Pengerasan Permukaan Dengan Perlakuan Panas

A. PENGERASAN

Definisi Pengerasan

Pengerasan adalah proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di atas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui, suhu pemanasannya dapat dibaca dari diagram fasa besi-karbida besi. Akan tetapi tata komposisi baja tidak diketahui, perlu diadakan percobaan untuk mengetahui daerah pemanasannya. Cara yang terbaik ialah memanaskan dan mencelupkan beberapa potong baja pada berbagai suhu yang tepat, sehingga terjadi perubahan dalam kekerasan dan sifat lainnya.

Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan faktor yang sangat penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan tertentu. Bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian dalam sehingga tidak dapat diperoleh struktur yang merata. Bila bentuk benda tidak teratur, benda harus dipanaskan perlahan-lahan agar tidak mengalami distorsi atau retak. Makin besar potongan benda makin lama waktu yag diperlukan untuk memperoleh hasil yang merata.

Kekerasan yang dicapai tergantung pada laju pendinginan, kadar karbon dan ukuran benda. Pada baja paduan, jenis dan jumlah paduan akan mempengaruhi kemampuan pengerasan.

• Untuk pendinginan yang cepat dapat digunakan air garam (salt water) atau disemprotkan dengan air. Ada beberapa jenis logam yang dapat dikeraskan dengan pendinginan udara. Akan tetapi untuk baja biasa, laju pendinginan udara terlalu lambat. Benda yang agak besar biasanya dicelupkan dalam minyak. Suhu media pencelupan harus merata agar dapat dicapai pendinginan yang merata pula.
• Baja dengan kadar karbon rendah sulit untuk dikeraskan. Dengan meningkatnya kadar karbon sampai sekitar 0,60 % kekerasan akan naik pula, dan ketika diatas 0,60% C kenaikan harga karbon hanya sedikit pengaruhnya. Karena diatas suhu eutektoid baja dalam keadan anil terdiri dari perlit dan sementit. Untuk sebagian besar baja, terdiri dari perlit yang dapat diubah menjadi baja yang keras.
• Benda yang ukuran lebih besar pada umumnya akan menghasilkan permukaan yang kurang meskipun kondisi perlakuan panas tetap sama. Hal ini disebabkan oleh terbatasnya jumlah panas yang dapat merambat ke permukaan. Oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih rendah daripada bagian luar.

B. MACAM-MACAM PENGERASAN

1. PENGERASAN PERMUKAAN

a. Karburisasi

b. Karbonitriding

c. Cyniding

d. Nitriding

2. PENGERASAN INDUKSI

3. PENGERASAN “FLAME HARDENING”

4. PENGERASAN TERMAL

1. PENGERASAN PERMUKAAN

a. Karburisasi

Baja karbon rendah dengan kadar karbon C = 0,15 % umumnya dikeraskan melalui proses pencelupan. Selama proses karburisasi kadar karbon lapisan luar dapat ditingkatkan sampai 0,9 – 1,2 % C.

Baja dengan kadar karbon yang berbeda dengan sendirinya memerlukan perlakuan panas khusus mengingat adanya perbedaan suhu kritis pada lapisan-lapisan yang berbeda. Selama proses karburisasi yang cukup lama, terjadi pertumbuhan butir dalam baja, oleh karena itu baja perlu dipanaskan hingga suhu kritis inti, kemudian didinginkan dengan demikian diperoleh inti dengan butir-butir yang halus. Baja kemudian di panaskan diatas suhu transformasi lapisan luar, AC₁. Kemudian dicelup untuk memperoleh lapisan keras dan halus. Suhu yang lebih rendah ini disebabkan oleh karena suhu austenisasi baja hipereutektoid sedikit diatas suhu kritis. Bila diperlukan dapat dilakukan perlakuan panas lanjut untuk menghilangkan tegangan.

b. Karbonitriding

Karbonitriding, sianida kering atau nikarbing adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Dapat digunakan gas ammonia atau gas yang kaya akan karbon. Lapisan yang tahan aus mempunyai ketebalan antara 0,08 sampai 0,75 mm. Keuntungan karbonitridng ialah bahwa kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan baja yang relatif murah.

c. Cyniding

Cyniding atau karbonitriding cair merupakan proses dimana terjadi absorpsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

Benda yang dikeraskan dimasukkan ke dalam dapur yang mengandung garam cynida natrium, suhunya sedikit di atas daerah Ac₁. Lama pemanasan tergantung pada permukaan yang akan dikeraskan. Benda kemudian dicelupkan ke dalam air atau minyak untuk mendapatkan permukaan yang keras. Tebal lapisan berkisar antara 0,10 sampai 0,40 mm. Cyniding terutama diterapkan untuk perlakuan panas bagian-bagian yang kecil.

d. Nitriding

Proses nitriding adalah salah satu proses pengerasan permukaan. Disini digunakn bahan dan suhu pemanasan yang berlainan. Logam dipanaskan sampai sekitar 510 ^oC di dalam lingkungan gas amonia selama beberapa waktu. Nitrogen yang diserap oleh logam akan membentuk nitrida yang keras yang tersebar merata pada permukaan logam.

Pada Nitriding cair (liquid nitriding) digunakan garam cynida cair sedang suhunya dipertahankan di bawah daerah transformasi. Penyerapan nitrogen lebih mudah sedang karbon yang menyerap lebih sedikit dibandingkan dengan proses cyaniding atau karburisasi. Dapat dicapai ketebalan antara 0,03 sampai 0,30 mm.

Pada sebagian besar logam, dislokasi bergerak bila gaya mencapai nilai tertentu hingga menimbulkan deformasi. Pentingnya dislokasi tidak dapat disangkal lagi, karena semua sifat mekanik logam dapat dijelaskan dengan dislokasi. Dislokasi dapat bergerak bebas dalam kisi kristal atau terpaku disuatu tempat.