Proses Perlakuan Panas: Meningkatkan Kekuatan & Performa Logam
Perlakuan panas didefinisikan sebagai proses gabungan pemanasan dan pendinginan logam untuk mengubah properti fisik dan mekanis dari suatu material. Perlakuan panas digunakan untuk homogenisasi paduan logam cor untuk meningkatkan kemampuan kerja pada suhu sangat tinggi, untuk mengubah mikrostruktur sedemikian rupa sehingga mencapai properti mekanis yang diinginkan. Untuk melakukan proses perlakuan panas, keselamatan adalah prioritas pertama bagi orang yang menangani karena dalam proses ini sejumlah besar panas dilepaskan, jika ada yang salah dapat mengakibatkan masalah yang sangat serius. Proses perlakuan panas dilakukan di tungku dan oven di mana suhu berubah sesuai kebutuhan dan logam yang akan dilakukan proses, selain itu gas digunakan untuk mengontrol atmosfer untuk proses perlakuan panas tertentu. Ketika logam menyentuh atmosfer maka ada kemungkinan bahwa logam dapat bereaksi dengan atmosfer dan terlibat dalam reaksi kimia. Dalam atmosfer, banyak gas dan kelembaban yang tersedia yang dapat mempengaruhi proses perlakuan panas itulah sebabnya sebelum melakukan proses perlakuan panas apapun atmosfer dari ruang tertentu harus dipelihara. Ini mengurangi efek oksidasi pada komponen yang sedang diperlakukan.
Perlakuan panas terkait dengan meningkatkan kekuatan material, tetapi tidak hanya terkait dengan kekuatan. Ini juga mengubah aspek manufaktur seperti meningkatkan pemesinan, formabilitas, dan ketika operasi selesai material memulihkan ductility-nya pada pendinginan.
Tujuan dari proses perlakuan panas.
Menyempurnakan ukuran butir.
Meningkatkan machinability material.
Menghilangkan tekanan residu internal.
Menghilangkan gas yang membuat rapuh baja.
Mengubah komposisi permukaan dengan difusi.
Untuk mencapai properti mekanis, fisik atau kimiawi material yang diinginkan.
Mengembalikan baja yang telah diperkeras.
Parameter yang mempengaruhi komposisi dan properti material logam adalah sebagai berikut.
Atmosfer
Plating permukaan
Difusi permukaan
Pendinginan
Pemanasan
Input kerja
Waktu
Klasifikasi Proses Perlakuan Panas:
Perlakuan panas dapat diklasifikasikan menjadi jenis berikut.
Proses Perlakuan Panas Umum:
Homogenization
Annealing
Normalizing
Perlakuan yang digunakan untuk mengubah properti permukaan (kimia).
Carburising
Nitriding
Carbonitriding
Nitro carburizing
Perlakuan yang digunakan untuk mengubah struktur fase.
Hardening
Tempering
Induction hardening.
Proses perlakuan khusus
Sintering
Pengantar dasar dari semua proses perlakuan panas ini diberikan di bawah ini.
Proses Perlakuan Panas Umum:
1. Homogenization
Homogenization adalah proses perlakuan umum ketika material dilakukan operasi sebelum perlakuan aktual dimulai homogenization dilakukan untuk mempertahankan suhu yang sama di seluruh material yang diperlakukan. Juga dilakukan untuk mengurangi efek coring yang disebabkan oleh komposisi kimia yang tidak seragam.
2. Annealing.
Seperti yang kata, pertama material dipanaskan pada suhu sangat tinggi dan kemudian didinginkan perlahan. Ini adalah salah satu proses perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan ductility material dan mengurangi kekerasan. Ketika kekerasan dan ductility material berubah hasilnya adalah pengurangan dislokasi dalam struktur kristal material. Material dipanaskan pada suhu yang ditetapkan, dipegang untuk waktu tertentu lalu mulai didinginkan perlahan pada suhu ruangan. Jika material adalah baja, dilakukan dengan memanaskan baja di atas suhu kritis baja yaitu 727 derajat Celsius dan membiarkannya didinginkan perlahan.
Tahapan proses annealing
Recovery stage
Recrystallization stage
Grain growth stage.
3. Normalizing:
Ini adalah proses perlakuan panas di mana material dipanaskan di atas 910 derajat Celsius untuk menyelesaikan austenitization. Setelah material mencapai tahap austenitization maka didinginkan di udara untuk mendapatkan fine pearlite, yang memiliki kekerasan dan ductility yang baik. Proses normalizing digunakan untuk material ferrous untuk meningkatkan properti mekanis material.
Kimia Permukaan:
1. Carburising
Carburising adalah proses perlakuan panas permukaan, yang dilakukan pada permukaan material untuk meningkatkan kekerasan dan resistensi aus logam. Seperti yang namanya implikasikan ada penambahan karbon pada permukaan logam terutama baja karbon rendah pada suhu yang ditetapkan. Juga disebut proses case hardening di mana bagian material yang konten karbon rendah dipanaskan pada suhu tinggi dalam kehadiran atmosfer gas kaya karbon. Ketika material dipanaskan pada suhu tinggi dalam lingkungan karbon tinggi memungkinkan difusi atom karbon secara langsung ke dalam permukaan bagian tempat proses carburisation harus dilakukan. Jumlah karbon yang terserap ke dalam permukaan logam tergantung pada potensi karbon atmosfer, suhu pemanasan dan waktu material terpapar pada suhu tersebut. Untuk memperkeras baik casing maupun inti material, rapid quenching harus dilakukan. Setelah quenching selesai, bagian yang telah di-carburising dari material di-tempered untuk mencapai persyaratan pelanggan. Ini secara dramatis meningkatkan ductility dan ketawalan material.
Metode carburisation yang berbeda Pack carburization Gas carburization Vacuum carburization Liquid carburization
Keuntungan carburization:
Dapat dilakukan pada bagian sederhana dan kompleks.
Meningkatkan kekerasan permukaan material.
Meningkatkan resistensi aus dan kekuatan fatigue material.
2. Nitriding:
Ini juga proses perlakuan panas, seperti yang namanya implikasikan nitrogen ditambahkan pada permukaan material terutama baja. Ada dua metode yang terlibat dalam proses nitriding yaitu Gaseous process dan Plasma process. Dalam proses nitriding, bagian material dipanaskan pada 600 derajat Celsius dalam kehadiran gas dan dissociated ammonia dan kekerasan tercapai oleh pembentukan ammonia pada permukaan bagian logam. Dalam gaseous process dissociated ammonia bertindak sebagai sumber sementara dalam case plasma nitrogen ion difusi ke permukaan material. Dalam gas nitriding, quenching process tidak diperlukan, dan mengembangkan hard case pada bagian material pada suhu rendah. Dalam plasma nitriding penetrasi lubang buta tidak mungkin dan ini proses yang sangat terbatas.
Keuntungan nitriding
Meningkatkan fatigue life.
Meningkatkan resistensi aus dan korosi
Kekerasan tinggi dapat dicapai dibandingkan carburized hardness.
Tidak perlu quenching.
Distorsi bagian minimum.
3. Carbonitriding:
Proses carbonitriding dilakukan pada permukaan material untuk menghasilkan hard dan wear resistance case. Seperti yang namanya implikasikan baik karbon maupun nitrogen terlibat dalam proses ini. Difusi karbon dan nitrogen meningkatkan hardenability material, lebih keras dibandingkan carburization process. Untuk melakukan carbonitriding process suhu lebih rendah diperlukan dibandingkan carburization, karena itu distorsi material berkurang. 0.5 to 0.8% karbon dan 0.2 to 0.4% ditambahkan dalam proses ini ke permukaan material. Setelah difusi selesai maka komponen langsung di-quenched dalam oil untuk menghindari cracking.
Keuntungan:
Kekerasan permukaan tinggi dan wear resistance.
Meningkatkan fatigue life by 30 to 100%.
Karena suhu lebih rendah distorsi reduced.
Good for high-temperature application.
Meningkatkan tensile strength dan yield point.
4. Ferritic Nitrocarburising:
Ini juga adalah case hardening process dan digunakan untuk menghasilkan hard dan wear resistant surface pada low grades of steel material. Ferritic nitro carburizing diffuses nitrogen dan carbon ke dalam case of a work piece di bawah suhu kritis 650 degrees Celsius. Pada suhu ini microstructure of the work piece atau material tidak convert into austenitic phase, it stays in the ferritic phase that’s why it is called as ferritic Nitrocarburising.
Perlakuan yang digunakan untuk mengubah struktur fase:
Hardening
Tempering
Induction hardening.
1. Hardening
Digunakan dasarnya untuk ferrous metal. Metal dipanaskan pada suhu yang ditetapkan dan kemudian didinginkan dengan cepat dengan memasukkan heated metal di dalam water-filled tank. Juga dapat didinginkan di air untuk harden the metal. Ini meningkatkan kekerasan dan kekuatan metal tetapi pada saat yang sama meningkatkan brittleness of the metal.
2. Tempering
Ketika steel dipanaskan propertinya berubah seperti hardness dan brittleness increases that is more important for practical application. Ketika metal heated up ia expands dan on cooling its shape shrink. During metal cooling, internal stresses are set up. So the metal is tempered once hardness is done on metal surface to relieve internal stresses dan reduce brittleness. In tempering process metal is heated to specified temperature dan allows cooling in still air. Tempering temperature is lower than hardness temperature.
3. Induction Hardening
Induction hardening adalah proses surface treatment used to harden surface of steel dan alloy components. Metal parts are placed inside water-cooled copper coil.
This copper coil is connected to alternating current. Current is supplied to copper coil dan metal part is heated above transformation temperature. In this process, core part of metal stays unaffected to heat. Part is kept inside water-cooled copper coil until desired depth of hardness has been achieved. Once hardness is achieved it then quenched in oil or some other media depending upon material dan hardness required.
Proses perlakuan khusus
1. Sintering
Sintering adalah heat treatment process; applied to a power compact to impart strength dan integrity of material. Metal is heated below melting temperature of material that avoids liquefaction. Sintering process reduces porosity in material dan improves metal properties such as strength, hardness thermal conductivity etc.
This is basic introduction of heat treatment process. Jika ada pertanyaan mengenai artikel ini, tanyakan melalui komentar. Jika suka artikel ini, jangan lupa untuk membagikannya di jaringan sosial. Langganan situs web kami untuk artikel informatif lainnya. Terima kasih telah membaca.
