Proses Annealing pada Logam

Istilah annealing mengacu pada perlakuan panas di mana bahan terkena suhu tinggi untuk jangka waktu yang lama dan kemudian perlahan-lahan didinginkan. Secara khusus, annealing dilakukan untuk (1) menghilangkan tegangan; (2) meningkatkan kelembutan, keuletan, dan ketangguhan; dan/atau (3) menghasilkan mikrostruktur tertentu. Berbagai perlakuan panas annealing dicirikan oleh perubahan yang diinduksi oleh struktur mikro dan memengaruhi perubahan sifat mekanik bahan.

Setiap proses annealing terdiri dari tiga tahap: (1) pemanasan sampai suhu yang diinginkan, (2) menahan atau “merendam” pada suhu tersebut, dan (3) pendinginan, biasanya sampai suhu kamar. Waktu adalah parameter penting dalam prosedur ini. Selama pemanasan dan pendinginan, gradien suhu ada antara bagian luar dan interior bagian; besarnya mereka tergantung pada ukuran dan geometri benda. Jika laju perubahan suhu terlalu besar, gradien suhu dan tekanan internal dapat menyebabkan bengkok atau bahkan retak. Juga, waktu annealing yang sebenarnya harus menjadi cukup lama untuk memungkinkan reaksi transformasi yang diperlukan. Suhu annealing juga merupakan pertimbangan penting; annealing dapat dipercepat dengan meningkatkan suhu karena proses difusi biasanya terlibat.

Proses Annealing

Proses annealing adalah perlakuan panas yang digunakan untuk meniadakan efek pengerjaan dingin untuk melunakkan dan meningkatkan keuletan logam yang sebelumnya dikeraskan dengan regangan. Hal ini biasanya digunakan selama prosedur fabrikasi yang memerlukan deformasi plastis ekstensif, untuk mengizinkan kelanjutan deformasi tanpa patah atau konsumsi energi yang berlebihan. Pemulihan dan proses rekristalisasi dibiarkan terjadi. Biasanya, struktur mikro berbutir halus diinginkan, dan oleh karena itu, perlakuan panas dihentikan sebelum pertumbuhan butir cukup besar telah terjadi. Oksidasi atau penskalaan permukaan dapat dicegah atau diminimalkan dengan annealing pada suhu yang relatif rendah (tetapi di atas suhu rekristalisasi) atau dalam keadaan nonoksidasi.

Annealing pada Baja Paduan

Beberapa prosedur annealing yang berbeda digunakan untuk meningkatkan sifat baja paduan. Namun, sebelum dibahas, beberapa komentar terkait dengan pelabelan batas fase diperlukan. Gambar 1 menunjukkan bagian dari besi-besi karbida diagram fase di sekitar eutektoid. Garis horizontal pada suhu eutektoid, secara konvensional berlabel A1, disebut suhu kritis yang lebih rendah, di bawah yang, dalam kondisi kesetimbangan, semua austenit telah berubah menjadi ferit dan sementit. Batas fase dilambangkan sebagai A3 dan Acm mewakili garis atas suhu kritis untuk baja hypoeutectoid dan hypereutectoid, masing-masing. Untuk suhu dan proses di atas batas-batas ini, hanya fase austenit yang berlaku. Elemen paduan lainnya menggeser eutektoid dan posisi garis batas fasa ini.

Gambar 1. Diagram fase besi-besi karbida di sekitar eutektoid, menunjukkan rentang suhu perlakuan panas untuk baja karbon biasa.

Normalizing

Baja yang telah mengalami deformasi plastis oleh operasi pengerolan terdiri dari butiran perlit (dan kemungkinan besar fase proeutektoid), yang bentuknya tidak beraturan dan relatif besar dan bervariasi secara substansial dalam ukuran. Perlakuan panas annealing disebut normalisasi digunakan untuk menghaluskan butir (yaitu, untuk mengurangi ukuran butir rata-rata) dan menghasilkan distribusi ukuran yang lebih seragam; baja perlitik berbutir halus lebih keras daripada yang berbutir kasar. Normalisasi dilakukan dengan memanaskan setidaknya 55 ° C (100 ° F) di atas suhu kritis atas yaitu di atas A3 untuk komposisi kurang dari eutektoid (0,76 wt% C), dan di atas Acm untuk komposisi yang lebih besar dari eutektoid, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Setelah waktu yang cukup telah digunakan paduan untuk sepenuhnya berubah menjadi austenit prosedur yang disebut austenitisasi, perawatannya diakhiri dengan pendinginan di udara.

Full Anneal

Perlakuan panas yang dikenal sebagai full annealing sering digunakan pada karbon rendah dan menengah yang akan dikerjakan atau akan mengalami deformasi plastis yang ekstensif selama operasi forming. Secara umum, paduan diperlakukan dengan pemanasan sampai suhu sekitar 50 ° C di atas garis A3 (untuk membentuk austenit) untuk komposisi kurang dari eutektoid, atau, untuk komposisi yang melebihi eutektoid, 50 ° C di atas garis A1 (untuk membentuk austenit dan fasa Fe3C), seperti terlihat pada Gambar 1. Paduan tersebut kemudian didinginkan dengan tungku yaitu tungku pengolah panas dimatikan, dan tungku dan baja didinginkan hingga suhu kamar pada laju penurunan suhu yang sama, yang memakan waktu beberapa jam. Produk mikrostruktur annealing ini adalah perlit kasar (selain fase proeutektoid) yang relatif lunak dan ulet. Prosedur pendinginan full annealing memakan waktu; namun, struktur mikronya memiliki butiran kecil dan struktur butirannya seragam.

Spheroidizing

Baja karbon menengah dan tinggi yang memiliki struktur mikro yang mengandung perlit kasar yang mungkin masih terlalu sulit untuk dikerjakan atau secara plastis berubah bentuk dengan mudah. Baja apa pun, dapat diberi perlakuan panas atau diannealing untuk mengembangkan struktur spheroidite. Baja spheroidized memiliki kelembutan maksimum dan keuletan dan mudah dikerjakan atau dideformasi. Perlakuan panas spheroidizing, selama dimana terjadi peleburan Fe3C untuk membentuk partikel sferoid, dapat berlangsung dengan beberapa cara, sebagai berikut:

  • Memanaskan paduan pada suhu tepat di bawah eutektoid [garis A1 pada Gambar 1, atau sekitar 700 ° C (1300 ° F)] di daerah 𝛼+Fe3C dari diagram fasa. Jika mikrostruktur prekursor mengandung perlit, waktu spheroidizing biasanya akan berkisar antara 15 dan 25 jam.
  • Pemanasan ke suhu tepat di atas suhu eutektoid dan kemudian pendinginan sangat lambat di tungku atau ditahan pada suhu tepat di bawah suhu eutektoid.
  • Pemanasan dan pendinginan secara bergantian dalam waktu sekitar ± 50 ° C dari garis A1 Gambar 1.

Untuk beberapa tingkatan, laju di mana bentuk spheroidite tergantung pada struktur mikro sebelumnya. Misalnya, laju paling lambat untuk perlit, dan semakin halus perlit, semakin cepat laju pembentukannya. Juga, pekerjaan dingin sebelumnya meningkatkan laju reaksi spheroidizing.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Author: admin

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *