kuliah 7 pengerasan

Figure 10.7 TTT diagram for eutectoid steel shown in relation to the Fe–Fe3 C phase diagram (see Figure 9.38). This diagram shows that, for certain transformation temperatures, bainite rather than

pearlite is formed. In general, the transformed microstructure is increasingly fine grained as the transformation temperature is decreased. Nucleation rate increases and diffusivity decreases as temperature decreases. The solid curve on the left represents the onset of transformation (~1%

completion). The dashed curve represents 50% completion. The solid curve on the right represents the effective (~99%) completion of transformation. This convention is used in subsequent TTT diagrams.

(TTT diagram after Atlas of Isothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams, American Society for Metals, Metals Park, OH, 1977.)

Figure 10.11 A more complete TTT diagram for eutectoid steel than was given in Figure 10.7. The various stages of the time-independent (or diffusionless) martensitic transformation are shown as

horizontal lines. Ms represents the start, M50 represents 50% transformation, and M90 represents 90% transformation. One hundred percent transformation to martensite is not complete until a final

temperature (Mf) of −46°C.

Figure 10.15 TTT diagram for a hypereutectoid composition (1.13 wt % C) compared with the Fe–Fe3

C phase diagram. Microstructural development for the slow cooling of this alloy was shown in Figure 9.39. (TTT diagram after Atlas of Isothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams,

American Society for Metals, Metals Park, OH, 1977.)

Figure 10.16 TTT diagram for a hypoeutectoid composition (0.5 wt % C) compared with the Fe–Fe3C phase diagram. Microstructural development for the slow cooling of this alloy was shown in Figure

9.40. By comparing Figures 10.11, 10.15, and 10.16, one will note that the martensitic transformation occurs at decreasing temperatures with increasing carbon content in the region of the eutectoid

composition. (TTT diagrams after Atlas of Isothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams, American Society for Metals, Metals Park, OH, 1977.)

EHW 98

PENGERASAN TERMAL

Membentuk struktur martensit/bainityang memiliki kekerasan tinggi.

PENGERASAN TERMAL(THERMAL HARDENING)

Terdiri dari tiga tahap operasi :

PEMANASAN(HEATING)• Preheating (550-650 ºC)• Final heating (900-1050 ºC)• Soaking

KUENS(QUENCHING)• Pendinginan cepat oleh media pendingin (oli, air, lelehan garam, semprot gas / udara)

TEMPER(TEMPERING)• Pemanasan kembali pada temperatur lebih rendah (150 - 600 ºC), sekali atau berulang

QUENCHING BATH

HEATING FURNACE

TEMPERING BATH

SIKLUS PENGERASAN TERMAL

Preheat

ing

Fina

l hea

ting

Transformasi Baja menyusut

Quenching

Transformasi Baja memuai

Baja m

emua

i

Baja m

enyusut

Baja sangat lunak - u << ,struktur: + karbida(sisa)

Baja keras tapi rapuh ,struktur: M(stressed) + sisa + Karbida(sisa) + lainnya

Baja keras dan mulai tangguh :struktur: M(temper+sterssed) + sisa + Karbida(sisa) + lainnya

Ketangguhan lebih baik :struktur: M(temper) + Karbida + lainnya

TE

MP

ER

AT

UR

WAKTU

Holding

Temper 1Temper 2

SUSU

T

TAHAP PEMANASAN

Hal-hal yang perlu diketahui :• Perbedaan temperatur antara bagian dalam dan permukaan, akibat rambatan panas, menyebabkan perbedaan pemuaian volume.

• Baja menyusut sampai 4% (volume) pada kenaikan temperatur mencapai transformasi austenite.

Hal-hal yang perlu dikontrol :• Lakukan preheating pada temperatur sekitar 550-650 oC untuk mengeliminasi distorsi yang mungkin timbul akibat pemanasan.• Kecepatan pemanasan harus dikontrol agar tidak menimbulkan gradien temperatur yang sangat curam antara bagian dalam dan permukaan.

WAKTU

TE

MPE

RA

TU

R

MU

AI

TRANSFORMASI KE

WAKTU

TE

MPE

RA

TU

R

INTI

PERMUKAAN

PREHEATING (550-650 oC)

TAHAP AUSTENISASI

Dua hal penting: --Waktu tahan (holding time) --Temperatur austenisasi (austenitizing temperature)

WAKTU

TE

MP

ER

AT

UR

( °

C)

18 Kekerasan setelah kuens

(Rockwell C)

18 42 56 63-65 60-62 57-58

a

e

d

c b

f

750

850

950

Waktu tahan yang benar

Berlebih

Pertumbuhan butir,ketangguhan menjadiburuk atau rapuh

Kurang

T,t

Tidak tercapaipengerasan

TAHAP AUSTENISASI

Hal-hal yang diperhatikan:

--Hindari susunan umpan didalam dapur yang saling tumpang-tindih untuk menghindari terjadinya deformasi komponen akibat berat komponen pada saat baja sedang lunak.

--Cek akurasi temperatur austenisasi yang ditentukan, misalnya dengan menggunakan thermocouple yang ditempelkanlangsung pada komponen.

--Hindari kesalahan penentuan saat mulainya penghitungan waktu tahan..

EHW 98

TAHAP KUENSTAHAP KUENSyaitu mendinginkan baja dari temperatur austenit

sampai temperatur ambien pada media tertentu yangakan menghasilkan struktur martensit

• Pemilihan media kuens ditentukan oleh jenis baja/paduannya.

• Semakin ekstrim media kuens risiko terhadap distorsi meningkat.

• Perbedaan laju pendinginan antara permukaan dan bagian dalam menimbulkan profil kekerasan (tergantung ukuran perkakas dan komposisi baja).

MIKROSTRUKTUR BAJA SESUDAH KUENS

Mikrostruktur bajakondisi anil (lunak), sebelum dikeraskan

Mikrostruktur baja setelahdikeraskan: martensit diperkuat oleh karbida

--Terbentuknya martensit hanya dipengaruhi oleh kehadiran karbon didalam fasa austenit.

--Sejumlah karbida diperlukan untuk mencegah pertumbuhan butir pada waktu baja diaustenisasi.

--Terdapat sisa austenite yang tidak bertransformasi pada kondisi setelah kuens

Karbida

Ferit, Perlit

Karbida

Martensit Sisa

Pengerasan termal

Figure 10.13 Acicular, or needlelike, microstructure of martensite 100×. (From ASM Handbook, Vol. 9: Metallography and Microstructures, ASM International, Materials Park, OH, 2004.)

14

Microstructures

Martensite formationrarely goes to completion becauseof the strain associatedwith the productthat leads to back stresses in theparent phase.

Characteristics of Difusionless Transformations

Fig. 6.5 Illustrating (a) possible sites for interstitial atoms in bcc lattice, and (b)

the large distortion necessary to accommodate a carbon atom (1.54 A diameter)

compared with the space available (0.346 A). (c) Variation of a and c as a function

of carbon content.

16

Bain model

Orientation relationships in the Bain model are:(111) <=> (011)’

[101] <=> [111]’

[110] <=> [100]’

[112] <=> [011]’

SISA AUSTENITEterjadi akibat kandungan karbon yang tinggi, dan

hadirnya elemen penstabil austenit () pada baja paduan

Kek

eras

an

Komposisi karbon

BAJA KARBON

0.7 0.8 %C

65

70

HR

c

Sisa Penghilangan sisa austenit:

--Temper Bainit, Karbida, Martensit

--Subzero treatment 100% MartensitKarbon diatas 0,8%kekerasan menurun

EHW 98

BAJA SETELAH KUENS

-- terdapat tegangan sisa akibat kuens-- rapuh dan mudah patah-- dimensi tidak stabil-- tidak siap digunakan

-- membutuhkan perlakuan temper !

Keras dan Rapuh

19

Quench process