Perlakuan Panas Logam

DIAGRAM FASA Fe-Fe₃C

Perlakuan Panas Termal

FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMAL SEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR EHW 98 FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMAL SEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR 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.

PELUNAKAN / ANNEALING

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

 HOMOGENIZING Pemanasan pada temperatur tinggi didaerah EHW 98 HOMOGENIZING Pemanasan pada temperatur tinggi didaerah fasa austenit (), jauh diatas titik kritis (A3 dan Acm) --Bertujuan untuk menghilangkan efek segregasi kimia akibat proses pembekuan lambat ingot/billet. --Memperbaiki mampu pengerjaan panas (hot workability).  Penuangan logam cair Ingot Segregasi kimia HOMOGENISING sebelum pengerjaan panas

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 NORMALIZING Ketidak ragaman reduksi/temperatur Pengecualian: HSS, Shock Resisting Steel, Hot Work Tool Steel Cold Work Tool Steel D & A (tdk termasuk A10), Mold Steel P4.

Pemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi    EHW 98 FULL ANNEALING Pemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi    (A3: hypoeutectoid steels dan A1: 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. 1 2 3

PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-C EHW 98 PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-C Homogenising (H) Normalising (N) Full-Annealing (A) Recrystallisation annealing 911°C Austenite ()  + Fe3C Stress-relief annealing Acm Karakteristik (H) (N) Full (A) Temp. *** ** * Metoda -- udara dapur pendingin Wkt. Proses *** * * A3 723 °C A1  + Fe3C Temperature Ferrite () Eutectoid Rendah *  Tinggi*** Hypo eutectoid Hyper eutectoid 0.8 1.4 2.0 Carbon %

NORMALIZING VS FULL ANNEALING EHW 98 NORMALIZING VS FULL ANNEALING Normalizing membentuk mikrostruktur lebih halus dibandingkan full annealing meskipun pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi akibat laju pendinginan lebih cepat P +A F +A Heating Cycle Cooling Normalizing Anneal Time Temperature Ms Ac3 Ac1 Pendinginan di dapur Pendinginan udara

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 A1 ( ~723ºC), atau sedikit diatas A1 tetapi kemudian ditahan dibawah A1. Stress-relief annealing: pemenasan s/d dibawah temperatur kritis 550-650 ºC baja karbon dan paduan rendah, 600-750 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.

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

PENGERASAN TERMAL Terdiri dari tiga tahap operasi : (THERMAL HARDENING) Terdiri dari tiga tahap operasi : PEMANASAN (HEATING) Preheating (550-650 ºC) Final heating (900-1050 ºC) Soaking KUENS (QUENCHING) Pendinginan cepat oleh media pendingin (oli, air, lelehan garam, semprot gas / udara) TEMPER (TEMPERING) Pemanasan kembali pada temperatur lebih rendah (150 - 600 ºC), sekali atau berulang QUENCHING BATH TEMPERING BATH HEATING FURNACE

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

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 550-650 oC 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. SUSUT TRANSFORMASI KE  TEMPERATUR TEMPERATUR PERMUKAAN PREHEATING (550-650 oC) MUAI INTI WAKTU WAKTU

Kekerasan setelah kuens (Rockwell C) TAHAP AUSTENISASI Dua hal penting: --Waktu tahan (holding time) --Temperatur austenisasi (austenitizing temperature)  Berlebih Pertumbuhan butir, ketangguhan menjadi buruk atau rapuh Kurang T,t Tidak tercapai pengerasan Waktu tahan yang benar 950 c d e f 850 b 750 a TEMPERATUR ( °C) WAKTU 18 18 42 56 63-65 60-62 57-58 Kekerasan setelah kuens (Rockwell C)

Hal-hal yang diperhatikan: 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..

TAHAP KUENS yaitu mendinginkan baja dari temperatur austenit 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).

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. 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.

MEDIA KUENS 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

TAHAP KUENS MELALUI MEDIA CAIR 1. Selimut uap (Vapour blanket) 2. Pendidihan (Boiling) 3. Konveksi (Convection ) 900 1. Selimut uap 800 700 600 2.Pendidihan Temperatur, ºC 500 400 300 3.Konveksi 200 Kurva kecepatan pendinginan (ºC/dt) Kurva pendinginan 100 5 10 15 20 25 Waktu (detik)

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.

KONDISI KOMPONEN VS MEKANISME KUENS 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 760 C 645 C 538 C 427 C 315 C Jadi, geometri komponen serta kondisi media kuens dapat mempengaruhi hasil kekerasan pada permukaan

MIKROSTRUKTUR BAJA SESUDAH KUENS --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 Mikrostruktur baja kondisi anil (lunak), sebelum dikeraskan Pengerasan termal Martensit Sisa  Mikrostruktur baja setelah dikeraskan: martensit diperkuat oleh karbida Karbida

-- terdapat tegangan sisa akibat kuens -- rapuh dan mudah patah 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

PERLAKUAN TEMPER Pemanasan kembali setelah kuens dibawah garis A1 (160-650 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

DIAGRAM TTT/CCT --Digunakan untuk mengetahui mikrostuktur yang EHW 98 DIAGRAM TTT/CCT --Digunakan untuk mengetahui mikrostuktur yang terbentuk pada pendinginan non-ekuilibrium Austenite A3 A1 A+F Start Finish Ferrite +Pearlite Nose  Temperatur °C Bainite Ms Martensite +  Mf Log waktu

Diagram Isothermal transformation for 0.2 C. 0.9% Mn steel

DIAGRAM TTT UNTUK BAJA 0.8% C EHW 98 DIAGRAM TTT UNTUK BAJA 0.8% C Martensite Martensite + Auatenite Ms Mf Pearlite Bainite coarse fine upper lower Austenite Ae1 Ps Pf Bs Bf 1 sec. 1min. 1 hour 1 day Hardness, HRc Temperature ºC

Continuos Cooling Transformation Diagram

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.

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

DISTORSI DAN KERETAKAN EHW 98 DISTORSI DAN KERETAKAN Penyebab: --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.

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

CATATAN DISTORSI KOMPONEN EHW 98 CATATAN DISTORSI KOMPONEN Distorsi yang dapat dihindarkan Distorsi yang tidak dapat dihindarkan --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.