HEAT and SURFACE TREATMENT (HST)

HEAT and SURFACE TREATMENT (HST)ANGGOTA:Muhammad Rizky AgustaMuhammad Muzmi UlyaWilliam HartantoSudarsonoChristoffel SilabanPartogi PramonoPengertian Heat and Surface treatment

Heat and Surface Treatment adalah suatu istilah yang menjelaskan tentang kombinasi/gabungan operasi yang melibatkan pemanasan dan pendinginan terkontrol terhadap suatu logam atau paduan logam dalam keadaan padatan yang bertujuan mengubah sifat-sifat mekanik, yang berubah dari material tersebut adalah struktur kristal, butir, wujud, fase. sehingga diperoleh perubahan sifat-sifatnya (terutama sifat mekanis) sesuai yang diinginkan.

Kegunaan dari Heat and Surface Treatment1.Memproses material agar dapat dikerjakan lebih lanjut (bersifat lunak/soft dan ulet /ductile).

Mengapa harus lunak?: pertama supaya energi yang digunakan untuk membentuk material sedikit, kemudian supaya material lebih mudah diolah, supaya dapat lebih lanjutMemperbaiki kualitas produk/komponen sehingga komponen tersebut memiliki life service yang panjang, yaitu: (kompromi keras, tahan korosi.

1. Ductile atau keuletan adalah sifat yang menunjukkan kemampuan bahan logam untuk bertambah panjang ketika diberi beban atau gaya tarik. Besaran ini biasa disebut juga sebagai elongasi. Nilai Regangan ini menunjukkan keuletan atau ductility bahan dan biasanya dinyatakan dalam persentase perpanjangan. Data ini menunjukkan besarnya pertambahan panjang yang dapat diberikan oleh bahan sampai terjadinya putus.

Posisi Regangan ef pada kurva tegangan regangan rekayasa hasil pengujian tarik.Regangan atau elongasi diperoleh dengan cara membagi perubahan panjang terhadap panjang ukur atau gauge length awal dari sampel uji. Nilainya dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:e = regangan, elongasie = (l1 l0)/l0 x 100%e = l/l0 x 100%l1 = panjang ukur, gauge length sampale uji setelah perpanjanganl0 = panjang ukur, gauge length awal sampel uji.Keausan (wear)adalah hilangnya materi dari permukaan benda padat sebagai akibat dari gerakan mekanik. Keausan umumnya dianalogikan sebagai hilangnya materi sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerak slidding dan dibebani. Ini merupakan fenomena normal yang terjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan ada keausan atau perpindahan materi yang terjadi antara dua benda yang bergesekan.materialjenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam , yaitu keausan adhesive, keausan abrasive, keausan fatik , keausan oksidasi,dan keausan Erosi. Dibawah ini diberikan penjelasanringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut :

AdhesiveTerjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lainnya( adhesive ) serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah satu material.

AbrasifTerjadi bila suatu partikel keras ( asperity ) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak , seperti diperlihatkan pada Gambar disamping. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity tersebut.

FatiqueKeausan ini terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material. Tingkat keausan sangat bergantungpada tingkat pembebanan.

Oksidasi/KorosifProses kerusakan dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

ErosiKeausan erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittle failure pada permukaannya, skematis pengujiannya.

Tegangan dalam atau sisa kecilMemungkinkan berlangsungnya relaksasi tegangan-tegangan sisa dengan cara meningkatkan temperatur (memanaskan) sehingga diperoleh penurunan kekuatan luluh (yield strength) dan meningkatkan recovery.Jenis dari Heat and Surface Treatment :Menyatu (integration) antara bagian permukaan (keras) dan bagian dalam material/logam (lunak),

HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUSJika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel Penjelasan diagram:- Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.- Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.- Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).- Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).- Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.- Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUSDalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

Penjelasan diagram:Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja: Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 - 9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 9800C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat.Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat disesuaikan dengan pemilihan heat treatment yang tepat.Thermo Chemical TreatmentThermochemical treatment adalah proses mendifusikan elemen kimia pada temperatur yang meningkat untuk meningkatkan sifat mekanis permukaan komponen.Jadi perlakuan termokimia ini hanya diprgunakan untuk melapisi permukaan baja dengan unsur karbon dengan tujuan:Mudah mengontrol kedalaman pengerasanBaik untuk bentuk kompleksBiaya rendah terutama untuk produksi massalBahan baku low carbon steel, alasan : Mudah dibentuk dan dijadikan bagian mesin, bagian tengahnya ulet, kekerasan permukaannya meningkat, dan struktur lebih tangguh daripada baja medium atau high carbon steel.Prinsip kerja dari Thermo Chemical Treatment adalah menambahkan unsur karbon ke dalam baja untuk mengeraskan bagian permukaan baja tersebut. Salah satu penerapan dari proses Thermo Chemical Treatment adalah carburising (pengar-bonan).Thermo Chemical Treatment dilakukan terhadap baja yang mempunyai kadar karbon di bawah 0,3%. Kadar karbon ini tidak memungkinkan terjadinya fasa martensit yang keras.Thermocemical treatment ini dibagi menjadi 4, yaitu:

CarburizingProses ini memiliki tujuan untuk memperkeras lapisan paling luar benda kerja (terutama untuk benda kerja dengan kadar karbon yang rendah), dengan cara menambahkan carbon. Umumnya dilakukan untuk meningkatkan ketahanan benda kerja terhadap abrasi. Treatment ini hanya mengubah lapisan luar menjadi keras, namun membiarkan bagiandalam benda kerja tetap lunak (ductile). Karbon yang diperlukan dalam proses ini diperoleh dari medium yang berbentuk padat (karburasi padat), sehingga pada waktu pemanasan oksigen dari udara bereaksi dengan karbon dari medium membentuk CO2. CO2 ini akan bereaksi dengan karbon menghasilkan persamaan:CO2 + C 2 > COPada Proses pemanasan, temperatur akan bertambah tinggi sehingga kesetimbangan reaksi bergeser ke sebelah kanan, menghasilkan kadar gas CO yang banyak. Pada permukaan baja, CO mengurai menjadi2CO > CO2+CAtom yang dihasilkan dari reaksi tersebutakan larut pada fasa austenite dan berdifusi. Tebal lapisan karburasi bergantung pada faktor suhu, waktu proses, konsentrasi karbon medium dan kadar karbon yang dimiliki oleh baja itu sendiri.

NitridingNitriding adalah proses perlakuan panas yang mendifusikan nitrogen ke permukaan logam untuk menciptakan permukaan yang keras. Hal ini terutama digunakan pada baja, tetapi biasanya juga pada titanium, aluminium dan molibdenum.Proses nitriding ini hampir sama dengan proses karburisasi. Perbedaannya terdapat pada unsur yang didifusikan pada proses ini adalah nitrida. Nitridanya didapat dari gas NH3. Kekerasannya mencapai 800 1050 HV (paling tinggi diantara proses lainnya). Reaksi dari proses ini adalah 2NH3 > 2N + 3H2Keuntungan dari proses nitriding yaitu :- permukaan lebih keras dan tahan aus- ketahanan tempering dan kekerasan pada temperatur tinggi- kekuatan fatiguenya tinggi- meningkatkan ketahanan korosi untuk baja yang bukan stainless steel- kestabilan dimensinya tinggiProses nitriding dibagi menjadi 3 proses, yaitu:1. Gas Nitriding2. Salt bath nitriding3. Plasma nitriding

CarbonitridingCarbonitriding merupakan modifikasi teknik metalurgi permukaanyang digunakan untuk meningkatkan kekerasan permukaan logam,sehingga mengurangi keausan.Carbonitriding mirip dengan karburisasi gas dengan penambahan amonia ke atmosfer karburasi, yang menyediakan sumber nitrogen.Nitrogen teradsorpsi pada permukaan dan berdifusi ke dalam benda kerja bersama dengan karbon. Carbonitriding (sekitar 850 C / 1550 F) dilakukan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada nitridasi biasa (sekitar 530 C / 990 F) tapi sedikit lebih rendah daripada yang digunakan untuk karburasi (sekitar 950 C / 1700 F ) dan untuk kali lebih pendek. Carbonitriding cenderung lebih ekonomis daripada karburasi, dan juga mengurangi distorsi selama pendinginan. Suhu yang lebih rendah memungkinkan pendinginan minyak, atau bahkan pendinginan gas dengan atmosfer pelindung.

NitrocarburizingNitrocarburising adalah proses pengerasan yang mendifusikan nitrogen dan karbon ke logam besi pada suhu sub-kritis. Perlakuan ini terjadi berkisar antara suhu dari 525 C (977 F) sampai 625 C (1.157 F), tetapi biasanya terjadi pada 565 C (1,049 F). Pada suhu ini baja dan paduan besi lainnya masih dalam fase feritik, yang menguntungkan dibandingkan dengan proses pengerasank asus lain yang terjadi dalam fase austentic.Ada empat kelasutama nitrocarburizing feritik: Gas, garam mandi, ion atau plasma, dan fluidized-bed.Proses ini digunakan untuk memperbaiki tiga aspek permukaan integritas utama:- scuffing resistance- fatigue properties- corrosion resistanceDan juga memiliki keuntungan tambahan yaitu merangsang pembentukan distorsi yang sedikit selama proses pengerasan. Hal ini terjadi karena suhu pengolahan yang rendah, sehingga mengurangi guncangan termal dan menghindari fase transisi dalam baja.Reaksinya : 2NH3 > 2N + 3H2 dan CO > CO2 + C

Bake hardening steelskomposisi dan cara memproses baja ini didesain untuk meningkatkan kekuatan yield pada saat perlakuan panas pada temperatur rendah. ArcelorMittal Bake dapat mencapai kekuatan yang lebih tinggi dibagian-bagian yang telah dikerjakan dengan tetap mempertahankan performa yang baik. Kenaikan dari kekuatan yield yang didapat dari efek bake hardening (bh) umumnya lebih besar dari 40 mpa. Dikarenakan oleh BH effect, ArcelorMittal steels memberikan dua keuntungan lebih dari conventional drawing steel:Lebih tahan terhadap dent pada semua bagian yang telah dikerjakan pada kasus low forming strains.memiliki potensi untuk menurunkan berat substential ekuivalen dengan ketahanan terhadap dentDari penjelasan diatas, Bake hardening steel cocok dikerjakan untuk body otomotif dengan menawarkan kombinasi dari ketahanan dent. dan juga tidak mudah rusak

Iron and Steel Making Process

Semi Finished Products