1
1. Maksud dan Tujuan.
Yang dimaksud dengan annealing ialah menurunkan kekerasan suatu baja
dengan jalan memanaskan baja tersebut pada temperatur diatas tempe
ratur krisis
maksimum 980
0
C, dan kemudian dinginkan secara perlahan-lahan di udara
(sampai dingin). Sebagai misal baja dengan kadar karbon 1,2%C, susunan
strukturnya adalah Sementit dan pearlit, setelah kita annealing
maka akan didapat
susunan pearlit agak kasar sehingga mengurangi kekerasan dari baja tersebut.
Tujuan dari
annealing
ialah untuk :
1.
Mendapatkan baja yang mempunyai kadar karbon tinggi, tetapi dapat
dikerjakan mesin atau pengerjaan dingin.
2.
Memperbaiki keuletan.
3.
Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur.
4.
Memperhalus ukuran butir.
5.
Menghilangkan tegangan dalam.
6.
Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.
2.
Langkah Kerja Proses Annealing.
2.1 Proses Annealing.
Proses
annealing
adalah sebagai berikut:
1.
Benda kerja kita masukan kedalam kotak baja yang kita isi dengan tera
k
atau pasir.
2.
Panaskan pada temperatur 980
0
C selama 1 sampai 3 jam.
3.
Setelah cukup waktunya kotak kita angkat dari dapur.
4.
Benda kerja didinginkan dengan perlahan-lahan.
2.2 Cara-Cara Pendinginan Pada Proses Annealing.
Pendinginan dapat kita lakukan dengan cara:
1.
Benda kerja dikeluarkan dari kotak dan dibiarkan dingin perlahan-lahan
dengan pendinginan dari udara.
2.
Benda kerja bersama-sama dengan kotaknya dibiarkan dingin perlahan-
lahan dengan pendinginan udara.
2
3.
Kotak yang berisi benda kerja dibiarkan didalam dapur dan dapur kita
matikan. Sehingga dapur, benda kerja dan kotak mengalami pendinginan
yang perlahan-lahan dari udara.
3.
Tipe-Tipe Proses Annealing
Full Annealing.
Full annealing
(FA) terdiri dari austenisasi dari baja yang diikuti dengan
pendinginan yang lambat didalam tungku, kemudian temperatur yang dipilih
untuk austenisasi tergantung pada kandungan karbon dari baja tersebut.
0
100
200 -
300 -
400 -
500 -
600 -
700 -
800 -
900 -
1000 -
1100 -
1200 -
F + A
P
0.4
0.8 1.2 1.6
2.0
Carb on %
Temperatur
0
C
F + P
Austenite
Acm
A + C
S
P + C
K
E
Ac1
Gambar 1 : Diagram kesetimbangan besi karbon menunj
ukan daerah temperatur untuk
full
annealing
Full annealing
untuk baja hipeutektoid dilakukan pada temperatur austenisasi
sekitar 50
0
C diatas garis A
3
dan mendiamkannya pada tempertur tersebut untuk
jangkauan waktu tertentu, kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat
diatas tungku. Pada temperatur austenisasi, pembentukan austenit akan m
erubah
struktur yang ada sebelum dilakukan pemanasan, dan austenit yang terbe
ntuk
relatif halus. Pendinginan yang lambat didalam tungku akan menye
babkan
austenit mengurai menjadi perlit dan ferit. Pemanasan yang terlalu tingg
i diatas A
3
3
akan menyebabkan austenit tumbuh sehingga dapat merugikan sifat baja
yang
diproses.
Menganil/
annealing
baja hipereutektik dilakukan dengan cara memanaskan
baja tersebut diatas A
1
untuk membulatkan sementit proeutektoid. Jika baja
hipereutektik dipanaskan pada temperatur A
cm
dan didinginkan perlahan-lahan,
maka pada batas butir akan terbentuk sementit preutektoid sehingga akan te
rjadi
rangkaian sementit pada batas butir austenit. Pendinginan yang diperl
ambat akan
menyebabkan presipitasi ferit sebagai kelompok yang terpisah. P
embentukan
daerah pemisah ferit pada baja yang tidak dikehendaki karena akan me
nimbulkan
daerah yang lunak
(soft spot)
selama proses pengerasan berlangsung.
Full
annealing
juga diterapkan pada baja karbon dan baja paduan hasil proses
pengecoran serta baja
hot worked
hipereutektoid. Untuk produk cor yang besar,
terutama yang terbuat dari baja paduan,
Full annealing
akan memperbaiki mampu
mesin dan juga menaikan kekuatan akibat butir-butirnya menjadi halus.
Full
annealing
juga diterapkan pada baja-baja dengan kadar karbon lebih dari 0,5%
agar mampu mesinnya menjadi lebih baik.
3.2 Spheroidized Annealing.
Spheroidized annealing (SA)
dilakukan dengan cara memanaskan baja sedikit
diatas atau dibawah titik A
1
, kemudian didiamkan pada temperatur tersebut untuk
jangka waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat.
Proses ini ditujukan agar karbida-karbida yang berbentuk lamelar pada
perlit
dan sementit sekunder menjadi bulat. Disamping itu, perlakuan ini ditunjukan
mendeformasikan struktur seperti martensit, trostit, dan sorbit dlsb
yang
merupakan hasil akhir dari proses quench. Gambar 2 memperlihatkan struktur
hasil proses
sperodisasi
baja perkakas.
4
0.4 0.8 1.2 1.6
Temperatur
0
C
F + P
Austenite
C + A
AC3
1200 -
1100 -
1000 -
900 -
800 -
700 -
600 -
500 -
400 -
300 -
200 -
100
0
Carb on %
Acm
F +A
Gambar 2 : Diagram kesetimbangan besi karbon menunj
ukan daerah temperatur untuk
spheroidized anneling
Tujuan dari
spheroidized annealing
adalah untuk memperbaiki mampu mesin
dan mempebaiki mampu bentuk. Sebagai contoh mampu mesin baja perkakas
karbon tinggi sangat baik jika strukturnya
sperodisasi
. Semua jenis baja perkakas
paduan, termasuk kelas karbida maupun baja untuk bantalan harus memiliki
kondisi
sperodisasi
agar hasil pemesinannya baik. Metoda-metoda yang
diterapkan untuk memperoleh struktur yang bulat adalah sebagai berikut:
a.
Metoda yang pertama
Baja dipanaskan dekat tempelatur A
1
dan harus dijaga agar tidak
melampaui tempelatur tersebut untuk mencegah pembentukan austenit. Baja
tersebut kemudian ditahan pada tempelatur tersebut untuk suatu jangka wakt
u
tertentu agar diperoleh karbida yang bulat dan agak kasar. Tinggi te
mperatur
dan lama pemanasan yang dipilih sangat tergantung pada kondisi str
uktur baja
sebelumnya dan komposisi kimia baja tersebut.
Baja yang memiliki karbon kurang dari 0,3% tidak cocok untuk
disperodisasi
karena struktur baja-baja karbon rendah terdiri dari ferit dan
sejumlah kecil perlit.
5
Perlit yang kasar akan mudah terbentuk pada proses pendinginan yang
lambat, sebagai contoh baja karbon paduan di
spheroidized annealing
yang
tempelatur sekitar 700
0
C untuk selama 4-6 jam. Makin lama pemanasan, akan
makin kasar perlit yang terbentuk.
Temperatur
spheroidized annealing
dipengaruhi oleh unsur-unsur paduan,
keberadaan Ni atau Mn akan menurunkan temperatur A1 dan akibatnya akan
menurunkan temperatur
spheroidized annealing.
Jadi untuk baja yang
mengandung Ni 4%, maka tempelatur
spheroidized annealing
nya serendah-
rendahnya adalah 670
0
C. Temperatur yang lebih rendah akan mempengaruhi
waktu
prosesing
menjadi lebih lama (8-10 jam).Dilain pihak, HSS yang
mengandung W, V, dan Mo dan juga Cr, harus di
spheroidized annealing
pada
temperatur diatas 800
0
C. Keberadaan unsur-unsur pembentuk karbida yang
kuat akan meningkatkan stabilitas karbida didalam baja. Karena itu,
dapat
menurunkan penggumpalan dan menaikan waktu anil pada setiap temperatur
spheroidized annealing
yang dipilih.
b.
Metoda yang kedua
Baja dipanaskan diatas temperatur kritik A
1
(lihat gambar 3), dan diam
pada temperatur waktu tertentu, kemudian diikuti dengan pendinginan yang
lambat pada laju sekitar 10-20
0
C setiap jam sampai dengan tempelatur 550-
600
0
C. Pendinginan sampai ke temperatur kamar dapat dilakukan asal
pendinginan dilakukan diudara. Selama proses pendinginan lambat, C yang
larut kedalam austenit akan memisahkan diri dan membentuk karbida yang
bulat. Pada kondisi seperti ini kekerasan baja akan relatif lebih r
endah. Jika
temperatur anil lebih tinggi, sejumlah besar karbida akan larut dan
dan
sementit akan terbentuk dalam bentuk lamelar. Metoda ini terutama diterapkan
untuk baja-baja eutektoid dan hipertektoid. Sebagai contoh prosedur anil
(Gambar 1.25 pada buku Panduan proses perlakuan panas, Rochim Suratman,
hal 99) untuk membulatkan keseluruhan karbida didalam matrik ferit baja DIN
100 CrMo memerlukan austenisasi pada 825/830
0
C diikuti dengan penahanan
pada tempelatur 775/780
0
C. Proses seperti ini akan menghasilkan prestisipasi
karbida. Setelah itu, kemudian didinginkan perlahan-lahan melalui rentang
6
temperatur 740-680
0
C dan selanjutnya didinginkan diudara sampai temperatur
kamar.
c.
Metoda ketiga
Dalam metoda ini baja dipanaskan diatas temperatur kritik A
1
(tidak boleh
lebih tinggi dari 50
0
C), dan dibiarkan pada tempelatur ini untuk jangka waktu
tertentu Kemudian didinginkan sampai temperatur sedikit dibawah A
1
(tidak
boleh lebih tinggi dari 50
0
C), dan dibiarkan pada temperatur tersebut untuk
suatu jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan pada temperatur
kamar. Temperatur yang mendekati A
1
, struktur
sperodisasi
yang akan
diperoleh lebih kasar dan lebih lunak, namun jika proses temperatur menj
auhi
A
1
, misalnya 680
0
C, struktur yang dihasilkannya akan berbentuk lamelar dan
bersifat lebih keras. Dengan cara ini proses
sperodisasi
nya memerlukan waktu
yang lebih singkat dibanding dengan cara-cara sebelumnya dan mula
i
diterapkan untuk baja karbon dan baja paduan.
d.
Metoda keempat
Sperodisasi
dapat juga dilakukan dengan cara memanaskan dan
mendinginkan yang berulang-ulang pada temperatur diatas dan dibawah
A
1
.Selama pemanasan diatas A
1
, hanya butir-butir sementit yang kecil yang
akan larut kedalam austenit, tetapi untuk butir-butir sementit yang be
sar waktu
tersedia untuk larut tidak mencukupi. Pada siklus pendinginan berikutnya,
molekul-molekul sementit akan mengendap pada butir-butir sementit yang
tidak larut. Berdasarkan hal ini timbullah proses koagulasi. Atas
dasar hal ini,
metode
sperodisasi
memerlukan waktu yang lebih singkat tetapi sulit untuk
dilaksanakannya.
Laju
sperodisasi
tergantung pada struktur yang dimiliki sebelumnya.
Makin halus karbida pada struktur asalnya, makin mudah proses
sperodisas
inya. Jadi struktur perlit yang halus lebih mudah dibandingkan
struktur perlit yang kasar. Struktur bainit lebih baik lagi untuk di
sperodisasi
dan yang terbaik adalah struktur sorbit (struktur yang diperoleh da
ri hasil
penempern martensit). Proses pengerjaan dingin yang dapat memecah
kan
7
sementit dan mendistribusikannya secara lebih homogen dapat membantu
mempercepat proses
sperodisasi.
Unsur-unsur pembentuk karbida yang kuat, terutama Cr, W, Mo, dan V
meningkatkan stabilitas karbida dalam baja. Karena itu unsur-unsur ter
sebut
menurunkan laju koagulasi dan meningkatkan waktu yang diperlukan untuk
soft anneal
pada temperatur annealnya.
Kekerasan yang dicapai setelah proses
sperodisasi
tergantung pada
komposisi kimia baja. Baja-baja yang mengandung karbon yang rendah
menghasilkan kekerasan sekitar 160-190 HB, sedangkan pada baja paduan dan
karbon tinggi, menghasilkan kekerasan sekitar 200-230 HB.
Untuk meningkatkan mampu mesin baja-baja perkakas karbon tinggi,
paduan tinggi, baja pegas, baja bantalan, baja tahan aus, baja perkakas, dan
sebagainya
sperodisasi
dilakukan setelah proses tempa.
Sperodisasi
nya
dilkukan dengan cara memanaskan baja diatas tempelatur A
1
kemudian
didinginkan perlahan-lahan dan ditahan pada tempelatur sedikit dibawah A
1
Untuk jangka waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan diudara
sampai tempelatur kamar. Perlu diperhatikan bahwa, agar memperoleh
struktur yang globular (bulat), baja harus dipanaskan secara homogen dan
distribusi tempelatur di dalam tungku juga harus homogen.
Baja-baja yang mengandung sementit dibatas butirnya relatif
sulit untuk
dimesin. Untuk itu, proses
sperodisas
inya dilakukan dengan cara
mengeliminasi sementit dengan proses homogenisasi atau normalizing dia
tas
tempelatur A
cm
kemudian diquench dan dilanjutkan dengan proses
sperodisasi.
8
3.2.1 Tungku-tungku untuk proses soft anneal
Pemilihan tungku untuk proses
sperodisasi
ditentukan sebagai berikut :
a.
Jika tempelatur
sperodisasi
relatif rendah dan fluktuasi temperatur harus
kecil maka digunakan tungku listrik karena waktu yang diperlukan
untuk proses
sperodisas
i akan relatif lama.
b.
Berdasarkan hal tersebut diatas tungku kamar listrik lebih bany
ak
digunakan daripada tungku kontinyu.
c.
Tungku vakum dan tungku garam dapat juga digunakan jika benda kerja
yang akan diproses relatif kecil .Tungku ini banyak dimanfaatkan unt
uk
menganil ulang benda kerja yang sudah dikeraskan.
Isothermal Annealing.
Isotermal annealing
dikembangkan dari diagram TTT. Jenis proses ini
digunakan untuk melunakan baja-baja sebelum dilakukan proses pemesinan.
Proses ini terdiri dari austenisasi pada temperatur anilnya
( full annealing)
kemudian diikuti dengan pendinginan yang relatif cepat sampai ke tem
peratur 50-
60
0
C dibawah garis A
1
(menahan secara
isotermal
pada daerah perit). Penahanan
baja pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu menyebabka
n
timbulnya penguraian austenit menjadi strutur yang optimal untuk dime
sin.
Setelah transformasi berlangsung, baja kemudian didinginkan didalam tungku
atau di udara atau bahkan didinginkan dengan cepat.
9
800 -
700 -
600 -
500 -
400 -
300 -
200 -
100 -
0
2
5
10
20 2 5 20
2 5 10
20
10
(1)
(2)
P + A
B + A
MS
M
(1) Continous - cool anneal
(2) Isotermal anneal
Seconds
minutes
hours
Temperatur
o
C
Tranformation time
Gambar 3 : Diagram isotermal annealing
Kekerasan yang dicapai setelah proses
isotermal annealing
, tergantung pada
tingginya temperatur penahanan baja dibawah A
1
. Jika baja setelah diaustenisasi
ditahan pada temperatur sedikit dibawah A
1
austenit akan mengurai perlahan
lahan, sehingga diperoleh karbida yang bulat dan relatif kasar at
au lamelar sangat
dipengaruhi oleh tempelatur austenisasinya. Hasil proses ini cenderung
lunak.
Pada temperatur transformasi, biasanya penguraian austenit ber
langsung lebih
cepat, sehingga produknya relatif lebih keras, lebih banyak lamelar da
n relatif
tidak kasar dibandingkan dengan benda kerja yang jauh dari temperatur
transformasi (A
1
). Baja paduan biasanya mengalami isotermal anneal. Setelah
baja dikarburasi pada 900-930
0
C, kemudian ditahan pada 630-680
0
C untuk 2-4
jam agar seluruh austenit bertransformasi seluruhnya lalu diding
inkan. Struktur
yang diperoleh terdiri dari ferit dan perlit yang sangat cocok
untuk proses
pemesinan. Biasanya, penahanan isotermal diperpanjang 1-2 jam da
ri akhir
transformasinya. Hal ini dimaksudkan agar sifat mampu mesinnya da
pat lebih
10
ditingkatkan lagi sebagai akibat adanya sebagian sementit didal
am perlit
bentuknya menjadi bulat.
Isotermal annealing yang lazim diterapkan adalah mendinginkan den
gan cepat
dari temperatur austenisasi ke temperatur transformasinya. Ke
mudian setelah
proses isotermal, dilanjutkan dengan proses pendinginan ke temnperatur kamar.
Proses Homogenisasi.
Proses ini dilakukan pada rentang temperatur 1100-1200
0
C (lihat gambar 4).
Proses dipusi yang terjadi pada temperatur ini akan menyeragamk
an komposisi
baja. Proses ini diterapkan pada ingot baja-baja paduan dimana pada saa
t
membeku sesaat setelah proses penuangan, memiliki struktur yang tidak
homogen. Sebagian besar tidak homogen tersebut dapat diatasi pada saat
pengolahan ingot baja tersebut. Seandainya ketidak homogenan tidak dapat
dihilangkan sepenuhnya, maka perlu diterapkan proses homogenisasi atau
diffusional annealing.
AC3
AC1
Temperatur
o
C
Time
Gambar 4: Diagram proses homogenisasi
11
Proses homogenisasi dilakukan selama beberapa jam pada tempelatur se
kitar
1150-1200
0
C. Setelah itu benda kerja didinginkan ke 800-850
0
C, dan selanjutnya
didinginkan di udara. Setelah proses ini, dapat juga dilakukan proses normal a
tau
anil untuk memperhalus struktur
over heat.
Perlakuan seperti ini hanya dilakukan
untuk kasus-kasus yang khusus karena biaya prosesnya sangat tinggi.
Intermediate Annealing
Proses ini dilakukan terhadap baja yang sudah mengalami proses
”Case
hardening”
agar dapat dimesin. Prosesnya terdiri dari penahan benda kerj
a pada
temperatur dibawah A
1
, yaitu sekitar 630-680
0
C, untuk selama 4-6 jam dan diikuti
dengan pendinginan yang lambat (lihat gambar 5).Tujuan dari proses i
ni mirip
proses
sperodisasi
yaitu memperbaiki mampu mesin.
AC3
AC1
Temperatur
o
C
Time
Gambar 5 : Diagram intermediate annealing
Bright Annealing
Proses ini dilakukan untuk menghasilkan permukaan benda kerja yang bebas
dari oksidasi. Perlindungan terhadap oksidasi selama proses perlakuan pana
s
biasanya dilakukan dengan “menyelimuti” benda kerja dengan atmosfer t
ungku
yang sesuai. Atmosfer tungku yang dipilih selain mencegah oksidasi, ju
ga harus
mampu mencegah timbulnya sulfidasi, pengetasan atau dekarburasi sel
ama proses
perlakuan panas berlangsung.
12
Proses
bright annealing
dilakukan dengan berbagai cara yang masing –masing
dapat diterapkan pada material ferro atau non ferro, baik berbentuk kawat
, strip,
lembaran maupun berbentuk tabung dan sebagainya.
Memilih gas dan tungku yang digunakan dalam proses bright anneali
ng dapat
dilihat pada tabel berikut ini:
No Material Bentuk benda
kerja
Jenis tungku Gas yang digunakan
1 Baja karbon Strip dan kawat
dalam gulungan
Tungku
bell/pit
Amoniak atau gas
eksotermik dengan
kadar CO
2
dan H
2
O
yang rendah.
2 Baja medium Strip/kawat
dalam gulungan,
lembaran, tabung
Tungku
bell/pit
Gas eksotermik
3 Baja tahan
karat
Strip/kawat,
tabung dsb.
Tungku type
“pusher”ata
u mesh belt
Amoniak atau gas
hidrogen
0 komentar:
Posting Komentar