HEAT TREATMENT. Pembentukan struktur martensit terjadi melalui proses pendinginan cepat (quench) dari fasa austenit (struktur FCC Face Centered Cubic)

Transkripsi

1 HEAT TREATMENT Perlakuan panas (heat treatment) ialah suatu perlakuan pada material yang melibatkan pemanasan dan pendinginan dalam suatu siklus tertentu. Tujuan umum perlakuan panas ini ialah untuk meningkatkan kinerja material dengan cara memodifikasi struktur mikro dan sifat mekanis dari material tersebut, sehingga diharapkan dengan adanya perlakuan panas ini, material menjadi lebih berdaya guna dan dapat memenuhi tuntutan aplikasinya. Proses perlakuan panas untuk mendapatkan atau memperbaiki sifatsifat mekanis seperti kekerasan dan ketangguhan umumnya dilakukan dengan cara menaikkan temperatur logam diatas temperatur kritis (garis A1 pada diagram Fe-Fe3C) yaitu temperatur dimana mulai terjadinya transformasi struktur dari ferit menjadi austenit. Selanjutnya logam ditahan pada temperatur tersebut untuk waktu tertentu dan dilanjutkan dengan pendinginan dengan kecepatan dan media tertentu pula. Hardening (proses pengerasan) merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan material. Mekanisme peningkatan kekerasan ini bermacam-macam. Namun dalam ilmu perlakuan panas, hardening pada prinsipnya dilakukan dengan membentuk suatu baru struktur yang keras pada material. Mekanisme yang biasa dilakukan ialah dengan penambahan suatu unsur atau sekedar membuat suatu struktur yang keras dengan komposisi yang telah ada pada material. Salah satu struktur keras yang dimaksud pada mekanisme kedua ialah martensit (>500 BHN). Struktur martensit bersifat keras dan rapuh sehingga pada prakteknya tidak dapat langsung digunakan, karena pembentukan martensit diiringi distorsi matriks yang cukup besar. Pembentukan struktur martensit terjadi melalui proses pendinginan cepat (quench) dari fasa austenit (struktur FCC Face Centered Cubic)

2 hingga temperatur ruang, yang berakibat pada terperangkapnya atom karbon (tidak sempat berdifusi) sehingga terjadi peregangan kisi dari struktur BCC (Body Centered Cubic) yang seharusnya terbentuk (ferrite) menjadi martensit yang berstruktur BCT (Body Centered Tetragonal). Gambar dibawah ini menunjukan ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan maternsit. Struktur mikro yang akan ada pada baja akibat proses perlakuan panas adalah ferit, sementit, perlit, bainit, martensit dan karbida. Ferit 1. Terbentuk dari proses pendinginan yang lambat dari austenit (baja hypoeutectoid) 2. Bersifat lunak dan ulet 3. Mempunyai konduktivitas panas yang tinggi Sementit 1. Senyawa besi dan karbon (Fe 3 C) 2. Bersifat keras 3. Pada pendinginan lambat bentuknya lamellar. Perlit 1. Campuran antara ferit dan sementti 2. Pada 0,8% karbon perlit yang tebentuk berupa campuran ferit dan sementit yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun secara bergantian. Bainit 1. Merupakan fasa yang kurang stabil (metastabil) 2. Diperolah dari austenit pada temperatur yang lebih dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke martensit.

3 3. Hasil transformasi berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit (tetapi bukan perlit). 4. Kekerasan bervariasi tergantung pada temperatur transformasinya. 5. Jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut upper bainit (strukturnya seperti perlit yang sangat halus). 6. Jika terbentuk pada temperatur yang relatif rendah disebut lower bainit (strukturnya menyerupai martensit temper). Martensit 1. Merupakan fasa yang terbentuk akibat karbon larut lewat jenuh pada besi alfa. 2. Terjadi dengan pendinginan yang cepat 3. Sel satuannya Body Center Tetragonal (BCT) 4. Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal 5. Makin tinggi konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang terisi sehingga efek tetragonalitasnya makin besar. Karbida 1. Unsur-unsur paduan banyak digunakan untuk baja-baja perkakas (misalnya hot work tool steel, cold work tool steel, HSS) 2. Meningkatkan ketahanan aus dan memelihara kestabilan pada temperatur tinggi. 3. Keberadaan unsur paduan pada baja akan menimbulkan terbentuknya karbida seperti M 3 C,M 23 C 6,M6C,M7C Karbida mempunyai kekerasan yang tinggi 5. Banyaknya karbida yang terbentuk sangat dipengaruhi oleh persentase karbon dan unsur paduan serta tergantung jenis karbida yang akan terbentuk. 6. Adanya perbedaan kecepatan pendinginan pada proses perlakuan panas menyebabkan perbedaan struktur mikro yang terjadi.

4 7. Diagram fasa tidak dapat memberikan informasi struktur mikro yang terjadi jika kecepatan pendinginan berbeda (dalam kondisi tidak setimbang). 8. Untuk itu diperlukan suatu diagram yang dapat memberikan informasi struktur mikro yang terbentuk akibat proses pendinginan yang berbeda-beda yaitu diagram TTT (time-temperaturetransformation), diagram S atau diagram C dan atau I-T diagram (isothermal-transformation). Gambar Ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan martensit Kekerasan martensit akan bertambah seiring dengan naiknya kadar karbon. Selain itu, kekerasan martensit ini juga dipengaruhi oleh temperatur austenisasi, waktu tahan, dan kecepatan pendinginan. Namun, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, peningkatan kekerasan ini tetap akan berakibat menurunnya ketangguhan material. Karena itulah proses tempering perlu dilakukan untuk meningkatkan ketangguhan material, terlebih lagi material yang telah mengalami proses hardening (untuk mengurangi brittleness). Baja yang mengandung martensit akibat mekanisme quench akan mempunyai sifat yang sangat getas. Hal ini karena proses pembentukan martensit tersebut akan meningkatkan tegangan sisa di dalam baja. Proses temper untuk menghilangkan tegangan sisa sekaligus meningkatkan

5 ketangguhan pada baja dilakukan dengan pemanasan baja pada suatu temperatur di bawah garis A1 atau lower critical temperature (723 0 C). Peningkatan ketangguhan dan keuletan baja ini biasanya dilakukan dengan mengorbankan sedikit kekerasan. Gambar Diagarm Fasa Fe-Fe3C