi  sisa Bainite ºC Tahap 3:Karbida transisi, martensit C rendah Sementit + Ferit ºC Tahap 4 Pertumbuhan dan pembulatan sementit ºC Adanya elemen paduan pembentuk karbida, Tahap 5Secondary hardening, yaitu pembentukan karbida paduan ºC yang mengakibatkan kekerasan meningkat lagi.

41 EHW 98 MEKANISME TEMPER Temper 1 : sebagian sisa austenit akan bertransformasi menjadi martensit dan akan menyebabkan perubahan dimensi (transformasi lainnya, yaitu: M F+Sementit, Sisa  Bainit, presipitasi karbida). Temper 2 : martensit baru yang terbentuk pada tahap tempering 1akan mengalami temper lanjut. Tegangan sisa yang masih ada akan terus tereliminasi. Temper 3 : terjadi eleminasi lanjut terhadap tegangan yang masih tersisa dan dimensi perkakas menjadi lebih stabil setelah tahap ini.

42 MARTEMPERING DAN AUSTEMPERING Waktu Temperatur (ºC) Austenite MsMs Bainite Waktu Temperature (ºC) Austenite MsMs Bainite Pearlite Surface Core Bertujuan untuk mereduksi tegangan termal sehingga meminimumkan efek distorsi Martempering Austempering Surface

43 MASALAH-MASALAH YANG HARUS DIPERHATIKAN  Efek distorsi dan keretakan.  Kehilangan kandungan elemen pada permukaan komponen (dekarburisasi, oksidasi).  Sisa austenite.  Pengkasaran dan ketidak-ragaman mikrostruktur. CATATAN PENGERASAN TERMAL

44 EHW 98 DISTORSI DAN KERETAKAN --Tegangan sisa akibat machining /pengerjaan dingin sebelum perlakuan panas. --Tegangan termal (thermal stresses) akibat perbedaan laju pemanasan / pendinginan antara permukaan dan bagian dalam. --Tegangan akibat transformasi fasa (transformation stresses) pada waktu pendinginan. Penyebab:

45 EHW 98 SEBELUM PERLAKUAN PANAS SETELAH PERLAKUAN PANAS DUA BENTUK DISTORSI KOMPONEN 1. Dimensional distortion 1. Dimensional distortion 2. Shape distortion 2. Shape distortion Terjadi akibat perubahan ukuran, tegangan sisa machining, proses perlakuan panas.

46 EHW 98 Distorsi yang dapat dihindarkan Distorsi yang tidak dapat dihindarkan CATATAN DISTORSI KOMPONEN CATATAN DISTORSI KOMPONEN --Cara perlakuan panas yang buruk. --Kesalahan penggunaan media kuens. --Kesalahan pemilihan material. --Perubahan mikrostruktur pada waktu pengerasan termal dan termper. --Tegangan termal akibat kontraksi volume.


Download ppt "Perlakuan Panas Logam (TTT & CCT diagram, Annealing, Hardening) Myrna Ariati Wahyuaji NP Departemen Metalurgi."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google