Perlakuan Panas Baja

 

Perlakuan panas menurut Tata Surdia (2000) adalah proses kombinasi antara pemanasan dan pendinginan yang terkontrol tehadap logam dalam keadaan padat dengan waktu tertentu untuk memperoleh sifat fisis dan mekanis tertentu. Selama proses pemanasan dan pendinginan akan  terjadi perubahan struktur mikro yang akan berakibat berubahnya sifat dari logam tersebut. Perlakuan panas secara umum meliputi :

a.       Pemenasan sampai suhu dan kecepatan tertentu.

b.      Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya merata.

c.       Pendinginan dengan media pendingin

Heat treatment pada baja secara umum dikategorikan sebagai berikut :

1)      Annealing

              Annealing adalah suatu proses perlakuan panas untuk mendapatkan sifat-sifat bahan sebagai berikut :

a)      mengurangi kekerasan.

b)      menghilangkan tegangan sisa.

c)      memperbaiki kekuatan.

d)     memperbaiki ductility

e)      menghaluskan ukuran butiran.

              Proses yang dilakukan yaitu dengan memanaskan bahan pada suhu ± 60 di atas suhu krtitis (daerah austenitic), kemudian setelah suhu merata didinginkan di dalam oven.

2)      Normalising

              Tujuan dari proses ini adalah untuk mendapatkan struktur butiran yang halus dan seragam, juga untuk menghilangkan tegangan dalam.

              Proses ini dilakukan pada baja konstruksi, baja roll, material yang mengalami penempaan, tidak mempunyai struktur yang sama karena jumlah beban tidak seimbang dan karena perubahan bentuk pada tahap-tahap pendinginan yang tidak merata untuk material yang ketebalannya tidak sama. Proses yang dilakukan yaitu dengan memanaskan bahan pada suhu ± 60 diatas suhu krtitis, kemudian setelah suhu merata didinginkan di udara.

3)      Quenching

              Proses ini bertujuan untuk merubah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur martensit yang keras. Untuk memberikan kekuatan dan keuletan pada baja, pertama baja harus dikeraskan dengan dicelup dingin. Lebih baik mempunyai 100% martensit setelah dicelup dingin, tetapi untuk mendapat 100% martensit harus didinginkan pada pendinginan tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis dari fasa austenit. Tetapi umumnya bagi yang berukuran besar susah untuk mendapat laju pendinginan yang lebih besar dari laju pendinginan kritis di tengah-tengahnya. Mampu keras adalah sifat yang menunjukan bahwa baja dikeraskan pada keadaan tertentu, berapa dalam permukaan yang didinginkan strukturnya menjadi martensit. Mampu keras baja dapat diperoleh dari diagram temperature transformasi dan waktu (diagram TTT). Proses quenching dilakukan dengan memanaskan baja di atas suhu kritis (± 60⁰C), tergantung dari kadar karbon, kemudian ditahan pada suhu tersebut dengan waktu tertentu dan didinginkan dengan cepat dalam fluida cair (air, minyak, oli, dll).

              Daerah pendinginan yang mendadak, tak ada waktu yang cukup bagi austenit untuk berubah menjadi ferit atau perlit sehingga akan berubah menjadi martensit. Kecepatan pendinginan ini tidaklah dapat dicapai secara menyeluruh dan merata ke bagian sebelah dalam, akibatnya pengerasan hanya terjadi pada bagian permukaan saja.              

4)      Tempering

              Tempering adalah proses memanaskan kembali logam yang telah dikeraskan pada suhu 150-560 ⁰C dan didinginkan secara perlahan-lahan dengan tujuan untuk menghilangkan tegangan dalam dan mengurangi kekerasan, sehingga bahan akan lebih ulet dan kerapuhannya berkurang. Untuk mendapatkan keuletan yang lebih tinggi, maka penemperan harus dilakukan pada suhu yang lebih tinggi antara 580-630⁰C. Dengan demikian dapatlah dicapai suatu panghalusan struktur pada segenap penampang dan peningkatan yang menonjol dalam kekuatan, batas rentang, keuletan takik serta kekenyalan. Baja yang dapat di-temper secara menyeluruh dan dapat mengeras secara menyeluruh disebut baja keras temper.

              Penemperan pada baja kerja cepat mengakibatkan peningkatan kekerasan karena terjadinya peralihan wujud susulan sisa austenit yang berkebutiran tertinggal pada pengejutan, ke dalam bentuk yang berkebutiran halus. Ditambah lagi dengan akibat karbid logam paduan.

              Baja setelah dicelup dengan cara dikejutkan pada media oli dengan suhu 20⁰C dibiarkan sampai kobaran padam dan bunyi mendesis berhenti sekitar suhu 200⁰C, langsung dilakukan penemperan karena baja akan mudah mengalami pecah atau retak terutama pada bernda kerja yang mempunyai bentuk sangat tipis atau kecil.

Gambar 2.5. kiri : pengerasan sederhana baja-baja C, (1) pemanasan pendahuluan, (2) pemanasan penyelesaian, (3) pengejutan, (4) penemperan, kanan : pengerasan terputus. (Smallman, 1991)

              Pengerasan sederhana seperti terlihat pada gambar 2.5 pada perkakas yang kurang peka dan mudah dibentuk (martil, pahat, penembus dan sebagainya). Perkakas yang dipanaskan hingga suhu pengerasan ini dicelup ke dalam air bersuhu 20⁰C dan digerakkan kuat-kuat. Mereka dibiarkan didalam media hingga mendingin secara menyeluruh sampai 100-200⁰C, kemudian dikeluarkan dan mendingin di udara,  pendinginan diikuti dengan penemperan.

              Penemperan berdasarkan tujuannya dapat dibedakan, antara lain :

Ø  penemperan membebaskan tegangan antara 100-200⁰C untuk memperlunak tegangan tanpamengurangi kekerasan. Pada bagian yang harus memiliki keawetan ukuran yang tinggi, contohnya alat ukur, perubahan ukuran yang akan terjadi setelah beberapa waktu pada suhu ruangan dapat didahului.

Ø  Penemperan untuk penuaan dilakukan  hingga suhu 200⁰C, baja ini memiliki ukuran yang tetap untuk waktu yang lama pada suhu ruang.

Ø  Penemperan antara 200-380⁰C untuk memperlunak kekerasan yang berlebihan dan meningkatkan keuletan, sedangkan perubahan ukuran yang juga terjadi pada pengejutan diperkecil (penting pada perkakas sayat), penemperan ini dilakukan  pada baja bukan paduan dan baja paduan rendah.

Ø  Penemperan antara 550-650⁰C untuk meningkatkan kekerasan dengan penguraian karbid, penerapannya hanya pada baja perkakas paduan tinggi. Penemperan baja bukan paduan berlangsung pada suhu penemperan yang berpedoman pada kandungan C dan kekerasan yang dikehendaki (180-340⁰C).

              Semakin tinggi suhu penemperan dan semakin lama didiamkan pada suhu temper, semakin banyak terbentuk martensit, sehingga kekerasan semakin lebih rendah, keuletan bertambah dan tegangan berkurang.

Gambar 2.6. kiri : kekerasan yang dapat dicapai poada berbagai suhu penemperan baja kerja cepat, kanan : pengerasan kubangan panas, (E) pemenasan awal, (S) pengejutan dalam kubangan panas, (L) penyejukan di udara (penbentukan martensit), (S) penemperan (Smallman, 1991)

              Baja HSS mencapai ketahanan penemperan yang sangat tinggi daya sayat yang kuat dan kekerasan panas yang tinggi melaui pemaduan dengan logam yang cocok dalam kadar persen tertentu didalam gabungan, dengan suatu kandungan zat arang yang disepadankan. Sifat yang diperoleh melalui pengerasan dipertahankan hingga suhu sekitar 600⁰C. Kekerasan pijar merah ini merupakan ciri baja HSS. Logam paduan memperoleh penempatan secara tersebar halus didalam massa dasar baja martensitis dalam bentuk karbid yang sangat keras. Sebagai contoh karbid vanadium memiliki 2,5 kali kekerasan  karbid besi (Fe₃C). Suhu peralihan wujud dan dengan demikian suhun pengerasan sangat menyimpang dari yang berlaku bagi baja perkakas bukan paduan dan paduan rendah. Garis-garis liku S dalam diagram diatas terletak jauh kesebelah kanan, sehingga memungkinkan adanya suatu kecepatan pendinginan yang sangat rendah.