Case Hardening Dijelaskan: Meningkatkan Ketahanan & Kekuatan Permukaan Logam

Kemampuan untuk menahan aus dan indenter adalah dua atribut yang sangat penting dari beberapa jenis logam. Hardness, pengukuran properti ini, adalah pertimbangan kunci saat memutuskan logam mana yang akan dipilih. Untuk memastikan bahwa hardness metal substrate sesuai, beberapa logam mengubah surface hardness mereka melalui metode yang disebut surface hardening.

Case hardening adalah teknik untuk meningkatkan ketahanan dan penampilan metal surface, di mana metal surface diperkuat dengan menambahkan lapisan tipis di atas permukaan logam alloy lainnya. Lapisan tipis alloy biasanya lebih keras dan lebih awet daripada logam asli.

Apa Itu Case Hardening?

Case hardening juga disebut “surface hardening”. Ini adalah proses heat treatment yang mengeras permukaan bagian logam sambil mempertahankan bagian dalam tetap relatif lunak.

Untuk besi baja atau steel dengan low carbon content, case hardening procedure biasanya melibatkan penambahan carbon atau nitrogen tambahan ke surface. Solid metals mengandung molecules dan atoms yang dipadatkan ke dalam crystalline structure. Ketika carbon menyebar dari carbonaceous material pada surface low-carbon steel atau alloy steel ke dalam crystal structure, kekuatan dan hardness outer layer akan meningkat secara tajam. Shell depth dari carbon diffusion dapat dikontrol secara halus untuk menentukan mechanical properties shell.

Mengapa Case Harden?

Ada banyak alasan untuk surface hardening sebuah material daripada mencoba mengeras seluruh objek logam. Satu alasan adalah efisiensi. Dibandingkan seluruh cross-section metal, diperlukan lebih sedikit energi dan waktu untuk memanaskan outermost surface metal. Efisiensi ini dapat menghemat banyak biaya dalam operasi manufaktur skala besar.

Case hardened parts sangat cocok untuk bagian yang selalu dalam kontak dengan hard atau abrasive parts, karena surface hardened parts lebih tahan aus, dan biasanya lebih kuat daripada bagian yang telah melalui “though-hardening” procedure, karena core surface hardened parts lunak, jadi dapat menahan stress yang lebih besar tanpa retakan. Selama surface hardening process, suhu yang lebih rendah juga diterapkan pada berbagai metal (seperti thin steel layers) selama proses manufaktur untuk mencegah deformasi.

Tipe Metode Case Hardening

Heating And Quenching

Juga disebut flame atau induction hardening. Seperti namanya, proses pemanasan surface logam ini melibatkan api atau panas. Dalam proses ini, high-carbon steel parts dipanaskan ke suhu ekstrem oleh oxygen flame atau induction heating, lalu heated carbon steel parts akan didinginkan cepat oleh coolant (biasanya air) . Flame quenching ini hanya memberikan hasil yang baik pada steel atau iron dengan carbon content yang cukup. Carbon content harus 0.3-0.6wt%C. Untuk steel atau iron materials dengan carbon content lebih rendah dari nilai ini, ada proses lain, seperti nitriding dan carburizing.

Nitriding

Nitriding adalah bentuk lain dari surface hardening technology. Dalam proses ini, steel parts dipanaskan ke 484-621°C dalam lingkungan ammonia dan dissociated ammonia. Depth dari hardened surface tergantung pada berapa lama steel part tinggal dalam ammonia environment. Metode ini harus menggunakan elemen seperti chromium, molybdenum, dan aluminium untuk membentuk nitrides untuk mengeras surface steel parts. Suhu yang lebih tinggi dan paparan nitrogen akan mempromosikan pembentukan nitrides, yang secara inheren sangat keras dan tahan aus. Proses ini efektif hanya ketika metal mengeras dengan elemen yang dapat membentuk nitrides (seperti chromium dan molybdenum). Nitriding biasanya memerlukan suhu yang lebih rendah daripada heating dan quenching, dan tidak memerlukan proses quenching, sehingga mengurangi deformasi.

Carburization

Carburizing adalah bentuk lain dari surface hardening yang banyak digunakan untuk meningkatkan mechanical properties steel substrates. Dalam carburizing process, steel alloy dipanaskan ke suhu tinggi lalu diekspos pada sejumlah besar carbon pada surface. Terlepas dari application requirements, external carbon source dapat berupa gas, liquid atau solid. Sejumlah besar external carbon kemudian akan membentuk carbides dengan elemen lainnya pada steel surface. Carbides ini memberikan hardness dan resistensi aus yang lebih tinggi. Mirip dengan nitriding, heating requirements biasanya lebih rendah dan mungkin menghasilkan lebih sedikit deformasi.

Keuntungan Case Hardening

1. Surface Hardening Meningkatkan Ketahanan Dan Penggunaan Ekonomis Bagian Steel

Salah satu keuntungan utama case hardening adalah memberikan enhanced durability untuk steel components. Mechanical strength dan surface hardness yang dihasilkan oleh surface hardening, serta retensi soft core, secara signifikan meningkatkan resistensi aus dan fatigue life komponen. Retaining softer core dapat meningkatkan ability untuk menyerap energi yang dilepaskan oleh impact load, thereby helping to extend service life dan economic advantages.

2. Surface Hardening Memungkinkan Steel Dengan Machinability Tinggi Digunakan Untuk Aplikasi Heavy-duty

Umumnya, alloy yang digunakan untuk heavy-duty applications memiliki low machinability karena mereka perlu lebih keras dan kuat. Dalam hal ini, surface hardening process memungkinkan low-carbon steel dengan precision machinability digunakan dalam weapon dan gun applications, serta aplikasi heavy-duty serupa lainnya yang membutuhkan mechanical strength, fine surface treatment, dan precise geometry. Subsequent surface hardening after processing memberikan excellent wear resistance dan hardness untuk surface precision machined parts.

3. Surface Hardening Meningkatkan Weldability Steel

Surface hardening meningkatkan weldability steel, yang penting untuk beberapa aplikasi engineering.

4. Surface Hardening Oleh Nitriding Dapat Meminimalkan Deformasi

Surface hardening steel oleh nitriding dapat menghasilkan low-cost, wear-resistant load-bearing surface dengan minimal deformation. Pada suhu sekitar 150°C (302°F), nitrided surface tidak akan kehilangan hardness seperti carburized steel.

Kesimpulan

Dalam aplikasi di mana komponen mengalami shock loads, vibrations, dan misalignment conditions, case hardened steel adalah pilihan pertama. Berbeda dengan through-hardened steel, surface-hardened low-carbon steel dan alloy steel menjadi tough, strong, hard dan not brittle. Surface hardening juga menghasilkan wear-resistant surface, menyediakan durability dan reliability.