Heat Treatment pada Baja

Setiap aplikasi material membutuhkan suatu proporsi sifat dan karakteristik bahan tertentu, diantaranya ialah kekerasan dan ketangguhan. Setiap material telah memiliki besar kekerasan dan ketangguhan yang spesifik, namun agar material tersebut menjadi lebih berdaya guna serta dapat memenuhi tuntutan aplikasi tersebut diperlukan suatu proses perlakuan khusus yang dapat memodifikasi nilai kekerasan dan ketangguhan material tersebut. Perlakuan khusus tersebut bisa berupa perlakuan mekanis, kimiawi ataupun perlakuan panas. Salah satu proses pada perlakuan panas yang dapat memodifikasi nilai kekerasan dan ketangguhan ialah proses hardening dan tempering.

Walaupun jenisnya bermacam-macam, pada prinsipnya proses hardening dilakukan dengan cara membentuk struktur yang keras pada material sehingga nilai kekerasan material tersebut akan meningkat. Sayangnya peningkatan kekerasan tersebut akan dikompensasikan dengan menurunnya ketangguhan material. Untuk meningkatkan kembali ketangguhan material tersebut, perlu dilakukan proses tempering.Prinsip proses ini ialah dengan memanaskan material pada temperatur dan waktu tertentu, sehingga dapat terbentuk suatu struktur yang stabil. Contohnya pada suatu baja karbon, proses ini akan menyebabkan segregasi mikrostruktur sehingga struktur-struktur yang tidak stabil seperti martensit akan berkurang dan berubah menjadi suatu struktur lain yang lebih stabil, misalnya pearlit.

Yang perlu diperhatikan disini ialah selama kedua proses ini berlangsung, ada berbagai faktor dan variabel yang berpengaruh terhadap kekerasan material yang dihasilkan, antara lain temperatur austenisasi, waktu tahan austenisasi, kecepatan pendinginan, temperatur temper, waktu  tahan temper dan sebagainya.

Perlakuan panas (heat treatment) ialah suatu perlakuan pada material yang melibatkan pemanasan dan pendinginan dalam suatu siklus tertentu. Tujuan umum perlakuan panas ini ialah untuk meningkatkan kinerja material dengan cara memodifikasi struktur mikro dan sifat mekanis dari material tersebut, sehingga diharapkan dengan adanya perlakuan panas ini, material menjadi lebih berdaya guna dan dapat memenuhi tuntutan aplikasinya.

Proses perlakuan panas untuk mendapatkan atau memperbaiki sifat-sifat mekanis seperti kekerasan dan ketangguhan umumnya dilakukan dengan cara menaikkan temperatur logam diatas temperatur kritis (garis A1 pada diagram Fe-Fe3C) yaitu temperatur dimana mulai terjadinya transformasi struktur dari ferit menjadi austenit. Selanjutnya logam ditahan pada temperatur tersebut untuk waktu tertentu dan dilanjutkan dengan pendinginan dengan kecepatan dan media tertentu pula.

Hardening (proses pengerasan) merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan material. Mekanisme peningkatan kekerasan ini bermacam-macam. Namun dalam ilmu perlakuan panas, hardening pada prinsipnya dilakukan dengan membentuk suatu baru struktur yang keras pada material. Mekanisme yang biasa dilakukan ialah dengan penambahan suatu unsur atau sekedar membuat suatu struktur yang keras dengan komposisi yang telah ada pada material. Salah satu struktur keras yang dimaksud pada mekanisme kedua ialah martensit (>500 BHN). Struktur martensit bersifat keras dan rapuh sehingga pada prakteknya tidak dapat langsung digunakan, karena pembentukan martensit diiringi distorsi matriks yang cukup besar.

Pembentukan struktur martensit terjadi melalui proses pendinginan cepat (quench) dari fasa austenit (struktur FCC – Face Centered Cubic) hingga temperatur ruang, yang berakibat pada terperangkapnya atom karbon (tidak sempat berdifusi) sehingga terjadi peregangan kisi dari struktur BCC (Body Centered Cubic) yang seharusnya terbentuk (ferrite) menjadi martensit yang berstruktur BCT (Body Centered Tetragonal). Gambar dibawah ini menunjukan ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan maternsit.

Gambar 1. Ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan martensit

Kekerasan martensit akan bertambah seiring dengan naiknya kadar karbon. Selain itu, kekerasan martensit ini juga dipengaruhi oleh temperatur austenisasi, waktu tahan, dan kecepatan pendinginan. Namun, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, peningkatan kekerasan ini tetap akan berakibat menurunnya ketangguhan material. Karena itulah proses tempering perlu dilakukan untuk meningkatkan ketangguhan material, terlebih lagi material yang telah mengalami proses hardening (untuk mengurangi brittleness).

Baja yang mengandung martensit akibat mekanisme quench akan mempunyai sifat yang sangat getas. Hal ini karena proses pembentukan martensit tersebut akan meningkatkan tegangan sisa di dalam baja. Proses temper untuk menghilangkan tegangan sisa sekaligus meningkatkan ketangguhan pada baja dilakukan dengan pemanasan baja pada suatu temperatur di bawah garis A1 atau lower critical temperature (723⁰C). Peningkatan ketangguhan dan keuletan baja ini biasanya dilakukan dengan mengorbankan sedikit kekerasan.

Gambar 2. Diagarm Fasa Fe-Fe3C

Sumber : http://wandiwahyudi.web.id/?p=631