Perlakuan panas merupakan langkah penting untuk menjamin sifat mekanik coran baja. Melalui pencetakan, penuangan, pengocokan, dan pembersihan, coran mengambil bentuk akhirnya—tetapi mungkin tidak cukup kuat atau cukup elastis untuk penggunaan akhirnya. Dengan memanaskan dan mendinginkan logam pada kecepatan yang berbeda, pengecoran dapat mengubah sifat mekaniknya.
Tapi bagaimana penerapan panas mengubah kekuatan atau fleksibilitas logam?
Ketika logam cair mendingin, ia membeku dalam struktur kristal. Di bawah mikroskop, struktur ini terlihat seperti kristal es yang terbentuk pada kaca di musim dingin. Setiap struktur tumbuh dari titik pusat sampai bertemu dengan struktur kristal lain. Struktur ini membentuk "butiran" logam.
Sama seperti kondisi musim dingin yang bervariasi menciptakan banyak jenis pola embun beku, begitu pula suhu yang berubah-ubah mengubah kristal yang membuat logam. Butir yang mereka buat biasanya tidak terlihat tetapi terungkap saat logamnya digores dengan asam.
Bentuk dan hubungan butir dalam paduan menentukan sifat mekaniknya. Butir bulat dapat meluncur melewati satu sama lain ketika logam dipukul, penyok daripada tetap kuat atau pecah. Butir-butir datar bisa saling menumpuk dan saling menopang seperti batu bata di dinding; lebih kuat dari butir bulat, tapi masih agak bergerak. Biji-bijian yang bergerigi dan saling bertautan mungkin tidak memiliki daya sama sekali. Perlakuan panas suatu logam dapat membentuk kembali kristalisasinya, yang mengubah butirnya, dan oleh karena itu sifat logam tersebut.
Bayangan seorang pandai besi di bengkelnya, menumbuk lempengan logam yang bersinar, segera dapat dikenali meskipun itu bukan pemandangan biasa lagi. Namun, untuk sebagian besar sejarah manusia, pandai besi akan mengerjakan logam secara mekanis untuk membuatnya lebih kuat. Saat ini, alih-alih dikerjakan dengan tangan oleh pandai besi, baja sering digulung untuk mengeraskan secara mekanis.
Membayangkan struktur butir menjelaskan bagaimana fungsi pengerasan kerja. Butir bulat di dalam logam berubah bentuk, dan bentuk barunya memberi kekuatan pada logam. Dalam cold-rolling, misalnya, butiran bulat diperas dan diregangkan menjadi lebih seperti batang. Batang ini saling mendukung, seperti tongkat dalam bundel. Seorang pandai besi atau pekerja logam dapat memalu, memelintir, memanaskan, mendinginkan, dan meregangkan suatu benda untuk mengubah bentuk butir. Jika butiran tidak memiliki tempat untuk pergi ketika dipukul, mereka membentuk matriks yang tidak dapat digerakkan dan tidak elastis yang meningkatkan kekerasan logam.
Namun, kekerasan ini dapat menimbulkan kerugian:kekuatan dapat membuat material menjadi rapuh. Butir-butir yang bentuknya tidak beraturan tidak mudah meluncur melewati satu sama lain:butir-butir itu terjepit bersama. Setiap benturan yang cukup besar—sesuatu yang lebih besar dari kekuatan ikatan antar butir—akan menghancurkannya.
Pengecoran mulai menciptakan sifat mekanik baja yang diinginkan dengan memilih paduan yang diketahui menghasilkan karakteristik tersebut. Namun ada sedikit kontrol atas kristalisasi logam ini saat pengecoran mendingin. Karena kristalisasi menciptakan sifat mekanik logam, paduan mungkin tidak berperilaku optimal kecuali diperlakukan lebih lanjut. Pengecoran dapat melakukannya dengan memanaskan dan mendinginkan logam secara teratur dan terkendali.
Perlakuan panas adalah cara non-destruktif untuk mengubah sifat material. Terkadang proses ini merupakan proses sekunder dengan logam yang dikeraskan dengan kerja—tetapi merupakan pilihan pertama pengecoran, karena pengecoran sudah dalam bentuk yang tepat dan tidak dapat dikerjakan.
Kristalisasi hampir selalu dimulai dari permukaan luar dan bergerak ke dalam, dan—khususnya dalam coran besar—ada perbedaan suhu yang besar antara cangkang coran dan pusatnya. Kristal tumbuh tidak teratur, biasanya lebih tajam dan kurang lunak di dekat permukaan. Mereka sering bulat dan karenanya lebih lembut semakin jauh masuk. Bentuk pengecoran dan cacat atau inklusi dalam logam akan mempengaruhi tingkat pendinginan, yang mengarah ke zona dalam logam yang memiliki sifat mekanik yang berbeda. Perbedaan ini dapat menyebabkan regangan logam internal, yang dapat menyebabkan kelelahan atau kegagalan logam. Perlakuan panas memungkinkan pengecoran kembali ke dalam logam dan mengatur ulang kristal yang menyusunnya.
Perendaman adalah proses yang membentuk dasar untuk semua metode perlakuan panas. Perlakuan panas bergantung pada suhu "rekristalisasi" logam yang berada di bawah titik lelehnya. Selama rekristalisasi, karbon dibuka untuk berdifusi melalui logam, berpindah dari satu bentuk molekul ke bentuk molekul lainnya tergantung pada panas, persentase karbon, dan waktu. Pergerakan karbon ini mengubah pola kristalisasi logam, dan karenanya membawa sifat material yang berbeda. Diagram fase besi-karbon menunjukkan pembentukan butir austenit, ferit, perlit, dan sementit pada waktu dan suhu yang berbeda dalam panas. Martensit, struktur butir lain yang ditemukan pada baja yang dikeraskan, dibentuk oleh austenit yang mengejutkan.
Perendaman karena itu proses membawa coran di atas titik rekristalisasi. "Waktu pada suhu" perendaman yang ditentukan untuk perlakuan panas memungkinkan kristal dalam logam meleleh dan terbentuk kembali. Melihat siklus fase besi-karbon dapat membantu pengecoran mengetahui berapa lama untuk menahan pengecoran pada suhu untuk memungkinkan difusi karbon tertentu.
Di sebagian besar (tetapi tidak semua) bagian dari siklus fase besi-karbon, merendam logam tuang atau logam yang dikerjakan akan membuatnya kurang keras dan rapuh. Karena butiran dalam logam tumbuh lebih teratur, mereka lebih bulat dan dapat mengatur ulang dampak dengan meluncur melewati satu sama lain. Selain itu, karena benda tersebut mencapai suhu yang sama secara keseluruhan, kristal biasanya lebih seragam dibandingkan dengan benda yang baru dituang.
Annealing dimulai dengan perendaman, dan kemudian dilanjutkan dengan sangat lambat membiarkan baja dingin di tungku. Pekerja pengecoran mematikan tungku dan memungkinkan penurunan suhu yang lembut dan terkontrol. Ada konsistensi termal di seluruh objek baik saat pemanasan dan pendinginan, yang berarti ada beberapa tekanan internal:tidak ada "zona" logam dengan sifat kristalisasi yang berbeda terjadi. Logam yang telah dianil umumnya sangat mudah dibentuk, dengan peningkatan keuletan, kekuatan tarik, dan pemanjangan. Ukuran butir dengan logam anil seringkali sangat besar karena kurva pendinginan yang sangat lambat.
Menormalkan logam berarti membawanya ke suhu rekristalisasi dengan merendam, dan kemudian menariknya dari tungku dan membiarkannya mendingin di atmosfer. Banyak sifat logam anil terlihat jelas pada logam yang dinormalisasi, tetapi karena pendinginan yang tidak merata, butirannya cenderung sedikit kurang teratur. Namun, perbedaan suhu yang jauh lebih kecil daripada yang ditemukan pada logam beku berarti produk yang dinormalisasi kurang rapuh.
Laju pendinginan yang ditemukan dalam normalisasi menciptakan butiran yang lebih kecil pada logam daripada anil, yang berarti bahwa secara umum, itu akan lebih kuat atau lebih keras daripada logam anil.
Bagaimana jika diinginkan tingkat kekerasan yang sangat tinggi? Saat membuat perkakas dan suku cadang mesin, melunakkan logam dapat merusak tujuannya.
Perlakuan panas dapat memungkinkan kekerasan ditentukan dan konsisten. Untuk menciptakan kekerasan pada baja, pengecoran merendam baja sampai austenit menjadi molekul utama dan kemudian mendinginkannya dalam oli yang lebih dingin atau udara paksa. Ketika austenit diguncang dingin, ia menciptakan struktur kristal yang sedikit tidak teratur yang disebut martensit. Bahan ini lebih keras karena distorsi karbon di setiap molekul martensit.
Karena pendinginan terjadi dari luar ke dalam, benda besar dapat mengalami tekanan kristalisasi cepat yang mengarah ke tekanan internal dalam logam. Gaya-gaya ini terkadang dapat menyebabkan keretakan jika pendinginannya terlalu ekstrim. Untuk alasan ini, pendinginan air tidak terlalu umum untuk benda baja besar, karena menyebabkan penurunan suhu yang sangat cepat yang dapat menyebabkan retakan. Minyak dan udara mendingin sedikit kurang kuat.
Namun, bukan hanya baja yang dipadamkan untuk pengerasan. Pendinginan air digunakan dalam pengecoran. Logam non-baja mungkin tidak mengalami tekanan internal yang sama karena fase dan struktur molekulnya akan berbeda. Mangan dipadamkan dengan air pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada baja, tanpa retak. Namun, perbedaan suhu begitu besar sehingga pendinginan apa pun akan menghasilkan banyak energi yang bisa salah! Di bawah ini adalah ledakan yang disebabkan oleh inti pasir yang tertahan selama pendinginan pengecoran baja mangan. Len Cranmore dari Reliance Foundry, sekarang Manajer Penjualan kami, tidak terluka dalam ledakan ini, tetapi harus memadamkan api kecil yang dimulai oleh pecahan peluru pasir yang sangat panas.
Menemukan campuran yang tepat antara kekerasan dan keuletan juga dapat dicapai melalui proses yang disebut tempering. Tempering sering dilakukan dengan baja yang dipadamkan untuk membuatnya kurang rapuh sambil mempertahankan beberapa kekerasan. Dalam tempering, logam dipanaskan lagi, tetapi sekarang ke suhu yang lebih rendah daripada di anil, normalisasi, atau pendinginan.
Martensit bukanlah molekul yang stabil dalam panas—ini dicapai di bawah kejutan—jadi tempering baja berarti mendestabilisasi martensit untuk membiarkannya mulai berubah menjadi sementit dan ferit. Kisaran suhu dan lamanya waktu dalam oven temper akan mempengaruhi seberapa banyak martensit yang diubah dan oleh karena itu seberapa lunak logam tersebut. Misalnya, pegas logam dapat ditempa pada suhu yang lebih tinggi untuk meningkatkan elastisitas dibandingkan dengan perkakas yang ditempa pada suhu yang lebih rendah untuk mempertahankan kekerasan.
Tempering sering digunakan untuk menghilangkan tegangan internal pada material yang dipadamkan. Logam yang mengalami tekanan panas lainnya seperti pengelasan atau pandai besi dapat ditempa agar molekul di dalamnya sedikit rileks satu sama lain.
Dalam pengecoran, coran biasanya dipanaskan secara seragam. Namun, terkadang suatu barang dapat mengalami perlakuan panas yang tidak teratur. Pedang baja temper biasanya memiliki temper yang bervariasi, sehingga bilahnya memiliki tepi yang keras sementara intinya tetap kenyal. Mata air terkadang melalui perlakuan panas yang berbeda, agar sesuai dengan fungsinya.
Seperti banyak pengecoran, pemahaman tentang kimia paduan berarti bahwa waktu, suhu dan toleransi dapat ditentukan secara ilmiah. Namun, seiring waktu, seorang pekerja pengecoran mengetahui logam yang mereka kerjakan. Seperti seorang koki ahli yang mengetahui bahan-bahan mereka dengan cukup baik sehingga tidak memerlukan resep, seorang pekerja pengecoran ahli akan tahu kapan ada sesuatu yang salah. Sebuah logam yang membutuhkan waktu terlalu lama untuk bersinar, atau mendingin terlalu cepat, menceritakan kisah molekuler kepada mata yang berpengalaman—tanpa bantuan peralatan di lab.
Logam
Selama pembuatan produk, bahan logam akan menjalani berbagai proses. Logam dapat ditempa, dilemparkan, ditekuk, diputar, digiling, digiling, dibor, dilas, atau dengan mesin lainnya. Dengan begitu banyak alat dan perlengkapan yang memberikan tekanan pada bagian logam, berbagai jenis tekanan dapat ter
Meskipun bagian cor investasi biasanya memerlukan sedikit atau tidak ada mesin mereka sering perlu menjalani perlakuan panas. Pemanasan dan pendinginan yang terkontrol melepaskan tekanan internal, mengoptimalkan sifat mekanik, dan memodifikasi kekerasan permukaan untuk meningkatkan daya tahan dan ki
Ada banyak cara untuk mengubah sifat logam dan responsnya terhadap pemesinan presisi . Salah satu metode tersebut adalah perlakuan panas. Perlakuan panas mempengaruhi berbagai aspek logam, termasuk kekuatan, kekerasan, ketangguhan, kemampuan kerja, kemampuan bentuk, keuletan dan elastisitas. Ini jug
Peran perlakuan panas adalah untuk meningkatkan sifat mekanik bahan, menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan kemampuan mesin logam. Menurut tujuan perlakuan panas yang berbeda, proses perlakuan panas dapat dibagi menjadi dua kategori:perlakuan panas awal dan perlakuan panas akhir. Perlakuan Pan
