Perlakuan Panas Logam, Pengertian Jenis Tujuan Contoh Heat Treatment

Pengertian Perlakuan Panas Pada Logam, Heat TreatmentPerlakuan panas secara eksplisit didefinisikan sebagai perpaduan antara proses pemanasan, penahanan temperatur, dan pendinginan.

Perlakuan panas biasa diaplikasikan pada logam atau paduan dalam keadaan padat, untuk mendapatkan sifat fisik dan atau mekanik tertentu. Yang perlu dicatat di sini adalah perlakuan panas tidak selalu logam, tapi bisa juga pada kaca.

Perubahan sifat yang dapat diperoleh dari perlakukan panas pada logam adalah sifak mekanik seperti kekerasan, kekuatan, keuletan, ketangguhan, dll, yang merupakan sifat yang paling sering dirubah dengan metoda perlakukan panas. Sifat lain yang juga dapat dirubah melalui perlakukan panas adalah sifat teknologi seperti sifat mampu bentuk dan mampu las dan mampu mesin.

Siklus Temperatur Waktu Proses Perlakuan Panas.

Secara sederhana proses perlakuan panas melibatkan tiga tahapan yang terdiri dari tahap pemanasan, penahanan dan pendinginan.

Pemanasan adalah memanaskan benda kerja atau bahan logam dengan laju pemanasan tertentu sampai ke temperature target perlakuan panas.

Penahanan atau holding adalah menahan bahan atau benda kerja pada temperature perlakuan panas sampai seluruh benda kerja memiliki panas yang sama.

Pendinginan merupakan menurunkan temperature benda kerja dari temparatur perlakuan panas sampai temperature ruang dengan kecepatan pendinginan tertentu.

Siklus perlakuan panas untuk logam baja dapat dilihat pada gambar berikut.

Siklus Temperatur Waktu Proses Perlakuan Panas.
Siklus Temperatur Waktu Proses Perlakuan Panas.

Bentuk siklus perlakuan panas dipengeruhi oleh jenis bahan benda kerja, komposisi kimia, dimensi serta sifat akhir yang diinginkan dari benda kerja.

Temperatur Perlakuan Panas Diagram Fasa

Temperatur perlakuan panas yang diterapkan untuk logam sangat tergantung pada komposisi kimianya. Untuk baja karbon, temperature perlakuan panas sangat tergantung pada kadar karbon seperti ditunjukkan pada penggalan sederhana diagram fasa besi – besi karbida berikut

Temperatur Perlakuan Panas Diagram Fasa
Temperatur Perlakuan Panas Diagram Fasa

Secara umum dapat dikatakan bahwa temperature yang digunakan pada perlakuan panas sangat tergantung pada kadar karbon dan jenis perlakuan panasnya.

Klasifikasi Proses Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Beberapa perlakukan panas yang umum diaplikasikan pada baja adalah aniling, normalisasi, qeunching dan tempering. Namun demikian yang dibahas disini hanya quenching dan tempering.

Perlakuan Panas Full Annealing

Tujuan Anil Sempurna

Perlakuan proses full annealing bertujuan untuk melunakan logam baja sebelum melakukan proses pemesianan dengan merubah bentuk struktur sementit di dalam pearlit dan sementit pada batas butiran dari baja karbon tinggi menjadi bentuk yang lebih ekuiaksial dengan ukuran butir pearlit lebih besar.

Proses Full Annealing, Prosedur Anil Sempurna

Baja Hypoeutectoid (< 0,8% C). Baja dipanaskan 30 – 60°C di atas temperatur A3, kemudian ditahan beberapa saat, kemudian didinginkan di dalam dapur dengan kecepatan pendinginan antara 10 – 30°C/jam sampai temperatur 30 oC di bawah A1, kemudian didinginkan di udara.

Baja Hypereutectoid (> 0,8%C). Pada dasarnya sama dengan baja hypoeutectoid, kecuali pada pemanasan hanya sampai daerah austenit + sementit, yaitu pada temperature sekitar 30 – 60°C di atas A1.

Struktur Mikro hasil perlakuan panas full annealing adalah struktur pearlite berbentuk lebih ekuiaksial  dengan ukuran butir yang lebih besar.

Struktur Mikro Proses Full Annealing, Prosedur Anil Sempurna
Struktur Mikro Proses Full Annealing, Prosedur Anil Sempurna

Gambar a menunjukkan struktur ferit dan perlit baja karbon rendah hasil pengerjaan panas hot rolling berbentuk ekuiaksial berukuran kecil, sedangkan gambar b menunjukkan struktur ferit dan perlit yang beruluran besar hasil perlakuan panas Full Annealing pada temperature 800 Celcius.

Perlakuan Panas Recrystallisation Annealing

Tujuan Anil Rekritalisasi

Recrystallisation Annealing merupakan anil yang dilakukan untuk melunakkan baja hasil pengerjaan dingin. Proses rekristalisasi dan pengembangan bentuk strukturnya dapat merubah baja menjadi lebih lunak dengan sifat mampu bentuk yang lebih baik.

Proses Recrystallisation Annealing, Prosedur Anil Rekritalisasi

Baja dipanaskan pada suhu kira- kira 700°C (sedikit di bawah temperatur A1).  Kemudian ditahan pada temperatur tersebut untuk mencapai keseragaman dan terjadinta pelunakan, kemudian didinginkan dengan kecepatan tertentu (biasanya di udara).

Struktur mikro yang dihasilkan dari anil rekristalisasi adalah struktur baru dengan bentuk yang lebih ekuiaksial (bulat). Struktur awal pengerjaan dingin cenderung lebih pipih atau memanjang.

Struktur Mikro Perlakuan Panas Recrystallisation Annealing
Struktur Mikro Perlakuan Panas Recrystallisation Annealing

Gambar a menunjukkan struktur ferit dan perlit baja karbon rendah hasil pengerjaan dingin cold rolling berbentuk memanjang (elongated structure), sedangkan gambar b menunjukkan struktur ferit dan perlit yang relative ekuasial lebih membulat hasil perlakuan panas Recrystallisation Annealing pada temperature 600 Celcius.

Perlakuan Panas Stress-Relief Annealing

Tujuan Stress-Relief Annealing

Stress relief annealing bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa (tegangan dalam) dalam baja tuang yang tebal, pada logam yang sudah mengalami pengelasan.

Proses Stress-Relief Annealing, Prosedur Anil Menghilangkan Tegangan

Benda kerja dipanaskan pada temperatur di bawah Al sekitar 550 – 650 oC dan dipertahankan beberapa saat sampai temperature merata, kemudian didinginkan secara perlahan.

Struktur Mikro yang dihasilkan dari perlakuan panas stress relief annealing adalah struktur yang sama dengan awal namun tanpa adanya tegangan sisa atau tegangan dalam yang menyertainnya.

Perlakuan Panas Spheroidization

Tujuan Spheroidization

Sperodisasi bertujuan untuk meningkatkan ketangguhan logam baja yang rapuh. Beberapa produk mensyaratkan adanya karbida yang tinggi agar memiliki ketahanan aus tinggi. Namun jika karbida dalam bentuk pearlit, ketangguhan akan rendah sekali

Proses Spheroidization, Prosedur Sperodisasi

Bila struktur awal produk baja adalah ferit, produk dipanaskan selama 16 – 24 jam pada temperature sekitar 700 Celcius, sekitar temperature eutectoid sekitar temperature A1.

Bila awal produk baja adalah martensit, maka diperlukan waktu pemanasan sekitar 1 – 2 jam pada temperature sekitar 700 Celcius sekitar temperature eutectoid atau sekitar temperature A1.

Struktur Mikro yang dihasilkan dari perlakuan panas speroidisasi adalah struktur speroid dari karbida.

Struktur Mikro Proses Spheroidization, Prosedur Sperodisasi
Struktur Mikro Proses Spheroidization, Prosedur Sperodisasi

Gambar a menunjukkan struktur perlit dengan sementit di batas butir pada baja karbon tinggi sebelum perlakuan panas. sedangkan gambar b menunjukkan struktur sementit berbentuk spheroidal (bitnik bulat) yang tersebar pada ferit sebagai matriknya dan dari hasil perlakuan panas Spheroidization.

Perlakuan Panas Normalizing

Tujuan Normalisasi

Normalisasi bertujuan untuk mendapatkan struktur butiran yang halus dan seragam yang diiringi dengan menghilangnya tegangan dalam. Sehingga diperoleh keseragam sifat mekanik seperti kekeuatan, ketangguhan, kekerasan, keuletan dan sebagainya.

Proses Normalizing, Prosedur Normalisasi

Proses normalisasi dilakukan dengan memanaskan produk baja di daerah austenite. Proses ini dinamakan austenisasi sekitar 50 – 60 Celcius di atas garis A3 atau Acm (di atas suhu kritis atas) sampai temperaturnya merata pada seluruh produk baja.

Kemudian dikeluarkan dari tungku dan didinginkan di udara. Pendinginan di udara untuk menghindari timbulnya segregasi pra eutectoid berlebihan.

Struktur Mikro yang dihasilkan dari perlakuan panas normalisasi adalah struktur ferit halus tanpa adanya ferit praeutektoid yang berlebihan.

Struktur Mikro Proses Normalizing, Prosedur Normalisasi
Struktur Mikro Proses Normalizing, Prosedur Normalisasi

Gambar a menunjukkan struktur ferit dan perlit baja karbon rendah sebelum perlakuan panas. sedangkan gambar b menunjukkan struktur ferit dan perlit hasil perlakuan panas normalisasi pada temperature 800 Celcius.

Perlakuan Panas Homogenisasi

Tujuan Homogenisasi

Perlakuan panas homogenisasi dilakukan degan tujuan untuk menyeragamkan komposisi kimia logam hasil coran yang pada umumnya tidak merata pada seluruh bahan.

Proses Homogenisasi

Proses Homogenisasi dilakukan dengan memanaskan produk di daerah austenite pada temperature yang sangat tinggi. Umumnya lebih tinggi dari temperature nomalisasi. Namun di bawah temperature cairnya dan tidak menimbulkan pertumbuhan butir yang berlebihan.

Ditahan pada tempertaur austenite sampai temperature marata pada seluruh bagian logam baja. Kemudian didinginkan di udara.

Struktur Mikro yang dihasilkan dari perlakuan panas homogenisasi adalah struktur ferit pearlit atau cementit yang seragam pada seluruh bagian baja dengan komposisi yang seragam pula.

Struktur Mikro Perlakuan Panas Homogenisasi
Struktur Mikro Perlakuan Panas Homogenisasi

Gambar a menunjukkan struktur mikro hasil coran Alumunium grade AA3003 sebelum perlakuan panas, sedangan gambar b menunjukkan struktur mikro hasil perlakuaan panas homogenisasi pada temperature 500 Celcius.

Perlakukan Panas Hardening

Tujuan Perlakuan Panas Hardening

Perlakuan panas hardening bertujuan untuk mendapatkan kekerasan bahan seseuai dengan aplikasi produknya. Kekerasan diperoleh dengan merubah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur martensit yang keras dari permukaan hingga inti benda kerja.

Proses Hardening, Prosedur Pengerasan

Baja dipanaskan sampai temperatur diatas A3 untuk baja dengan karbon kurang dari 0,8 persen dan di atas temperature A1 untuk baja karbon lebih tinggi dari 0,8 persen. Ditahan pada temperature pemanasan sampai merata pada seluruh benda kerja.

Kemudian didinginkan dengan capat dengan mencelupkan dalam air, oli atau media pendingin yang lain.

Struktur Mikro yang diperoleh dari perlakuan panas hardening adalah struktur martensit atau martensit temper.

Struktut Mikro Perlakukan Panas Hardening
Struktut Mikro Perlakukan Panas Hardening

Gambar a menunjukkan struktur mikro benda kerja yang terdiri dari fasa ferit dan struktur perlit baja karbon medium sebelum dilakukan heat treatment, sedangkan gambar b menunjukkan struktur martensite tanpa temper setelah perlakuan panas hardening quenching.

Proses Perlakuan Panas Queching.

Perlakuan panas yang memiliki siklus pemanasan sampai temperatur austenit, penahanan selama waktu tertentu pada temperatur austenit, dan kemudian didinginkan dengan cepat, queching.

Salah satu ciri dari perlakuan ini adalah produk menjadi sangat keras, karenanya sering disebut sebagai proses pengerasan, hardening.  Perlakukan panas akan menghasilkan produk yang optimal, jika selama transformasi seluruh fasa austenit dapat dikonversi ke fasa martensit.

Prosedur Siklus Perlakuan Panas Quenching Tempering

Siklus perlakuan panas Quench dan Tempering Untuk Baja dapat dilihat pada gambar 1.

Siklus Perlakuan Panas Pada Baja
Gambar 1.  Siklus Perlakuan Panas Pada Baja

Tahap pertama adalah pemanasan sampai temperatur austenite, akan terjadi perubahan fasa dari fasa ferrit dan pearlite menjadi fasa austenite.

Reaksi Transformasi Perubahan Fasa Pada Pemanasan 

Ferit + Perlit —> Austenit

Tahap kedua adalah menahan temperatur beberapa saat untuk memberikan kesempatan fasa logam bertransformasi seluruhnya. Pada tahap ini akan terjadi pertumbuhan butir austenit. Target tahapan ini adalah untuk homogenisasi temperatur dan fasa, batasan waktu yang digunakan adalah homogennya fasa dan ukuran butir austenit.

Tahap ketiga adalah mendinginkan sesegera mungkin dari temperatur austenit ke temperatur ruang. Terjadi transfomasi fasa dari fasa austenite menjadi struktur martensite

Reaksi Transformasi Austenit ke Martensit

Transformasi perubahan fasa austenite menjadi martensit dapat dinyatakan dengan reaksi transformasi berikut

Austenit —> Martensit 

Sifat akhir produk perlakuan ini sangat ditentukan oleh siklus selama perlakuannya. Ketiga tahapan akan sangat menentukan apakah logam akan memiliki sifat-sifat yang sudah dirancang atau tidak.

Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Besar Butir Austenite.

Pengaruh dari temperatur terhadap besar butir austenit dapat dilihat seperti pada Gambar 1. Tampak bahwa pada temperatur yang lebih tinggi butir austenit lebih besar. Pada temperatur yang lebih tinggi, tumbuh butir-butir yang relatif besar dari butir-butir tetangganya.

Ukuran butit austenit menjadi tidak homogen. Perbedaan struktur mikro ini tentunya dapat memicu perbedaan sifat akhir produk. Yang pada akhirnya, produk menjadi tidak sesuai dengan desain dan persyaratan aplikasinya.

Besar Butir Austenite Grain Size
Gambar 2. Besar Butir Fasa Austenite
Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Besar Butir Austenite
Gambar 3. Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Besar Butir  Austenite Baja Dengan Karbon 0,3 %.

Pengaruh Temperatur Pemanasas  Austenisasi Terhadap Kekerasaan.

Temperatur pemanasan, austenisasi juga berpengaruh terhadap nilai kekerasan yang dimiliki oleh produk hasil proses quenching, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Baja dengan kandungan karbon 0,3 % yang dipanaskan pada temperatur yang lebih tinggi, maka setelah quenching akan memiliki kekerasan yang lebih tinggi.

Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Kekerasan
Gambar 4. Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Kekerasan Baja Dengan Karbon 0.3 % Setelah Quenching

Pada temperatur austenisasi yang lebih tinggi butir-butir austenit akan tumbuh membesar. Pada butiran austenit yang lebih besar, luas batas butir atau jumlah titik sebagai tempat pengintian untuk terjadinya dekomposisi fasa austenit menjadi pearlit semakin rendah.

Dekomposisi dan pertumbuhan perlit akan menjadi terhambat, hal ini akan memudahkan transformasi austenit menjadi martensit, sehingga dengan membesarnya butiran austenit, maka baja akan mempunyai kemampukerasan yang lebih tinggi. Artinya austenite akan lebih mudah terdekomposisi menjadi martenisit pada austenite yang berukuran besar.

Struktur Martensit yang terbentuk dari temperatur pemanasan yang lebih tinggi akan memilki kerapatan dislokasi yang tinggi. Sehingga baja yang mengalami pendinginan yang cepat dengan temperatur pemanasan yang lebih tinggi akan memilikii struktur martensit dengan kekerasan yang tinggi pula.

Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Struktur Mikro Martensit.

Pada Gambar 5. dapat dilihat pengaruh temperatur austenisasi terhadap struktur martensit yang terbentuk pada baja dengan karbon 0,3 persen.

struktur martensite
Gambar 5.  Struktur Martensite Baja Setelah Quenching Dengan Temperatur Austenisasi Yang Berbeda

Pengaruh Temperatur Annealing-Anil Terhadap Kekerasan

Pengertian Proses Anil, Annealing.  Proses annealing atau anil merupakan perlakuan panas yang dilakukan pada logam hasil pengerjaan dingin atau cold...

Pengaruh Temperatur Annealing-Anil Terhadap Kuat Tarik-Keuletan

Proses annealing atau anil merupakan perlakuan panas yang umum dilakukan pada logam baja yang telah melalui proses pengerjaan dingin atau cold working...

Pengaruh Temperatur Annealing-Anil Terhadap Struktur Mikro

Proses pengerjaan dingin seperti cold rolling atau canai dingin atau pengerolan dingin yang diterapkan pada logam atau baja akan menyebabkan perubahan...

Pengaruh Temperatur Pemanasan Terhadap Besar Butir Austenite

Tujuan Perlakuan Panas. Perlakuan panas biasa diaplikasikan pada logam atau paduan dalam keadaan padat. Tujuan yang ingin dicapai adalah untuk mendapatkan...

Pengaruh Temperatur Quenching Terhadap Kekerasan Dan Struktur Mikro Baja.

Sifat akhir yang dimiliki oleh sutau produk yang dihasilkan dari proses perlakuan panas quenching akan ditentukan oleh siklus pemanasan yang dialaminya....

Pengaruh Temperatur Tempering Terhadap Struktur Mikro Martensite Baja.

Pengertian Proses Tempering. Proses tempering biasa diterapkan terhadap logam baja yang telah mengalami proses perlakuan panas quenching, atau celup cepat....

Perlakuan Panas Logam Metoda Direct Quenching, Quenching Tempering

Pengertian dan Contoh Perlakukan Panas Logam Direct Quenching, atau Quenching Tempering , atau Celup Cepat dan Temper. Perlakukan panas metoda Direct...

Perlakuan Panas Logam Metoda Martempering

Pengertian Perlakuan Panas Martempering.  Metoda martempering merupakan proses perlakukan panas dengan celup terputus yang diikuti dengan proses agar ...

Perlakuan Panas Normalisasi Pada Bahan Logam, Baja

Pengertian Definisi Perlakuan Panas Normalisasi.  Normalisasi merupakan perlakuan panas yang biasa diterapkan pada bahan atau logam. Untuk baja, proses ...

Perlakuan Panas Speroidisasi Pada Bahan Logam, Baja

Pengertian, Definisi Perlakuan Panas Speroidisasi.  Pada prinsipnya proses sproidasasi adalah proses perlakuan panas yang diterapkan pada logam baja dengan ...

Daftar Pustaka:

  1. ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9, American Society For Metal,
  2. Thelning, K. E., 1984, “Steel And Its Heat treatment”, Second Edition, Butterworth.
  3. Rangkuman Ringkasan: Pengertian Perlakuan Panas Pada Logam dengan Heat Treatment Quenching Tempering dan Tujuan Perlakuan Panas Quenching Tempering atau Tujuan Perlakuan Panaas Quenching. Tujuan Tempering dan Pengaruh Perlakukan panas Quenching dan Pengaruh Perlakuan Panas quenching terhadap sifat mekanik. Pengaruh perlakuan Quenching terhadap struktur mikro dan Pengeruh Quenching terhadap kuat Tarik dan Elongasi.
  4. Pengaruh quenching pada kekerasan dan kuat luluh logam baja dengan struktur mikro hasil quenching dan tempering. Proses Perlakuan Panas Queching yang proses pengerasan dengan proses hardening logam baja.
  5. Kuat Tarik dan kuat luluh hasil quenching tempering beserta siklus perlakuan panas quenching tempering. Contoh perlakuan panas quenching tempering diantaranya contoh struktur mikro quenching tempering. Perubahan fasa pada quenching tempering selama fasa hasil quenching tempering.
  6. Siklus Perlakuan Panas Pada Baja dan temperature austenisasi quenching tempering dengan perubahan fasa ferrit dan pearlite menjadi fasa austenite. Tahap pemanasan temperatur austenite dan  homogenisasi temperature. Pengaruh Temperatur Terhadap Butir Austenite yang Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Besar Butir Austenite Baja karbon.
  7. Pengaruh Temperatur Pemanasas  Terhadap Kekerasaan dan Struktur Martensit. Pengaruh Temperatur Terhadap Struktur Mikro Martensit dan Jenis perlakuan panas, contoh perlaukan panas.

Gambar:

  1. http://ardra.biz