anne a ling hardening s 1

7/31/2019 Anne a Ling Hardening s 1

http://slidepdf.com/reader/full/anne-a-ling-hardening-s-1 1/46

Perlakuan PanasLogam

(TTT & CCT diagram, Annealing, Hardening)

Myrna [email protected]

Wahyuaji NP

[email protected]

Departemen Metalurgi & Material

Fakultas Teknik Universitas IndonesiaCourtesy of Mr. Esa Haruman’s Presentation

mailto:[email protected]






Pengaruh Unsur Paduanpada Diagram Fe 3C



EHW 98

DIAGRAM KESEIMBANGAN Fe-CDIAGRAM KESEIMBANGAN Fe-C

A 1

A 3

A cm

723 ºC

1147 ºC

Eutectoid Point

0.8 4.3

Melt

Melt +cementite

Austenite + cementite

+

+ Melt

( )

1400

Carbon content %3.02.01.00 4.0500

600

700

900

1300

1200

1100

1000

Ferrite ( ) + Cementite (Fe 3C)

+ Melt

Austenite ( )

1500

1600

Temperature C o

+

( )

Eutectic Point



EHW 98

ELEMEN PADUAN VS DIAGRAM Fe-CELEMEN PADUAN VS DIAGRAM Fe-C

Elemen penstabil fasa austenite : -- Ni, Mn, Co, dan Ru, Pd, Os, Ir, Pt.-- C, N, Cu, Zn, Au.

Elemen penstabil fasa ferrite:-- Si, Al, Be, P, dan Ti, V, Mo, Cr.

-- B, dan Ta, Nb, Zr.Elemen perubah titik eutectoid: -- penstabil fasa γ (austenite) merendahkan A 1.-- penstabil fasa α (ferrite) menaikkan A 1.-- semual elemen paduan menggeser titik eutectoid

ke kandungan karbon yang lebih rendah.Elemen pembentuk karbida/nitrida:-- karbida; Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Zr.-- nitrida; Al dan semua elemen pembentuk karbida membentuk nitrida

γ

A1Eutectoid

0.8 %C



EHW 98

Elemen paduan vs.temperatur eutectoid

Elemen paduan vs.kandungan karbon eutectoid

Elemen paduan perubah ttk eutectoid



EHW 98

Carbon content

Penambahan Cr menaikkan temperatur eutectoid dan menggesernya kekiri.

Penstabil ferrite Penstabil austenite

Penambahan Mn menurunkan temperatur eutectoid dan menggesernya kekiri.



EHW 98

KARBIDA DAN NITRIDA PADUANKARBIDA DAN NITRIDA PADUAN

Elemen-elemen: Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr. pada baja paduan akan membentuk karbida keras

Dua bentuk karbida paduan:--karbida paduan khusus:Cr 7C3, W 2C, VC, Mo 2C, dst.

--karbida kompleks:Fe 4W 2C, Fe 4Mo 2C, dst.

Semua elemen pembentuk karbida juga pembentuk nitrida keras:TiN, CrN, VN, dst.

Struktur Kekerasan(VHN)

TiC 3200VC 2600

TiN 2000WC 2400Fe3C 1000Martensite 900Bainite 600Pearlite300



EHW 98

Concentration of alloying element (%)

Nitrida keras

Al, Ti, V, Cr, Mo,memebentuk nitrida keras



DIAGRAM TTT/CCTDIAGRAM TTT/CCT



EHW 98

DIAGRAM TTT/CCTDIAGRAM TTT/CCT

--Digunakan untuk mengetahui mikrostuktur yangterbentuk pada pendinginan non-ekuilibrium

Log waktu

T e m p e r a t u r

° C

A1

AusteniteA3

M s

Ferrite +Pearlite

A+F

NoseBa inite

M f

Start Finish

Martensite +



EHW 98

Martensite

Martensite + Auatenite

Ms

Mf

Pearlite

Bainite

coarse

fine

upper

lower

Austenite

Ae1

Ps Pf

BsBf

1 sec. 1min. 1 hour 1 day

,

DIAGRAM TTT UNTUK BAJA 0.8% CDIAGRAM TTT UNTUK BAJA 0.8% C

T e m p e r a t u r e

º C



PENGARUH ELEMEN PADUANPENGARUH ELEMEN PADUANTERHADAP DIAGRAM TTT/CCTTERHADAP DIAGRAM TTT/CCT

Semua elemen paduan, kecuali Co, menggeser hidung kurvaTTT/CCT ke arah kanan.

Semua elemen paduan, kecuali Co, menurunkan temperatur pembentukan martensite.

Sehingga:

Komposisi elemen paduan mempengaruhi media kuens (air, oli, udara)yang dipilih untuk mengeraskan baja.

Elemen paduan meningkatkan mampu-keras (hardenability) baja, atau,

baja dengan komposisi berbeda akan memiliki mampu keras berlainan.



Perlakuan Panas Termal



EHW 98

PELUNAKAN :PELUNAKAN :

MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK 1/2 JADI AGAR LAYAK DIPROSES BERIKUTNYA.1/2 JADI AGAR LAYAK DIPROSES BERIKUTNYA.

PENGERASANPENGERASAN ::

MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK JADIMEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK JADIAGAR MEMILIKI SIFAT MEKANIS YANG OPTIMUM.AGAR MEMILIKI SIFAT MEKANIS YANG OPTIMUM.

FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMALFUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMALSEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR SEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR



PELUNAKAN / ANNEALING



EHW 98

PERLAKUAN PELUNAKANPERLAKUAN PELUNAKAN

--Homogenising

--Normalizing

--Full annealing--Spherodising

--Stress relieving

--Process and recrystallisation annealing



EHW 98

HOMOGENIZINGHOMOGENIZING

Pemanasan pada temperatur tinggi didaerahPemanasan pada temperatur tinggi didaerahfasa austenit (fasa austenit ( γ γ ), jauh diatas titik kritis (A), jauh diatas titik kritis (A 33 dan Adan A cmcm)) --Bertujuan untuk menghilangkan efek segeregasi kimia akibat

proses pembekuan lambat ingot/billet.

--Memperbaiki mampu pengerjaan panas (hot workability).

Ingot

Penuanganlogam cair

Segregasi kimia HOMOGENISINGsebelum pengerjaan panas



EHW 98

NORMALIZING NORMALIZING

Pemanasan lambat sampai dengan temperatur diatastransformasi α γ dan diikuti oleh pendinginan udara

--Menghilangkan ketidak ragaman mikrostruktur.--Mengeleminasi tegangan sisa.--Meningkatkan keseragaman dan penghalusan ukuran butir.

CASTINGHOT WORKING:Forging, Extrusion, Rolling

Ketidak ragaman reduksi/temperatur

NORMALIZING

Pengecualian: HSS, Shock Resisting Steel, Hot Work Tool SteelCold Work Tool Steel D & A (tdk termasuk A10), Mold Steel P4.



EHW 98

FULL ANNEALINGFULL ANNEALINGPemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi α γ

(A3: hypoeutectoid steels dan A 1: hypereutectoid steels), yangdiikuti oleh pendinginan lambat didalam dapur

--Membulatkan sementit ‘proeutectoid” atau karbida lainnyasehingga memperbaiki keuletan baja.

--Menghasilkan kekerasan/kekuatan yang minimum sehinggamudah dilakukan deformasi pada pengerjaan dingin.

-- Menghilangkan struktur martensit pada baja paduan yang mungkinterbentuk akibat pendinginan relatif cepat melewati transformasi γ α .

--Biasanya dilakukan pada baja yang akan dipasok kepasaran

Pembulatan sementit‘proeutectoid’ dalam

bentuk networks pada batas butir.

1 2 3



EHW 98

723 °C

911°C


Austenite(γ )

Ferrite(α)

0.80 1.4

Eutectoid

Carbon %

Full-Annealing (A)

Normalising (N)Homogenising (H)

2.0

A3

Acm

Hypoeutectoid

Hyper eutectoid

PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-CPERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-C

(H) (N) Full (A)

Temp. *** ** *

Metoda -- udara dapur pendingin

Wkt. Proses *** * *

Karakteristik

Rendah * Tinggi***

γ + Fe 3C

α + Fe 3C

A1

Recrystallisation annealing

Stress-relief annealing



EHW 98

NORMALIZING VS FULL ANNEALING NORMALIZING VS FULL ANNEALING

P +A

F +A

HeatingCycle

CoolingCycle

Normalizing

Anneal

Time Time


Ms

Ac3

Ac1

Normalizing membentuk mikrostruktur lebih halus dibandingkan

full annealing meskipun pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi akibat laju pendinginan lebih cepat

Pendinginanudara

Pendinginan di dapur



EHW 98

ANNEALING LAINNYAANNEALING LAINNYA

Spherodising: dilakukan untuk meningkatkan mampu-mesin (machinability) pada baja yang akan ‘dimachining´. Caranya dengan membulatkan sementit/karbida.Pemanasan dilakukan dibawah temperatur kritis A 1 ( ~723ºC), atau sedikit diatas A 1 tetapi kemudian ditahan dibawah A 1.

Stress-relief annealing: pemenasan s/d dibawah temperatur kritis 550-650 ºC bajakarbon dan paduan rendah, 600-750 ºC baja perkakas. Bertujuan untuk menghilangkantegangan sisa akibat deformasi pengerjaan dingin.

Recrystallisation annealing: pemanasan s/d temperatur 600 ºC dibawah temperatur kritis.Bertujuan untuk membentuk butir poligon yang bebas tegangan dan mempunyai keuletanserta sifat konduktivitas baik. Dilakukan pada baja setelah deformasi pengerjaan dingin.

Quench annealing: dilakukan pada baja jenis austenitk yang di homogenising ataurecrystallisation annealing dimana diikuti oleh pendinginan cepat untuk menghindariterbentukya endapan karbida terutama pada batas butir.

Isothermal Annealing : pendinginan cepat sampai temperatur tepatdibawah daerah transformasi, ditahan 1-2 jam, diikuti pendinginan udara.



EHW 98

PENGERASAN TERMAL

Membentuk struktur martensit/bainityang memiliki kekerasan tinggi .



PENGERASAN TERMAL(THERMAL HARDENING)

Terdiri dari tiga tahap operasi :PEMANASAN(HEATING)• Preheating

(550-650 ºC)

• Final heating(900-1050 ºC)• Soaking

KUENS(QUENCHING)• Pendinginan cepat oleh

media pendingin

(oli, air, lelehan garam,semprot gas / udara)

TEMPER (TEMPERING)• Pemanasan kembali pada

temperatur lebih rendah

(150 - 600 ºC), sekaliatau berulang

QUENCHINGBATH

HEATINGFURNACE

TEMPERINGBATH



SIKLUS PENGERASAN TERMAL

P r e h e a

t i n g

F i n a l h e a t i n g

Transformasi α→γ Baja menyusut

Q u e n c h i n g

Transformasi α→γ Baja memuai

B a j a m

e m u a i

B a j a m

e n y u s u t

Baja sangat lunak - σu << ,struktur: γ + karbida (sisa)

Baja keras tapi rapuh ,struktur: M (stressed) + γ sisa

+ Karbida (sisa) + lainnya

Baja keras dan mulai tangguh :struktur: M (temper+sterssed) + γ sisa + Karbida (sisa) + lainnya

Ketangguhan lebih baik :struktur: M (temper) + Karbida + lainnya

T E M P E R

A T U R

WAKTU

Holding

Temper 1Temper 2



S U S U T

TAHAP PEMANASANHal-hal yang perlu diketahui :• Perbedaan temperatur antara bagian dalam dan permukaan, akibat

rambatan panas, menyebabkan perbedaan pemuaian volume.• Baja menyusut sampai 4% (volume) pada kenaikan temperatur

mencapai transformasi austenite.

Hal-hal yang perlu dikontrol :• Lakukan preheating pada temperatur sekitar 550-650 oC untuk

mengeliminasi distorsi yang mungkin timbul akibat pemanasan.• Kecepatan pemanasan harus dikontrol agar tidak menimbulkan gradien

temperatur yang sangat curam antara bagian dalam dan permukaan.

WAKTU

T E M P E R A T U R

M U A I

TRANSFORMASI KE γ

WAKTU

T E M P E R A T U R

I N T I

P E R M U K A A N

PREHEATING(550-650 oC)



TAHAP AUSTENISASI

Dua hal penting: --Waktu tahan (holding time)

--Temperatur austenisasi (austenitizing temperature)

WAKTU

T E M P E R A T U R ( ° C )

18Kekerasan setelah kuens

(Rockwell C)

18 42 56 63-65 60-62 57-58

a

e dc b

f

750

850

950

Waktu tahanyang benar Berlebih

Pertumbuhan butir,ketangguhan menjadi

buruk atau rapuh

Kurang

T,t

Tidak tercapai pengerasan



TAHAP AUSTENISASI

Hal-hal yang diperhatikan:

--Hindari susunan umpan didalam dapur yang saling tumpang-tindih untuk menghindari terjadinya deformasi komponen akibat berat komponen padasaat baja sedang lunak.

--Cek akurasi temperatur austenisasi yang ditentukan, misalnya denganmenggunakan thermocouple yang ditempelkanlangsung pada komponen.

--Hindari kesalahan penentuan saat mulainya penghitungan waktu tahan..



EHW 98

TAHAP KUENSTAHAP KUENSyaitu mendinginkan baja dari temperatur austenit

sampai temperatur ambien pada media tertentu yangakan menghasilkan struktur martensit

• Pemilihan media kuens ditentukan oleh jenis baja/paduannya.

• Semakin ekstrim media kuens risiko terhadap distorsi meningkat.

• Perbedaan laju pendinginan antara permukaan dan bagian dalammenimbulkan profil kekerasan (tergantung ukuran perkakasdan komposisi baja).



EHW 98

MEDIA KUENSMEDIA KUENS

Air : Murah serta sistemnya sederhana. Kekurangannya ia mudah membentuk selimut uapyang menutupi permukaan komponen, sehingga menghasilkan pedinginan tidak seragamdipenampang permukaan yang luas. Pemanfaatannya terbatas pada industri perlakuan panas.Eliminasinya di tambahkan Na/Ca Chloride, membutuhkan closed system.

Larutan polimer : Kemampuan pendinginan (H) diantara oli dan air. Memerlukan closecontrol karena konsentrasinya mudah berkurang.

Oli : Kemampuan pendinginan tidak sebaik air, tetapi lebih disenangi. Dengan penambahanadditive kemampuan pendinginan (H = cooling power) dapat ditingkatkan lebih dari 0,4 s/d1.

Lelehan garam : Paling umum digunakan sbagai media pendingin dikarenakan dapat bekerja pada rentang temperatur yang besar (150 °C s/d 595 °C, atau bahkan lebih).Dikarenakan karakter tersebut lelehan garam banyak digunakan untuk delayed quenching seperti: kuens intermediate, kuens isotermal / holding pada berbagai temperatur.



Lelehan logam : Banyak digunakan untuk kuens-interupsi (interrupted quenching) ,tetapi saat ini fungsinya sering digantikan oleh lelehan garam dikarenakankemampuannya bekerja pada rentang temperatur lebih besar.

Gas / udara : Hanya digunakan untuk baja dengan ukuran tipis atau baja yang memiliki

mampu keras tinggi. Pengaturan cooling power dilakukan dengan cara mengatur lajusemprot udara/gas.

Cetakan logam : Digunakan pada jenis material yang mememiliki risiko distorsi tinggi.Biasanya menggunakan water-cooled copper dies, dan kelemahannya biaya tinggi.

Lainnya : Larutan garam, larutan soda, uap

MEDIA KUENSMEDIA KUENS



1. Selimut uap (Vapour blanket)2. Pendidihan (Boiling)3. Konveksi (Convection )

Waktu (detik)

100

800700600500400300200

900

5 201510 250

3.Konveksi

2.Pendidihan

1. Selimut uap

T e m p e r a t u r , º C

Kurva kecepatan pendinginan (ºC/dt) Kurva pendinginan

TAHAP KUENS MELALUI MEDIA CAIR



MEKANISME PENDINGINANMELALUI MEDIA CAIR

SELIMUT UAP: Kecepatan pendinginan relatif lambat akibat seluruh permukaan ditutupi oleh uap.

Temperatur transisi menuju mekanisme pendidihan(leidenfrost temperature) tidak dipengaruhi oleh temperatur.awal saat dikuens.

PENDIDIHAN : Kecepatan pendinginan sangat tinggi ditandai olehgelembung-gelembung uap pada permukaan komponen .

KONVEKSI : Kecepatan pendinginan kembali menjadi lambat melalui

rambatan konveksi.Kecepatan perpindahan panas pada kondisi ini sangatdipengaruhi oleh viskositas cairan, agitasi, temperatur cairan/bath .



KONDISI KOMPONEN VS MEKANISME KUENS

760 °C645 °C538 °C427 °C315 °C

Pada prakteknya gradient temparatur ataupendinginan pada permukaan komponen tiselalu seragam. Hal ini disebabkan :

• Kondidi internal material: pengaruhnya teperpindahan panas keluar

• Kondisi permukaan: pengaruhnya terhadaperpindahan panas

• Potensial ekstarsi panas dari media kuens

• Kondisi media yang teragitasi atau non-ag

Jadi, geometri komponen serta kondisi medikuens dapat mempengaruhi hasil kekerasan

pada permukaan



MIKROSTRUKTUR BAJA SESUDAH KUENS

Mikrostruktur bajakondisi anil (lunak),sebelum dikeraskan

Mikrostruktur baja setelahdikeraskan: martensitdiperkuat oleh karbida

--Terbentuknya martensit hanya dipengaruhi oleh

kehadiran karbon didalam fasa austenit.--Sejumlah karbida diperlukan untuk mencegah

pertumbuhan butir pada waktu baja diaustenisasi.

--Terdapat sisa austenite yang tidak bertransformasi pada kondisi setelah kuens

Karbida

Ferit, Perlit

Karbida

MartensitSisa γ

Pengerasan termal



SISA AUSTENITE

terjadi akibat kandungan karbon yang tinggi, danhadirnya elemen penstabil austenit ( γ ) pada baja paduan

K e k e r a s a n

Komposisi karbon

BAJA KARBON

0.7 0.8 %C

6 5

7 0 H R c

Sisa γ Penghilangan sisa austenit:

--Temper Bainit, Karbida, Martensit--Subzero treatment 100% MartensitKarbon diatas 0,8%

kekerasan menurun



EHW 98

BAJA SETELAH KUENS

-- terdapat tegangan sisa akibat kuens-- rapuh dan mudah patah-- dimensi tidak stabil-- tidak siap digunakan

-- membutuhkan perlakuan temper !

K e r as d an R a p uh



PERLAKUAN TEMPER

Pemanasan kembali setelah kuens dibawah garis A 1 (160-650 ºC) :

√ Mengurangi tegangan sisa akibat proses kuens.√ Memperbaiki ketangguhan.√ Dalam hal tertentu digunakan untuk meningkatkan kekerasan

baja perkakas jenis pengerjaan panas dan kecepatan tinggi.√

Mengontrol dimensi komponen baja yang dikeraskan

K e k e r a s a n

( H R c )

K e t a n g g u h a n

f t - l b )

Temperatur (ºC)

K e k e r a s a n

K e t a n g g u h a n

Secondary hardening



EHW 98

UNTEMPERED MARTENSITEUNTEMPERED MARTENSITEDAN SISA AUSTENITEDAN SISA AUSTENITE

30% Untempered Setelah temperingmartensite pada 200 °C

BAJA PADUAN RENDAH HSS M42:a. 35 % γ b. temper 1: 1 jam, 600ºCc. temper 2: 1 jam, 600ºC

(a)

(b) (c)

Sisa γ warna putih



PERUBAHAN MIKROSTRUKTUR PERUBAHAN MIKROSTRUKTUR PADA WAKTU TEMPER PADA WAKTU TEMPER

Tahap 1: Pembentukan karbida transisi, ε karbida, serta penurunan80-16 0ºC kandungan karbon pada matriks martensit s/d 0.23%

Tahap 2: Transformasi γ sisa Bainite230-280ºC

Tahap 3: Karbida transisi, martensit C rendah Sementit + Ferit160-400ºC

Tahap 4 Pertumbuhan dan pembulatan sementit400-700 ºC Adanya elemen paduan pembentuk karbida,

Tahap 5 Secondary hardening, yaitu pembentukan karbida paduan500-550ºC yang mengakibatkan kekerasan meningkat lagi.



MARTEMPERING DAN AUSTEMPERING

Waktu

T e m p e r a t u r

( º C )

Austenite

M s Bainite

Waktu


( º C )

Austenite

M s Bainite

PearlitePearlite

Surface

CoreCore

Bertujuan untuk mereduksi tegangan termalsehingga meminimumkan efek distorsi

Martempering Austempering

S ur f a c e



MASALAH-MASALAH YANGHARUS DIPERHATIKAN

√ Efek distorsi dan keretakan.

√ Kehilangan kandungan elemen pada permukaan komponen(dekarburisasi, oksidasi).

√ Sisa austenite.

√ Pengkasaran dan ketidak-ragaman mikrostruktur.

CATATAN PENGERASAN TERMAL

EHW 98



EHW 98

DISTORSI DAN KERETAKANDISTORSI DAN KERETAKAN

--Tegangan sisa akibat machining /pengerjaan dingin sebelum

perlakuan panas.

--Tegangan termal (thermal stresses) akibat perbedaan laju

pemanasan / pendinginan antara permukaan dan bagian dalam.

--Tegangan akibat transformasi fasa (transformation stresses) pada waktu pendinginan.

Penyebab:

EHW 98



EHW 98

SEBELUMPERLAKUAN PANAS

SETELAHPERLAKUAN PANAS

DUA BENTUK DISTORSI KOMPONENDUA BENTUK DISTORSI KOMPONEN

1. Dimensional

distortion

1. Dimensional

distortion

2. Shapedistortion

2. Shapedistortion

Terjadi akibat perubahan ukuran,tegangan sisa machining, proses perlakuan panas.

EHW 98



EHW 98

Distorsi yang dapatdihindarkan

Distorsi yang tidak dapat dihindarkan

CATATAN DISTORSI KOMPONENCATATAN DISTORSI KOMPONEN

--Cara perlakuan panas yang buruk.

--Kesalahan penggunaan media kuens.

--Kesalahan pemilihan material.

--Perubahan mikrostruktur pada waktu pengerasan termal dan termper.

--Tegangan termal akibat kontraksivolume.

anne a ling hardening s 1

Documents