Heat Treatment ( Perlakuan Panas)

8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)

1/46

(PERLAKUAN PANAS)

Perlakuan panas adalah kombinasi proses pemanasandan pendinginan yang terkontrol dalam keadaanpadat

Selama proses perlakuan panas terjadi transformasi

fasa yang memberikan pengaruh terhadap sifatmekanik

◦ Kekuatan / Strength

◦ Kekerasan / Hardness

◦

Keuletan / Ductility◦ Ketangguhan / Toughness

◦ Ketahanan aus / Wear resistance


2/46

Fasa-fasa yang dijumpai pada Baja


3/46

a) Ferrite – larutan padat C pada Fe (BCC). Ulet danmagnetik

b) Austenite – larutan padat C pada Fe (FCC). Ulet,kekuatan sedang non-magnetic

c) Sementit– senyawa Fe3C. Keras, rapuh

d) Perlit fasa ganda yang terdiri dari ferit dan sementit

• Coarse (kasar) perlite laju pendinginan lambat(pendinginan di dalamtungku)

• Fine (halus) perlite hasil laju pendinginancepat (pendinginan diudara terbuka)


4/46

e. Bainite tidak ada pada sistem Fe-C • Fasa ang terdiri dari sementit dan ferit

• T ~ 300-540°C, upper bainite terdiri dari jarus ferit yang dipisahkan olehsementit

• T ~ 200-300°C, lower bainite memiliki ferit yang berbentuk palte tipis dansementit yang benbentuk rod atau blade

• Baja bainit lebih kuat dan ulet dibandingkan dengan baja perlit pada

tingkat kekerasan yang sama

Upper bainite Lower bainite


5/46

f. Martensit tidak ada pada sistem Fe-C(Akan dibahas lebih lanjut pada transformasi martensitmekanisme penguatan)

• Struktur kristal BCT (body centered tetragonal)

• Ada 2 tipe tergantung pada kandungan carbon

• Lath martensite C < 0.3 %

• Plate martensite C > 0.6 %

• Keras dan rapuh

• Ketangguhan rendah


6/46

S t r e n g t h

D u c t i l i t y

Martensite

T Martensitebainitefine pearlite

coarse pearlitespheroidite

General Trends

Trasformasi difusi

Trasformasi difgeser(tanpa difusi)


7/46

Tipe perlakuan panas ada 2

1. Pelunakan (annealing)Bertujuan :• Mengurangi kekuatan/kekerasan• Menghilangkan tegangan sisa

• Memperbaiki ketangguhan• Meningkatkan keuletan

2. Pengerasan (Hardening)

Bertujuan:• Meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus.• Pada baja syaratnya a.l kandungan karbon

yang cukup


8/46

JENIS PROSES PERLAKUAN PANAS

1. Annealing

a) Full Annealing

b) Normalizing

c) Spheroidizing

d) Stress-relief annealing

e) Tempering

2. Hardenability (mampu keras)

3. Precipitation Hardening (pengerasan endapan)

4. Surface hardening (pengerasan permukaan)


9/46

Untuk memahami proses perlakuan panas:

Fasa – fasa yang terjadi pada baja

Temp, waktu dan jenis proses Memahami diagram :TTT / ITT /CCT


10/46

TTT (Time-Temperature-

Transformation) diagrams

Fungsi:

• Diagram TTT adalah digram temperatur vs logaritma

waktu untuk baja paduan yang sudah pasti komposisikimianyaSetiap jenis baja memiliki diagram TTTsendiri

• Digram TTT mengindikasikan transformasi spesifikdimulai dan berakhirnya sebuah fasa terjadi dam

menunjukkan prosentase transformasi austenit padatemperatur ternetntu.

• Aplikasi : Untuk mendesain proses perlakuan panasuntuk memperoleh sruktur mikro yang diinginkan


11/46

Time-Temperature-Transformation

(TTT)Curve

The TTT diagram for AISI 1080 steel (0.79%C, 0.76%Mn) austenitised at 900°C


12/46

Isothermal Transformation Diagram

Paduan Fe-C

dengan komposisi

eutectoid

A: Austenite

P: Pearlite

B: Bainite

M: Martensite


13/46

Contoh untuk

menghasilkan fasa

100 % Bainit

Baja dipanaskan sampai

760 oC, ditahan pada

temp tsb sampai

diperoleh fasa austenit

yang homogenPendinginan dimulai

dari 760˚C dan

didinginkan cepat ke

350 ˚C Ditahan selama 104

detik pada temp 350 oC

dan dicelup cepat ke

temperatur ruang

Bainite,

100%


14/46

Martensite,

100%

Contoh untukmenghasilkan fasa 100% Martensit

Baja dipanaskansampai temp 760 oCdan ditahan padatemp tsb sampai

diperoleh fasa austenityang homogen

Pendinginan dimulaidari temp 760˚C dan

didinginkan cepat ketemp 250 ˚C, ditahanselama for 100 secondsdan dicelup cepat ke

temperatur ruang

Austenite,

100%


15/46

Bainite, 50%

Contoh untuk

mendapatkan

kombinasi fasaBaja dipanaskan

sampai temp 760 oCdan ditahan padatemp tsb sampaidiperoleh fasaaustenit yanghomogen

Treatment selanjutnya bergantung kepada

fasa akhir yang ingin

diperoleh

Austenite,

100%

Almost 50% Pearlite,

50% Austenite

Final:

50% Bainite,

50% Pearlite


16/46

Continuous Cooling

Transformation (CCT) Diagrams

Pendinginan Isothermal

jarang dilakukan

Perlakuan panas pada baja

umumnya dilakukan secara

pendinginan kontinyu

(continuous cooling )TTT diagram (garis putus-

putus) dimodifikasi menjadi

CCT diagram (garis penuh).

Kurva isotermal bergeser kewaktu yang lebih lama dan

temperatur yang lebih

rendah.


17/46

Unsur Cr, Ni, Mo, Si and W

menyebabkan perubahan yang

menyolok pada bentuk kurva TTT

Perubahan pada temperatur

transisi

Menggeser “hidung” transformasiaustenit ke perlit

Menggeser “hidung” perlit dan

bainit ke waktu yang lebih lama

(menurunkan laju pendinginan

kritis) Menbentuk “hidung” bainit yang

terpisah

Efek unsur paduan

pada diagram TTT4340 Steel

plain

carbon

steel

nose

Unsur paduan utama pada baja

carbon biasa (Plain carbon steel)

adalah carbon.


18/46

Heat Treatment (time and temperature dependent)

Microstructure Mechanical Properties

Transformasi Fasa ada 3 kategori:

1. Terjadi secara difusi tanpa perubahan komposisi atau jumlah

fasa yang terbentuk .

contoh : peleburan/pembekuan logam murni, transformasialotrofi, rekristalisasi

2. Terjadi secara difusi tetapi mengalami perubahan

komposisi dan jumlah fasa yang terbentuk

Contoh : transformasi eutektoid3. Terjadi tanpa proses difusi = transformasi geser

menghasilkan fasa metasbail dengan perubahan susunan atom

contoh : transformasi martensit


19/46

Difusi disertai perubahan komposisi kimia

• Transformasi fasa memerlukan waktu : Crossing phase

boundary keadaan setimbang yang baru

• Selama proses pendinginan berlangsung transformasifasa terjadi pada temperatur lebih rendah dari yangdiprediksikan pada diagram fasa (= SUPERCOOLING)

• Selama proses pemanasan berlangsung transformasifasa terjadi pada temperatur lebih tinggi dari yangdiprediksi pada diagram fasa (= SUPERHEATING)

•Tingkat supercooling/superheating meningkat denganlaju pendinginan/laju pemanasan

• Struktur mikro sangat dipengaruhi oleh lajupendinginan


20/46

Nonequilibrium Solidification

• Microsegregation skala mikro, contoh dari batas butir ke

bagian tengah butir

• Macrosegregation skala makro, contoh dari permukaan benda

ke bagian tengah

Sgregation atau origin

of coring ketidak

homogenan komposisi

kimia pada suatu benda.


21/46

Jenis proses perlakuan panas :

1. Annealing

a) Full Annealing

b) Normalizing

c) Spheroidizing

d) Stress-relief annealing

e) Tempering proses sekunder


22/46


23/46

Diagram Proses Perlakuan Panas


24/46

a) Full Annealing: Dipanaskan sampai fasa austenite, ditahan beberapa

saat dan dilanjutkan dengan pendinginan di dalamtungku.

Diaplikasikan pada baja carbon rendah dan medium Meningkatkan keuletan logam Menghasilkan butir yang kasar Membebaskan tegangan sisa Memperbaiki sifat mampu mesin


25/46

Annealing

• Hypoeutectoid steels (less

than 0.83% carbon) are heated

above upper critical temp.,

soaked and cooled slowly.

• Hypereutecoid (above 0.83%)are heated above lower critical

temp., soaked and allowed to

cool slowly.


26/46

Sifat :

Ketangguhan meningkat

Kekerasan menurun

Dapat dilakukan pengerjaan dingin

Spheroidit lebih baik dalam menerima beban dari luar

c) Spheroidizing

Perlit dipanaskan sampai di bawah temperatur eutektoid

untuk jangka waktu tertentu, contoh : 24 jam pada 700 oC

Fe3C atau Cementite lamellae bertransformasi ke bentuk bulat

b) Normalizing:Dipanaskan sampai fasa austenite, ditahan beberapa

saat dan dilanjutkan dengan pendinginan udara

Tujuan: menghauskan butir, meniengkatkan kekuatan


27/46


28/46

FIGURE

Microstructure of eutectoid steel. Spheroidite is formed by tempering

the steel at 700°C (1292°F). Magnification: 1000.


29/46

Sifat Mekanik Perlit dan Spheroidit

S R li f A li


30/46

Stress-Relief Annealing

• Proses anil yang dilakukan di

bawah temperatur

transformasi Ac1, dilanjutkan

dengan pendinginan lambat

• Untuk baja karbon biasa

(plain carbon steels)and baju

paduan rendah (low-alloy

steels) , biasanya dipanaskan

sampai temperatur 450 and

650˚C, sedangkanbaja

perkakas (tool steels ) antara

600 and 750˚C

Bertujuan untuk mengurangi internal residual stresses tanpa terjadi perubahan struktur mikro dan sifat mekanis


31/46

Faktor yang menyebabkan

Tegangan Sisa1. Faktor thermal thermal stresses yang

disebabkan adanya gradien temperatur pada

benda kerja selama pemanasan atau pendinginan

2. Faktor mekanis pengerjaan dingin

3. Faktor metalurgitransformasi struktur mikro


32/46

Hardening

• Medium and High carbon steels (0.4 – 1.2%)

can be heated until red hot and then

quenched in water producing a very hard and

brittle metal. At 723 degrees, the BCC ferritechanges into Austenite with a FCC structure.


33/46

Hardening 0.6% carbon steel

• The metal is heated to over 780

degrees, which allows the carbon

to dissolve into the FCC Austenite.

• Quenching the metal quickly in

water prevents the structure fromchanging back into BCC.

• A different structure, Body Centre

Tectragonal (BCT) is formed. It is

called Martensite and is extremelyhard and brittle with a needle-like

microstructure.


34/46

FIGURE 4.15 (a) Hardness of martensite as a function of carbon content. (b)Micrograph of martensite containing 0.8% carbon. The gray platelike regions

are martensite; they have the same composition as the original austenite (white

regions). Magnification: 1000.


35/46

• hardness ≠ hardenabilty.

• hardenability adalah kemampuan dari baja untuk membentuk martensitmelalui proses perlakuan panas

• high hardenability berarti bajamenghasilkan fasa martensit tidakhanya di permukaan tetapi jugasampai ke bagian dalam

• Hardenability berkaitan dengankedalaman kekerasan dari baja

• Kedalaman pengerasan pada bajakarbon biasa berkisa 2-3 mm dan 50mm pada baja paduan

MAMPU KERAS (HARDENABILITY)


36/46

End-Quench hardenability test (Jominy Test)

Media quenching

air

Air laut

Oli

Molten salts

udara

Larutan soda

gas

Silinder baja dipanaskan

sampai mencapai 100 %

austenit

Kemudian dicelup cepat

pada salah satu ujungnya

Kekerasan menurun dari

permukaan diceluphingga ke bagian tengah


37/46


38/46


39/46

Tempering

• To remove some of the brittleness from

hardened steels, tempering is used. The metal

is heated to the range of 220-300 degrees and

cooled.

• Pada baja perkakas (Tool steel) proses

tempering minimal 2 kali dengan range maks

650 oC, bergantung pada jenis tool steel


40/46

Case hardening

• Low carbon steels cannot be hardened by

heating due to the small amounts of carbon

present.

• Case hardening seeks to give a hard outer skin

over a softer core on the metal.

• The addition of carbon to the outer skin is

known as carburising.


41/46

Pack carburising

• The component is packed

surrounded by a carbon-rich

compound and placed in the

furnace at 900 degrees.

• Over a period of time carbon willdiffuse into the surface of the

metal.

• The longer left in the furnace, the

greater the depth of hard carbon

skin. Grain refining is necessary in

order to prevent cracking.


42/46

• Salt bath carburising. A molten salt bath (sodium cyanide,

sodium carbonate and sodium chloride) has the objectimmersed at 900 degrees for an hour giving a thin carbon

case when quenched.

• Gas carburising. The object is placed in a sealed furnace

with carbon monoxide allowing for fine control of theprocess.

• Nitriding. Nitrides are formed on a metal surface in a

furnace with ammonia gas circulating at 500 degrees over a

long period of time (100 hours). It is used for finishedcomponents.


43/46

Induction hardening

• Induced eddy currentsheat the surface of thesteel very quickly and isquickly followed by jets of

water to quench thecomponent.

• A hard outer layer iscreated with a soft core.

The slideways on a latheare induction hardened.


44/46

Flame hardening

• Gas flames raise the

temperature of the outer

surface above the upper

critical temp. The corewill heat by conduction.

• Water jets quench the

component.


45/46

Age hardening

• Hardening over a period of time

• Also known as precipitation hardening

• Occurs in duraluminium which is an

aluminium alloy that contains 4% copper. Thismakes this alloy very useful as it is light yetreasonably hard and strong, it is used in thespace industry.

• The metal is heated and soaked (solutiontreatment) then cooled and left.


46/46

Pyrometry

The measurement and control of temperature

in a furnace is called pyrometry.

Heat Treatment ( Perlakuan Panas)

Documents

Transcript of Heat Treatment ( Perlakuan Panas)