Date post: | 07-Jul-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | adinda-trianandari-w |
View: | 239 times |
Download: | 2 times |
of 46
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
2/46
Fasa-fasa yang dijumpai pada Baja
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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)
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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)
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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)
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
9/46
Untuk memahami proses perlakuan panas:
Fasa – fasa yang terjadi pada baja
Temp, waktu dan jenis proses Memahami diagram :TTT / ITT /CCT
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
11/46
Time-Temperature-Transformation
(TTT)Curve
The TTT diagram for AISI 1080 steel (0.79%C, 0.76%Mn) austenitised at 900°C
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
12/46
Isothermal Transformation Diagram
Paduan Fe-C
dengan komposisi
eutectoid
A: Austenite
P: Pearlite
B: Bainite
M: Martensite
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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%
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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%
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
21/46
Jenis proses perlakuan panas :
1. Annealing
a) Full Annealing
b) Normalizing
c) Spheroidizing
d) Stress-relief annealing
e) Tempering proses sekunder
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
22/46
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
23/46
Diagram Proses Perlakuan Panas
8/19/2019 Heat Treatment ( 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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
27/46
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
28/46
FIGURE
Microstructure of eutectoid steel. Spheroidite is formed by tempering
the steel at 700°C (1292°F). Magnification: 1000.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
29/46
Sifat Mekanik Perlit dan Spheroidit
S R li f A li
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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)
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
37/46
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
38/46
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
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.
8/19/2019 Heat Treatment ( Perlakuan Panas)
46/46
Pyrometry
The measurement and control of temperature
in a furnace is called pyrometry.