10.14.2011

PENGARUH TEMPERATUR TEMPER TERHADAP KEKERASAN BAJA PERKAKAS



                  Tool steel atau baja perkakas adalah jenis baja yang diperuntukan sebagai perkakas (tool). Biasanya digunakan untuk cutting, shaping, dan forming komponen-komponen. Selama pemakaiannya, baja perkakas mengalami beban yang tinggi dan tiba-tiba, juga temperatur operasi yang tinggi. Baja perkakas merupakan paduan kompleks yang mengandung sejumlah besar unsur paduan, seperti karbon (C), tungsten (W), molybdenum (Mo), vanadium (V), mangan (Mn), dan chrom (Cr). Kebanyakan unsur paduannya adalah pembentuk karbida, yang akan meningkatkan kekerasan material. Gambar 1 menunjukan hubungan antara jumlah paduan pembentuk karbida dengan kekerasan material. Dengan jumlah paduan yang semakin banyak, kekerasan material akan meningkat.

Gambar 1. Pengaruh jumlah paduan terhadap kekerasan (HV).
                  Sifat utama yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah ketahanan terhadap softening (pelunakan) material pada temperatur tinggi. Selain itu, baja perkakas harus memiliki ketahanan terhadap aus, deformasi, perpatahan, dan sifat mampu mesin (machinability) yang baik. Juga ketangguhan yang sangat baik untuk menyerap beban besar dan tiba-tiba.
                 
Gambar 2. Perlakuan panas baja perkakas SKD61.
                  Sifat-sifat yang diinginkan pada baja perkakas dapat dicapai dengan proses Secondary Hardening  (Gambar 3) atau tempering pada suhu di atas 500oC. Sebagai contoh, proses perlakuan panas pada baja perkakas SKD 61 yang skemanya dapat dilihat pada Gambar 2. Pertama, baja yang ingin dijadikan tool steel di-anneal agar lunak dan dapat diproses lebih lanjut. Barulah dilakukan pengerasan melalui proses temper selama 1 jam. Namun, sebelumnya baja perlu di-austenisasi terlebih dahulu agar sifat mekanik atau kekerasan yang diinginkan tercapai dan karbon juga elemen paduan dapat terlarut baik. Pre-heat dilakukan supaya baja tidak mengalami retak saat austenisasi, akibat perbedaan temperatur di permukaan dan inti.

Gambar 3. Pengaruh Secondary Hardening terhadap sifat mekanis.
                  Proses austenisasi diikuti oleh pendinginan cepat atau kuens. Proses ini tidak memberikan waktu cukup bagi karbon untuk berdifusi keluar. Sehingga karbon terperangkap dan struktur menjadi lewat jenuh, yang disebut struktur ‘martensit’. Tidak semua austenit (yang berasal dari proses austenisasi) berubah menjadi martensit. Selalu ada austenit sisa, yang jumlahnya bertambah dengan meningkatnya jumlah paduan, waktu tahan dan temperatur austenisasi. Baja hasil kuens (pendinginan udara), memiliki struktur martensit dengan sifat keras namun getas, dimensi yang tidak stabil, dan terdapat tegangan sisa akibat kuens. Oleh karena itu, baja perlu perlakuan temper atau pemanasan kembali. Waktu holding dan temperatur temper akan memberi peluang bagi karbon untuk berdifusi sehingga tegangan sisa dapat dikurangi. Secara umum, proses temper dilakukan untuk:
  Mengurangi tegangan sisa akibat proses kuens.
  Meningkatkan ketangguhan dan keuletan dengan sedikit mengorbankan kekerasan.
  Mengontrol dimensi komponen yang dikeraskan.
  Meningkatkan kekerasan baja perkakas.
                  Proses pengerasan baja perkakas selalu harus langsung diikuti dengan proses temper. Temper dapat dilakukan pada beberapa temperatur berbeda untuk mendapatkan hasil berbeda. Berikut ini perubahan mikrostruktur pada beberapa waktu temper:
  80-160oC : pembentukan karbida transisi, serta penurunan kandungan karbon pada matriks martensit sampai dengan 0,23%.
  230-280oC : transformasi austenit sisa menjadi bainite.
  160-400oC : karbida transisi, dan martensit menjadi sementit+ferit.
  400-700oC : pertumbuhan dan pembulatan sementit.
  500-600oC : adanya elemen paduan pembentuk karbida mengakibatkan secondary hardening, yaitu pembentukan karbida paduan  yang mengakibatkan kekerasan meningkat lagi.
                  Pada umumnya, semakin tinggi temperatur temper, maka makin mudah karbon berdifusi sehingga baja menjadi semakin ulet dan berkurang kekerasannya. Namun, pada baja dengan kandungan karbida tinggi seperti baja perkakas terdapat fenomena secondary hardening. Dimana pada pemanasan di suhu 500-600oC akan terbentuk persipitat karbida. Presipitat karbida ini bersifat keras sehingga meningkatkan kekerasan dari baja perkakas. Gambar 4 memperlihatkan pengaruh dari masing-masing elemen saat proses secondary hardening terhadap kekerasan baja perkakas.
Gambar 4. Secondary Hardening pada baja perkakas.



A = martensit temper
B = presipitat karbida
C = martensit dari austenit sisa
D = kurva temper untuk baja perkakas tipe HSS dan High alloy tool steel
A + B + C = D
Gambar 4. Secondary Hardening pada baja perkakas.
                 
                  Sebagai perbandingan dan kesimpulan, dapat dilihat pada grafik di bawah. Pada gambar kiri, baja karbon, kekerasan turun drastis dengan naiknya temperatur temper. Pada gambar tengah, baja paduan, sifat kekerasan lebih baik dari baja karbon rendah tetapi masih menurun kekerasannya dengan naiknya temperatur temper. Hal berbeda ditunjukan oleh grafik kanan, baja perkakas, yang kekerasannya naik dengan bertambahnya temperatur temper (hinngga temperatur tertentu, grafik turun).
 

Copyright © 2013 Materials Today | PSD Design by ©lollasta