Proses-Perlakuan Panas Anil, Annealing

Pengertian, Definisi Proses Anil, Annealing

Proses annealing atau anil merupakan perlakuan panas yang dilakukan pada logam hasil pengerjaan dingin atau cold working. Perlakuan panas ini bertujuan untuk mendapatkan kembali atau merecoveri sifat-sifat fisik yang berubah selama proses deformasi dingin dan mendapatkan sifat-sifat mekanik yang lebih sesuai dengan aplikasinya. Proses anil akan menurunkan sifat mekanik seperti kuat tarik dan kekerasan, namun logam akan menjadi lunak dan ulet, sehingga dapat diproses lebih lanjut.

Logam yang telah mengalami pengerjaan dingin, cold working atau cold forming, akan memiliki kekerasan yang tinggi, kekuatan tarik yang tinggi, dan hambatan listrik yang tinggi pula. Namun logam memiliki keuletan yang sangat rendah atau logam menjadi sangat rapuh.

Secara mikro, hal ini disebabkan oleh meningkatnya jumlah dislokasi dan distorsi-distorsi pada bidang struktur Kristal. Logam memiliki energy dalam yang tinggi dan menjadi metastabil.

Mekanisme Annealing

Proses perlakuan panas anil yang dilakukan pada logam yang telah mengalami pengerjaan dingin akan mengalami perubahan yang berurutan sebagai berikut:

  1. Pemulihan atau recovery
  2. Rekristalisasi atau recrystalization
  3. Pertumbuhan butir atau grain growth

Pemulihan atau recovery

Panas yang diterima logam menjadi pendorong tersusunnya kembali dislokasi-dislokasi ke susunan yang memiliki energy lebih rendah dan stabil. Pada tahapan pemulihan ini, dislokasi-dislokasi akan menyusun kembali menjadi dinding sel. Fenomena ini disebut dengan poligonisasi. Poligonisasi merupakan pembentukan sub batas butir dengan mekanisme pergerakan kekosongan atau vacancies dari atom untuk menghasilkan pergerakan dan pemanjatan dislokasi. Pada proses pemulihan ini kekuatan logam sedikit berkurang yang dibarengi dengan peningkatan keuletan.

Rekristalisasi atau recrystalization

Pada tahapan ini, kisi-kisi yang terdeformasi dingin akan tergantikan oleh kisi-kisi baru yang bebas regangan melalui nukleasi atau pengintian dan selanjutnya tumbuh membentuk struktur rekristalisasi. Pembentukan struktur ini melalui pertumbuhan yang sangat lambat, yaitu periode inkubasi.

Mekanisme rekristalisasi terjadi saat nucleus atau inti yang terisolasi membesar di dalam butir dan adanya batas butir yang memiliki sudut besar bermigrasi atau bergerak ke dalam daerah yang memiliki derajat deformasi yang lebih besar.

Batas butir akan bergerak menjauhi pusat. Pertumbuhan butir baru akan mengeliminasi daerah terdeformasi yang memiliki regangan dan energy dalam tinggi. Butir-butir baru ini merupakan daerah bebas regangan yang memiliki energy dalam lebih rendah.

Butir-butir halus akan tumbuh membesar seiring dengan naiknya temperature. Beberapa batas butir akan segera migrasi dan menelan sejumlah butir tetangganya. Pertumbuhan butir ini disebut sebagai pertumbuhan diskontinyu atau pertumbuhan butir abnormal, discontinuous grain growth dan abnormal grain growth. Terjadi ketidak homogenan besar butir. Artinya ada perbedaan ukuran butir yang cukup besar. Butit besar dikelilingi butir-butir kecil.

Temperatur yang dibutuhkan agar terjadi proses rekristalisasi tergangtung pada banyak logam, seperti jenis logam dan besarnya deformasi yang diterima. Proses rekristalisasi biasanya terjadi pada rentang temperature tertentu. Semakin tinggi temperature, semakin cepat terjadinya rekritalisasi. Ketika temperature minimumnya tercapat, maka kekuatan tarik akan berkurang, tetapi keuletan bertambah. Temperatur rekristalisasi dapat ditentukan dengan formula berikut:

Tr = 0,4 Tm

Tr = temperature rekristalisasi

Tm = titik leleh logam. Kelvin

Pertumbuhan Butir, Grain Growth

Pada tahapan ini butir-butir akan tumbuh lebih lanjut secara perlahan dan menghasilkan butir yang ralatif seragam. Pertumbuhan butir ini disebut sebagai pertumbuhan butir normal. Proses pertumbuhan berjalan sangat lambat dan merupakan pertumbuhan butir paling lambat selama proses annealing. Gaya pendorong pertumbuhan ini adalah energy yang dimiliki oleh batas butir. Pada butir yang sudah besar energy batas butir menjadi kecil. Hal ini disebabkan oleh luas permukaan batas butir mengecil, akibatnya energy batas butit menjadi lebih rendah. Factor lain yang dapat menghambat laju pertumbuhan butir adalah terdapatnya fasa kedua yang terdispersi atau tersebar pada butir. Inklusi dan orientasi tekstur merupakan factor-faktor yang dapat memperlambat pertumbuhan butir selama proses annealing.

Pengaruh Anil Terhadap Sifat Logam

Perubahan Struktur Mikro Selama Proses Anil

Perubuhan struktur mikro dari struktur pengerjaan dingin baja seri 1008 setelah proses anil dapat dilihat pada Gambar 1. Struktur baja seri 1008 setelah pengerjaan dingin ditujukkan dengan bentuk butir-butir yang terelongasi yang menunjukkan struktur hasil deformasi. Setelah proses anil di temperatur 600 celcius, butir-butir ferit sudah berubah menjadi relatif bulat, eguiaxial grains, hal ini menunjukkan fasa ferit sudah mengalamin rekristalisasi. Sedangkan butir-butir fasa pearlit masih tampak terelongasi, yang menunjukkan proses rekritalsasinya masih belum menyebabkan perubahan pada bentuk butir.

Setelah proses anil mencapai temperatur 800 celcius, perubahan semakin tampak, butir-butir ferit menjadi makin bulat dan makin besar, dan fasa pearlit juga berubah menjadi relatif bulat. Pada temperatur ini terjadi pertumbuhan butir-butir ferit dan terjadinya rekritalisasi pada butir-butir fasa perlit.

Perubahan Struktur Mikro Akibat Proses Anil

Gambar 1. Perubahan Struktur Mikro Akibat Proses Anil

Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Sifat Mekanik

Pengaruh Anil Terhadap Sifat Kuat Tarik

Perubahan sifat mekanik, kuat tarik, elongasi, dan kekerasan setelah proses anil dapat dilihat pada Gambar 2. Dari gambar terlihat bahwa kuat tarik turun dengan semakin tingginya temperatur anil. Perubahan tampak jelas ketika temperatur mencapai temperatur 600 celcius. Di sini tampak bahwa setelah mekanisme rekristalisasi terjadi, maka penurunan kuat tarik menjadi sangat besar.

Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Kuat Tarik

Gambar 2. Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Kuat Tarik

Pengaruh Anil Terhadap Sifat Keuletan/Elongasi Material

Selain terjadi perubahan pada kuat tarik, proses anil juga berkontribusi terhadap peningkatan keuletan yang dimiliki oleh baja. Pada temperatur yang masih rendah peningkatan keuletan relatif kecil. Peningkatan keuletan semakin besar ketika anil dilakukan pada temperatur 600 – 800 celcius. Gambar 3 menunjukkan perubahan keuletan baja setelah mengalami proses anil pada berbagai temperatur. Data ini mengkonfirmasi bahwa proses anil dengan mekanisme rekristalisasi dan pertumbuhan butirnya berkontribusi terhadap meningkatkan elongasi baja yang sebelumnya rendah akibat proses pengerjaan dingin.

Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Elongasi

Gambar 3. Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Elongasi

Pengaruh Anil Terhadap Sifat Kekerasan Material

Perubahan nilai kekerasan baja setelah di anil dengan temperatur 200 sampai 800 celcius dapat dilihat pada Gambar 4. Perubahan kekerasan tidak terlalu besar setelah dianil sampai temperatur 400 derajat. Kekerasan turun sangat tajam ketika anil dilakukan pada temperatur 600 sampai 800 celcius. Hal ini menunjukkan bahwa proses  rekritalisasi yang diikuti oleh pertumbuhan butir memberikan pengaruh yang cukup bessar terhadap penurunan kekerasan baja.

Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Kekerasan

Gambar 4. Pengaruh Temperatur Anil Terhadap Kekerasan