Tugas Case Hardening.docx

TUGAS CASE HARDENING

Nama : Titania Eriani NRP : 02111640000068 Dosen : Dr. Helena C. Kis Agustin Kelas : C

DEPARTEMEN S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2018/2019

Case Hardening  Case Hardening merupakan proses laku panas pada kedalaman tertentu atau kulitnya saja untuk memperoleh pengerasan.  Tujuannya: 1. Pengerasan permukaan sedalam 0,1mm hingga 5 mm 2. Meningkatkan kekuatan permukaan 3. Meningkatkan ketahanan fatigue 4. Memperbaiki sifat ketahanan aus 5. Mempertahankan keuletan dengan ketangguhan lebih tinggi.  Aplikasi: 1. Digunakan pada komponen yang membutuhkan kekerasan permukaan luar dengan inti material yang tangguh. 2. Berikut peralatan yang mengaplikasikan case hardening: Bearings, poros, alat permesinan, cincin piston, roda gigi, katup.  Dibagi menjadi dua metode menurut prosesnya: 1. Case hardening dengan penambahan/perubahan unsur paduan 2. Case hardening tanpa penambahan/perubahan unsur paduan 1. Case hardening dengan penambahan/perubahan unsur paduan Metode ini mengubah komposisi kimia dengan tambahan unsur paduan pada permukaan. Dibagi menjadi 4, yaitu: I. Nitriding  Nitriding merupakan pengerasan permukaan baja paduan dengan penambahan unsur nitrogen.  Atom nitrogen aktif akan berdifusi ke dalam baja membentuk nitrida. Nitrida yang terbentuk sangat keras dan stabil.  Nitrogen aktif bisa juga diperoleh dari gas ammonia dan akan berubah menjadi nitrogen aktif pada pemanasan dengan temperatur (500-600)°C  Semua baja dapat di nitriding, tetapi hasil yang optimal diperoleh dari baja yang membentuk unsur paduan nitrida ( Nitride Forming Element ) seperti aluminium, titanium, nikel, chrom dan molybdenum.  Proses nitriding, yaitu: a. Gas Nitriding o Gas nitriding dilakukan dengan pemanasan antara temperatur ( 500-600 )°C dalam dapur pemanas dengan atmosfer yang banyak mengandung atom nitrogen . o Atom tersebut dapat diperoleh dari gas NH3 (ammonia) yang mudah berdekomposisi pada temperatur nitriding sehingga atom nitrogen aktif akan berdifusi kedalam benda kerja. b. Pack Nitriding o Pack nitriding atau serbuk (solid) mempunyai kesamaan pada proses pack carburising.

o Dilakukan dengan memanaskan benda kerja didalam kotak tertutup rapat yang berisi nitriding compound. Nitriding compound ini biasanya sebagai sumber nitrogen aktif. o Pemanasan proses nitriding dilakukan pada temperatur antara (520-570)°C dengan waktu pemanasan kurang dari 12 jam. c. Plasma Nitriding o Plasma nitriding biasanya juga dikenal sebagai ion nitriding atau glow-discharge nitriding. o Plasma nitriding merupakan pengembangan dari konvensional gas nitriding dimana sumber gas bisa diperoleh dari ammonia atau campuran antara nitrogen dan hidrogen. o Plasma nitriding dilakukan pada temperatur 400-800°C  Kelebihan - Pada temperatur yang relatif rendah - Tidak membutuhkan quenching. - Terhindar dari distorsi retak/ tegangan sisa - Sifat tahan aus sangat baik - Memperbaiki sifat tahan korosi pada baja selain stainless steel  Keterbatasan - Membutuhkan siklus yang panjang - Membutuhkan biaya yang mahal - Membutuhkan kontrol teknik - Menggunakan baja paduan tertentu

Gambar 1. Pengaruh Unsur Paduan Proses Nitriding Sumber : Rainer Leppanen & Hakan Jonsson, 1999:5

II.  

      

Carburizing Proses laku panas logam secara thermochemical dengan penambahan karbon pada permukaan baja (hypoeutectoid) Benda kerja dipanaskan pada temperatur yang cukup tinggi (850-950)°C dalam lingkungan yang mengandung atom karbon aktif, sehingga atom karbon akan berdifusi kedalam baja dan mencapai kadar tertentu dan kedalaman tertentu. Tebal lapisan tergantung pada suhu dan waktu perlakuan panas Waktu carburizing variasi antara 4 hingga 70 jam Kekerasan meningkat sebesar 55-65 HRc Setelah carburizing, material di quench dan di tempering untuk menaikkan kekerasan Kedalaman permukaan : 0,5 mm – 1,5 mm Reaksi Carburizing Fe + 2CO ↔Fe(C) + CO2 Ada tiga macam teknik carburizing: 1. Pack Carburizing o Proses laku panas logam dengan pack carburizing o Prosedur: - Menggunakan benda padat ke dalam suatu kotak - Ditimbun dengan carburizing compound - Kotak ditutup rapat - Memanaskan pada suhu 900o-950oC selama beberapa jam - Benda kerja dikeluarkan dan didinginkan dengan media pendingin (GAMBAR PACK CARBURIZNG PROCESS) o Carburizing compound berupa serbuk terdiri dari arang kayu 70%80%, barium atau natrium karbonat 25%-20% dan kalsium karbonat 2,5%-3,5%. o Selama pemanasan udara yang terperangkap di dalam kotak akan bereaksi dengan arang menjadi CO, reaksinya sebagai berikut: 2C + O2 CO selanjutnya CO ini dapat berdisosiasi menjadi Cat 2 CO CO2 + Cat Cat merupakan atom karbon aktif yang dapat berdifusi kedalam benda kerja. o Waktu carburizing selama 4 hingga 10 jam o Kedalaman carburizing: tidak terbatas (< 1,3 mm) o Kelebihan: - Tidak membutuhkan udara (atmosfer bebas) - Efisien - Lebih ekonomis o Keterbatasan:

- Tidak cocok untuk pengerasan permukaan yang tipis - Tidak dapat langsung di quench dari Temperatur carburizing

Gambar 2. Proses Pack Carburizing Sumber: ASM International 2. Liquid Carburizing o Pada proses ini, benda kerja dipanaskan dalam salth bath yang terdiri dari campuran sodium cyanida (NaCN) atau potasium cyanida (KCN), o Kandungan tersebut berfungsi sebagai carburizing agent yang aktif dengan sodium carbonate (Na2CO3) yang berfungsi sebagai energizer. o Reaksi kimia yang terbentuk saat temperatur carburizing cyanida adalah: 2 NaCN + O2 2 NaCNO 4 NaCNO 2 NaCN + Na2CO3 + CO + 2 Nat 2 CO CO2 + Cat o Dari reaksi tersebut, atom nitrogen juga ikut berdifusi masuk ke dalam benda kerja. Nitrogen ini akan bereaksi membentuk nitrida yang sifatnya keras o Banyaknya karbon dan nitrogen yang berdifusi tergantung pada temperatur pemanasan dan kandungan NaCN dalam salth bath o Kelebihan - Laju penetrasi cepat - Salth bath mempunyai thermal konduktivitas yang tinggi sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pemanasan lebih sedikit - Kedalaman permukaan dan komposisi karbon seragam - Bebas oksidasi o Keterbatasan - Permukaan harus sering dibersihkan untuk menghindari karat akibat asam - Tidak semua bentuk dapat diproses karena dapat menyebabkan kelebihan garam - Penggunaan yang lebih rumit karena sianida beracun

Gambar 3. Skema Proses Liquid Carburizing Sumber: web.utk.edu 3. Gas Carburizing o Proses laku panas logam dengan Gas Carburizing yang dilakukan dengan memanaskan baja di dalam dapur o Atmosfer banyak mengandung gas CO atau gas hidrokarbon yang mudah berdekomposisi pada temperatur carburizing. o Pada proses ini benda kerja lebih bersih dibandingkan pada pack carburizing o Gas gas pada carburizing akan berdekomposisi menghasilkan atom karbon aktif yang nantinya berdifusi ke dalam benda kerja. Berikut reaksi kimia pada gas carburizing 2 CO CO2 + Cat CH4 Cat + 3H2

Gambar 4. Proses Gas Carburizing Sumber: eurotherm.com III.     

Carbonitriding Proses pengerasan permukaan dengan menggunakan karbon dan nitrogen dengan menggunakan gas atmosfer Modifikasi dari metode carburizing dan nitriding. Karbon dan nitrogen berdifusi pada temperatur (700-800)°C Bertujuan agar karbon dan nitrogen dapat terserap ke permukaan baja Kelebihan: - Kekerasan lebih stabil daripada hasil carburizing - Lebih tahan terhadap pemanasan - Lebih murah

IV.     



Cyaniding Proses pengerasan permukaan dengan menggunakan karbon dan nitrogen di dalam salt bath Konsentrasi garam cyanida yang lebih rendah dan temperatur yang lebih rendah dari liquid carburizing Karena temperatur yang lebih rendah, maka difusi nitrogen lebih banyak Komposisi salth bath dan temperatur pemanasan sangat berpengaruh terhadap tebal dan komposisi kimia dari kulit. Temperatur pemanasan makin tinggi, kandungan NaCN dalam salth bath semakin rendah akan menghasilkan tebal kulit yang makin besar dan kadar karbon pada kulit akan semakin tinggi, sedangkan kadar nitrogen akan semakin rendah. Untuk menghasilkan kadar karbon yang cukup tinggi (>0,4 %) perlu dilakukan quenching dan tempering.

2. Case hardening tanpa penambahan/perubahan unsur paduan Metode ini tanpa penambahan atau perubahan unsur paduan, ada dua cara yaitu: I. Pengerasan Api (Flame Hardening)  Proses pengerasan permukaan baja dengan nyala api dengan tidak merubah komposisi kimia baja  Proses: 1. Menyembulkan api dengan intensitas tinggi ke permukaan 2. Api dari brander oxyacetylene sehingga panas sebelum sempat menjalar ke bagian dalam, di bagian permukaan sudah mencapai temperatur austenisasi 3. Pendinginan cepat 4. Bagian permukaan terbentuk martensit sedangkan dibagian dalam tetap seperti semula  Syarat Flame Hardening: quenching cepat setelah pemanasan  Terdapat 3 cara quenching: water sprays, water or oil, air cooling  Kedalaman zona kekerasan dapat dikontrol dengan: intensitas pemanasan, waktu pemanasan, laju kecepatan  Kelebihan - Tidak ada efek scaling - Murah - Mudah dibawa (portable) - Proses yang sederhana - Perlakuan hanya pada area yang ingin dikeraskan  Keterbatasan - Panas yang berlebihan dapat menyebabkan perubahan komponen - Sulit menghasilkan zona kekerasan kurang dari 1/16 in

Gambar 5. Skema Representasi dari Proses Pengerasan Api Sumber: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representation-of-the-flamehardening-process-according-to-15_fig1_318355988 II.      



Pengerasan Induksi (Induction Hardening) Proses pengerasan permukaan baja dengan pemanasan yang ditimbulkan oleh arus induksi dengan tanpa merubah komposisi kimia baja Adanya arus induksi berakibat medan magnet yang berubah-ubah dengan sangat cepat Temperatur pemanasan (750-850)°C Pendinginan cepat dilakukan di dalam air Tebal kulit tergantung pada tebalnya permukaan yang mengalami pemanasan sebelum di dinginkan cepat Kelebihan - Tidak ada efek scaling - Distorsi lebih sedikit - Tekstur permukaan yang lebih konsisten Keterbatasan: - Biaya yang mahal

Gambar 6. Proses pada Pengerasan Induksi Sumber: https://steadfastengineers-inductionmeltingfurna.weebly.com/blog/december-01st2015

Daftar Pustaka - Avner, Sidney. Introduction to Physical Metallurgy, Second Edition, McGraw-Hill International Book Company, Tokyo, 1974. - Anderson, J.C. 1990. Material Science. Fourth Edition. London : Chapman and Hall. - Bharat, Bhushan & Gupta, B.K. 1991. Handbook of Tribology Materials, coatings, and Surface Treatments. New York: Mc. Graw Hill. - Callister, William D., Materials Science and Engineering, eighth Edition, John Wiley & Sons Inc. New York, 2009. - Leppanen, Rainer & Jonsson, Hakan. 1999. Properties of Nitrided Compenents. Ovako Steel. Sweden. - https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representation-of-the-flame-hardeningprocess-according-to-15_fig1_318355988 - https://steadfastengineers-inductionmeltingfurna.weebly.com/blog/december-01st-2015