Case hardening merupakan proses metalurgi yang memungkinkan sobat membuat komponen khusus dengan sifat unik. Pada artikel ini, kita akan membahas penjelasan, proses dan penerapannya.
Apa itu case hardening?
Case hardening adalah proses perlakuan panas yang mengeraskan permukaan subtrat logam sekaligus mempertahankan inti yang lebih lunak. Hal ini memungkinkan untuk menggabungkan sifat terbaik dari logam lunak dan keras menjadi satu bagian. Bahan yang lembut dapat menahan gaya tumbukan jauh lebih baik daripada bahan yang keras. Bahan ini juga lebih keras, lebih ulet dan lebih kuat namun tidak memiliki ketahanan aus yang cukup. Ketahanan aus yang baik sangat penting untuk memastikan material tidak aus akibat abrasi atau gesekan.
Dengan mengeraskan permukaan luar saja, kita dapat mengurangi keausan material secara signifikan tanpa mengurangi sifat lainnya. Sobat dapat mencapai permukaan tipis yang mengeras melalui berbagai cara seperti mengubah struktur kristal atau menambahkan elemen baru ke permukaan.
Kapan proses case hardening digunakan?
Sobat bisa menggunakan case hardening ketika perlu meningkatkan kekerasan permukaan material yang lebih lunak seperti besi atau bagian baja karbon rendah. Praktik standarnya dilakukan setelah seluruh operasi pemesinan dan pembentukan karena hal ini mengurangi kemampuan mesin suatu bagian. Namun, sobat juga dapat melakukannya pada tahap awal proses pembuatan. Beberapa contoh dimana prosedur case hardening digunakan sebagai berikut:
Anggaran yang rendah
Terdapat perbedaan harga yang signifikan antara baja karbon rendah dan baja perkakas seperti baja kecepatan tinggi. Perbedaannya bisa lebih dari 20x dalam beberapa kasus. Oleh karena itu, jika anggaran menjadi perhatian, sobat dapat menggunakan baja karbon rendah yang diperkeras sebagai pengganti baja perkakas. Selain itu, case hardening memerlukan lebih sedikit energi dan waktu dibandingkan dengan pengerasan yang lain, tidak melakukan pengerasan pada keseluruhan penampang. Dengan demikian, selain biaya bahan baku, sobat juga dapat menghemat sumber daya di bidang manufaktur.
Properti yang unik
Kombinasi inti bagian dalam yang lunak dengan lapisan luar yang keras memberikan sifat unik seperti yang dibahas pada bagian sebelumnya. Case hardening memungkinkan kita memanfaatkan properti ini. Case-hardened merupakan contoh suku cadang yang memberikan ketahanan dan kekuatan.
Apa saja proses/metode dalam case hardening?
Prinsip case hardening cukup mudah. Sobat ingin permukaannya membentuk struktur keras yang disebut martensit. Namun, struktur ini hanya terbentuk jika komponen baja di-quenching pada suhu tinggi dan asalkan kandungan karbon pada baja paduan cukup tinggi. Jika kandungan karbonnya cukup, sobat hanya perlu memanaskan dan memadamkan bagian tersebut. Namun, jika kandungan karbonnya rendah atau jika sobat membutuhkan kekerasan yang ekstrim, unsur-unsur seperti karbon dan nitrogen perlu ditambahkan ke permukaan material.
Sekarang mari kita lihat berbagai proses yang digunakan untuk mencapai case hardening berdasarkan prinsip-prinsip yang disebutkan di atas.
Pemanasan dan pendinginan
Secara tradisional, pemanasan dan pendinginan telah digunakan untuk melakukan pengerasan pada berbagai logam. Saat sobat ingin mengeraskan logam, sobat bisa menggunakan api oksi gas langsung pada bagian baja. Dalam beberapa kasus, pemanasan induksi digunakan dan kasus lain suhu permukaan bagian baja meningkatkan dengan cepat. Hal ini menyebabkan struktur kristal berubah dari perlit menjadi austenit. Setelah suhu yang disetel tercapai, bagian tersebut didinginkan dengan cepat sering kali dengan merendamnya dalam air. Hal ini sekali lagi mengubah stuktur kristal, kali ini dari austenit menjadi martensit yang merupakan struktur sangat keras.
Karena hanya permukaannya yang mengalami perubahan struktur kristal, maka bagian tersebut hanya mengeras pada permukaannya saja. Namun, suatu bagian dapat memperoleh manfaat dari metode ini, bahan aslinya harus memiliki cukup karbon. Jika kandungan karbon rendah (<0,3%) pada bagian logam, metode ini tidak akan memberikan hasil yang baik.
Karburisasi
Jika kadar karbon di bawah 0.3%, sobat harus menambahkan lebih banyak karbon ke bagian tersebut sebelum melakukan pemanasan dan pendinginan. Memasukan suatu bagian melalui proses karburasi adalah salah satu cara untuk melakukannya. Dalam karburasi, bagian baja dipanaskan dengan adanya sumber karbon eksternal selama jangka waktu tertentu. Pada suhu tinggi, karbon dari bahan berkarbon berdifusi ke dalam logam. Temperatur yang lebih tinggi dan waktu pemanasan yang lebih lama mengakibatkan penyerapan karbon yang lebih dalam ke permukaan logam.
Ada tiga metode utama: karburasi paket, karburasi cair, dan karburasi gas. Dibandingkan dengan karburasi paket, karburasi cair dan gas lebih baik dalam mendifusikan karbon ke dalam material. Karburasi biasanya dilakukan pada suhu sekitar 930OC. Setelah karburasi meningkatkan kandungan karbon pada lapisan permukaan baja, sobat melakukan pengerasan api atau pengerasan induksi untuk meningkatkan kekerasan.
Nitridasi
Untuk paduan baja yang mengandung unsur-unsur seperti aluminium, kromium dan molibdenum, sobat dapat menggunakan nitridasi untuk case hardening. Bagian tersebut dipanaskan dengan adanya gas nitrogen dan amonia terdisosiasi untuk membentuk nitrida. Nitrida juga meningkatkan kekerasan material.
Ada tiga jenis utama proses nitridasi yaitu nitridasi rendaman garam, nitridasi gas dan nitridasi plasma. Nitridasi umumnya bekerja pada suhu yang lebih rendah karena bagian tersebut dipanaskan hingga 620OC. Semakin lama disimpan pada suhu ini, semakin dalam difusi dan pengerasan berikutnya.
Sianida
Sianida merupakan jenis proses pengerasan yang mendifusikan karbon dan nitrogen dengan adanya garam berbasis sianida. Bagian tersebut pertama-tama dipanaskan hingga 950OC untuk durasi yang telah ditentukan. Setelah karbon dan nitrogen yang cukup terserap, bagian tersebut didinginkan dan dilanjutkan dengan pembilasan untuk menghilangkan residu sianida. Langkah terakhir ini sangat penting karena sianida adalah senyawa beracun dan perlu ditangani dengan hati-hati.
Karbonnitriding
Karbonnitriding mengacu pada penambahan karbon dan nitrogen ke lapisan tipis permukaan baja. Hal ini mirip dengan karburasi gas tetapi dengan lingkungan amonia. Kehadiran amonia menyediakan nitrogen untuk proses tersebut. Temperatur karbonnitriding adalah sekitar 840OC yang berada diantara temperatur nitridasi dan karburasi. Bahan tersebut kemudian dipadamkan dalam minyak atau gas. Suhu yang lebih rendah menghasilkan lebih sedikit selama quenching. Material yang dihasilkan bisa memiliki kekerasan hingga 60 HRC.
Nitrokarburasi feritik
Nitrokarburasi feritik menambahkan karbon dan nitrogen ke baja saat masih dalam fase feritik. Dengan memanaskan material di atas suhu kritis, struktur mikro berubah dari ferrit menjadi austenit. Dalam nitrokarburasi feritik, tidak mendekati suhu ini. Sobat mengekspos material tersebut ke atmosfer yang kaya karbon dan nitrogen saat masih dalam fase feritik. Ada tiga jenis proses utama : nitrokarburasi feritik rendaman garam, nitrokarburasi gas dan nitrokarburasi gas.
Nah sobat, itulah penjelasan case hardening dari proses cara kerja, manfaat dan jenisnya. Jika ada yang ingin ditanyakan bisa langsung komen di kolom komentar atau bisa langsung hubungi team Logam Ceper.
Penulis: Scarlet Alessandra
Leave a Reply