Nama: Eka Ayu K.

NRP: 2113106034

Karburisasi (Carburising)

Karburisasi adalah proses menambahkan karbon ke permukaan benda kerja yang dilakukan

dengan memanaskan benda kerja ke dalam lingkungan yang banyak mengandung karbon aktif,

sehingga karbon berdifusi masuk ke permukaan benda kerja.

Depth of carburization (kedalaman karburisasi) adalah jarak di bawah permukaan yang

mencapai konsentrasi karbon tertentu atau tebal total penetrasi karbon. Kedalaman karburisasi ini

bergantung pada temperatur dan waktu, di samping juga pada carbon potential dari media karburisasi

dari media karburisasi dan pada komposisi kimia bajanya. Makin tinggi carbon potential, makin tinggi

komposisi karbon di permukaan, sehingga makin dalam karburisasi yang terjadi. Carbon potential

dapat diartikan sebagai kadar karbon yang terjadi pada suatu foil baja karbon setelah tercapai

equilibrium antara media karburisasi dengan baja.

Setelah dilakukan proses karburisasi maka dilanjutkan dengan proses quenching. Bagian

permukaan akan menjadi keras. Tebalnya bagian yang menjadi keras dinamakan tebal kulit (depth of

case hardening, DC) yang didefinisikan sebagai jarak dari permukaan ke bagian dalam yang mencapai

kekerasan 550 HV. Hubungan Antara tebal kulit dan temperatur dapat dilihat pada rumus di bawah:

DC=k √ t

Dimana:

t = lamanya karburisasi (jam)

k = konstanta difusi

Gambar 1. Relation of Time and Temperature to Case Depth

Berdasarkan bentuk fisik bahan carburizernya dikenal tiga cara karburisasi yaitu :

a. Karburisasi padat (solid/pack carburising)

Dilakukan dengan memanaskan benda kerja di dalam kotak tertutup rapat yang berisi bahan

karburisasi. Bahan karburisasi ini biasanya terdiri dari campuran arang, kokas, dan garam

karbonat sekitar 20% (berfungsi sebagai energizer untuk mengaktifkan karbon). Pemanasan

biasanya dilakukan pada temperatur 825 °C – 925 °C selama beberapa jam (tergantung tebal kulit

yang diinginkan).

b. Karburisasi liquid

Karburisasi ini dilakukan dengan memanaskan benda kerja dalam salt bath yang terdiri dari

campuran garam cyanide, KCN atau NaCN. Pada karburisasi liquid selain karbon, nitrogen juga

ikut terserap. Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap tergantung dari pada kadar cyanid

dalam salt bath dan temperatur kerjanya.salt bath untuk karburisasi liquid biasanya mengandung

40% - 50% garam cyanide. Makin rendah kadar NaCN makin tinggi penyerapan nitrogen dan

makin rendah penyerapan karbonnya. Sedangkan untuk pengaruh temperature, semakin tinggi

temperature, maka penyerapan karbon juga makin tinggi.

c. Kaburisasi gas

Karburisasi gas adalah proses karburisasi di mana pemanasan terjadi dalam dapur dengan

atmosfer yang mengandung gas CO atau gas hidrokarbon yang mudah terdekomposisi pada

temperature karburisasi (900 °C – 950 °C) hingga menghisalkan C at yang nantinya berdifusi ke

dalam baja. Pada karburisasi gas ini lapisan hypereutectoid dapat dihilangkan dangan memberikan

suatu diffusion period, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas karburisasi tetapi tetap

memmpertahankan temperature pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih ke

dalam dan kadar karbon pada lapisan hypereutectoid akan berkurang. Di samping itu, benda kerja

lebih bersih sehingga dapat langsung diquench. Untuk melakukan karburisasi ini diperlukan suatu

dapur yang kedap udara. Masuknya udara ke dalam dapur akan mempengaruhi konsentrasi gas

karburisasi.

Setelah lapisan kulit mengandung cukup karbon, proses dilanjutkan dengan quenching untuk

mencapai kekerasan yang tinggi dan tempering untuk menurunkan kegetasan dan tegangan sisa yang

berlebihan. Pada karburisasi padat, quenching dapat dilakukan setelah pemanasan kembali.

Sedangkan pada karburisasi liquid dan gas, quenching dapat dilakukan langsung setelah proses

karburisasi.

Carburizing memiliki kelebihan, yaitu cairan mentransfer panas dengan cepat maka karbon

yang ditambahkan juga lebih cepat dan pengerasan yang dihasilkan lebih merata. Sedangkan

kekurangannya adalah beberapa nitrogen terserap bersama-sama dengan karbon dan menyebabkan

pengerasan mendadak dan material harus dikeringkan setelah proses ini untuk menghindari korosi,

sehingga memakan waktu dan biaya

Nitriding

Nitriding dilakukan dengan memanaskan baja di dalam dapur dengan atmosfer yang

mengandung atom nitrogen aktif, yang akan berdifusi ke dalam baja dan bereaksi dengan unsur dalam

baja membentuk nitrida. Nitrida yang terbentuk sangat keras dan stabil. Nitrogen aktif diperoleh dari

gas ammonia yang bila dipanaskan pada temperature nitriding. Pada dasarnya semua baja dapat

dnitriding, tetapi hasilo yang baik akan diperoleh nila baja mengandung unsur paduan pembentuk

nitride , seperti aluminium, titanium, chrom, atau molybden.

Benda kerja yang akan dinitriding dimasukkan ke dalam dapur yang kedap udara dan gas.

Udara dialirkan secara kontinyu selama pemanasan pada temperatur 500 °C - 600°C, sampai beberapa

hari. Proses nitriding menghasilkan benda kerja yang memiliki kekerasan yang sangat tinggi (sampai

Rc 70). Walaupun proses nitriding berlangsung lama tetapi tebal kulit yang terjadi cukup tipis. Karena

itu baja yang dinitriding tdak boleh terlalu lunak, sekitar 0,3 %C – 0,4 %C, agar mampu mendukung

kulit yang terlalu tipis.

Kelebihan menggunakan proses nitriding, yaitu benda kerja mempunyai resistensi fatigue

(kelelahan), permukaan material yang diproses nitriding akan lebih tahan terhadap korosi, dan

kemungkinan terjadinya distorsi sangat kecil. Namun proses ini memiliki kekurangan pada prosesnya

lambat dan biayanya sangat mahal.

Gambar 2. Depth of Nitrided case vs Time at 975°F

Boronizing

Boronizing adalah salah satu metode surface hardening baru. Ada dua macam tehnik

boronizing, yaitu dengan boronizing padat dan gas. Untuk boronizing padat, komponen ditempatkan

di dalam kotak tahan panas dan dicampur dengan butiran atau pasta boron karbida atau senyawa

boron lain dengan tambahan katalis pada suhu 900C - 1000C. Boron berdifusi ke dalam dan

membentuk lapisan besi borid (FeB dan Fe2B). Pada permukaan paling luar akan terbentuk lapisan

FeB dan pada bagian dalamnya terbentuk fase Fe2B. Lapisan borid sangat keras, kekerasannya dapat

mencapai lebih dari 1500 VPN. Lapisan ini memiliki resistansi tinggi, dan digunakan untuk

kompenen traktor, cetakan drop forging, dan jig buses.

Material hasil broronizing memiliki kelebihan, yaitu sangat keras memiliki resistensi tinggi

(case depth 0.025 - 0.075 mm), wear resistance (biasa digunakan sebagai tool dan die steel), dan

memiliki ketahanan korosi. Kekurangannya, waktu proses yang lama dan lapisan terluarnya labil

serta gampang terkelupas.

Gambar 3. Iron-Boron Phase Diagram

Flame Hardening

Pada flame hardening komposisi kimia dari permukaan benda kerja tidak berubah.

Pengerasan dilakukan dengan memanaskan bagian permukaan saja dengan menyemburkan api

beintensitas tinggi, biasanya dengan api dari brander oxyacetylene. Sehingga sebelum panas sempat

menjalar ke bagaian dalam, bagian permukaan telah mencapai temperatur austenisasi, kemudian

segera diquench. Dengan demikian di bagian permukaan terbentuk martensit, sedang di bagian dalam

tetap seperti semula. Karena itu baja yang akan di-flame hardening harus mempunyai hardenability

yang memadai, biasanya dengan kadar karbon 0,3% - 0,6%. Untuk benda kerja berukuran besar

diperlukan brander dan peralatan khusus. Setelah diquench benda kerja perlu distemper untuk

mengurangi tegangan sisa.

Kekerasan kulit tergantung pada kadar karbon sedangkan tebal kulit tergantung pada seberapa

tebal bagian permukaan yang mengalami pemanasan sampai menjadi austenite dan didinginkan

dengan laju pendinginan mencapai laju pendinginan kritis. Hal ini banyak tergantung pada intensitas

pemanasan yang ditentukan oleh jarak antara ermukaan benda kerja dengan ujung brander dan

lamanya pemanasan atau kecepatan gerakan Antara brander dengan benda kerja. Dengan mengatur

veriabel-variabel terbut dapat diperoleh kedalaman pengerasan yang diinginkan.

Flame hardening memiliki kelebihan dengan menghasilkan permukaan yang keras dengan

cepat, mencapai ketebalan antara 1/8-1/4 inch. Sedangkan kekurangannya, tidak bisa diterapkan pada

logam yang tipis, hanya dapat digunakan pada baja yang berkarbon tinggi.

Gambar 4. Progressive Methode of Flame Hardening