PROSES PENGERASAN LOGAM BAGIAN 3

HARD CHROMIUM PLATING (PELAPISAN KROM) 

Pelapisan ini dihasilkan oleh deposisi listrik dari larutan yang mengandung asam kromium (CrO3) dan katalis anion dalam jumlah yang proporsional.

hard chromium mempunyai ciri :

1.     Deposit krom sangat keras, lapisan mempunyai koefision friksi yang rendah shg tahan thdp pengelupasan, abrasif dan korosi.

2.     Tebal lapisan bervariasi 2.5 - 500 m, (pelapisan krom untuk dekorasi tidak pernah lebih dari 1.3 m).

3.     Pelapisan hard chromium dilakukan langsung thdp permukaan logam dasar, sedangkan pelapisan krom untuk dekorasi, dilapiskan diatas pelapisan nikel atau tembaga.

MODIFIKASI PERMUKAAN

memodifikasi permukaan yang sudah ada dengan merubah komposisi kimia, fasa atau membentuk fasa baru tanpa penumpukan dari luar terhadap permukaan aslinya. Metode yang paling populer adalah metode difusi seperti karburisasi, nitridisasi dan nitrokarburisasi

Tabel 1. Contoh nilai kekerasan produk surface engineering 

Pengerasan Induksi.

pemanasan : dari arus bolak balik berfrekwensi tinggi yang menghasilkan arus eddy pada lapisan permukaan logam dan kemudian menjadi panas.

 

 (a). Bentuk koil utk induksi dan medan magnit yang dihasilkan(b). Arus eddy yang dihasilkan dg benda uji yg dipanaskan

 Localized overheating of sharp corner, and control heating at a hole through the use of copper slug

PENGERASAN DENGAN NYALA API.

Sumber Panas Berasal Dari :

Nyala api oxy acetylene, propana oxygen atau gas alam dengan menggunakan burner las.

Kedalaman pengerasan tergantung dari:

- kecepatan pemanasan

- konduksi panas dari permukaan ke tengah

- besar flame

- material dasar 

FLAME HARDENING

Beberapa kesulitan yang sering dialami pada proses pengerasan dengan nyala api sehingga menimbulkan oksidasi dan over heating ialah :

ðMengontrol temperatur

ðWaktu pemanasan terlalu lama

ðNyala api terlau dekat dengan benda kerja

ðApinya terlalu besar

ðApinya terlalu banyak oksigen

ðTekanan bahan bakar terlalu besar

ðBentuk nyala api kurang baik

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pemanasan dengan nyala api :

1.     Daerah yang akan dipanaskan harus bersih dan bebas dari kerak atau kotoran lainnya

2.     Keseimbangan campuran gas harus diperhatikan sehingga besarnya nyala api dapat dikontrol sedemikian rupa sehingga baja yang dipanasi dapat mencapai temperatur austenisasi.

3.     Nyala diusahakan sekitar 8 mm diatas benda dan membuat sudut sekitar 60 - 90° dengan bidang datar dan 15 - 30° dengan arah umpan dan digerakkan secara teratur dengan kecepatan cukup agar temperatur bagian yang dipanaskan tidak turun.

4.     Dianjurkan untuk melakukan proses tempering setelah pengerasan.

KARBURISASI.

Temperatur biasanya sekitar 850 - 950°C dimana baja berada pada kondisi austenit

proses karburisasi menurut media pemberi karbon

- gas    - zat padat     - cairan

Keberhasilan karburisasi tergantung

- temperature   - waktu     - komposisi atmosfir

Teknis pelaksanaannya ada tiga cara yaitu :

1.     pencelupan langsung dari suhu karburisasi

2.     pendinginan ke suhu ruang kemudian dipanaskan pada suhu austenit dan quenching (single quenching).

3.     di quenching dari suhu karburisasi, dipanaskan kembali pada suhu austenisasi kemudian di quenching lagi (double quenching).

karburisasi dengan zat padat (Pack Carburizing)

Tebal pengerasan proses ini mencapai 0,75 - 4 mm.

oksigen dari udara  karbon dari medium Þ CO2 CO2 + C 2CO. Pada permukaan baja CO mengurai sebagai berikut : 2CO CO2 + C. C larut kedalam fasa austenit dan berdifusi.

mempercepat reaksi ditambahkan aktivator/energizer:

BaCO3, BaCl, BaO, CaO, K2CO3, Na2CO3 K2SO4 dan K4Fe(CN)6 

Komposisi campuran antara energizer dengan arang kayu adalah :

komposisi.1= 60% arang kayu 40% BaCO3 atau

komposisi.2= 45% arang kayu 50% BaCO3 .5% K4Fe(CN)6

energizer berfungsi sebagai pembentuk atau pemercepat pembentukan gas CO :

BaCO3 = BaO + CO2

                CO2 + C 2CO

Gas CO yang terbentuk larut ke dalam fasa austenit atau bereaksi dengan Fe menjadi :

3Fe + 2CO - Fe3C + CO2

Beberapa hal yang harus diperhatikan :

1.     medium harus memiliki daya hantar panas yang baik agar distribusi temperatur yang baik mudah diperoleh dalam waktu relatif singkat.

2.     perubahan volume (jika terjadi) harus sekecil mungkin sehingga benda kerja selalu diselaputi oleh medium selama proses berlangsung.

3.     memiliki mampu regenerasi yang baik

4.     relatif kering

5.     ukuran medium harus sesuai dengan bentuk dan ukuran benda kerja sehingga mampu menutupi seluruh permukaan benda dengan sempurna, umumnya ukuran butiran medium antara 1,5 sampai 6 mm.

KARBURISASI DENGAN GAS

ketebalan karburisasi gas sekitar 0,1 - 0,75 mm. Media yang digunakan terdiri dari : hidrokarbon, gas alam atau propana. Reaksi yang terjadi didalam dapur ialah :

2CO <-----------> C + CO2

atauCH4 <-----------> C + 2H2

atauCo + H2 <-----------> C + H2O

Karbon bebas C berdifusi ke dalam benda kerja. atau dalam reaksi keseluruhan menjadi :

3Fe + 2CO Fe3C + CO2

KARBURISASI DENGAN MEDIA CAIR

(salt bath carburizing)

1.     benda kerja dipanaskan dengan pemanasan awal 100 sampai 400C untuk menghilangkan kemungkinan adanya uap air.

2.     pemanasan lanjut diatas A1 (900 - 925C) dalam larutan garam yang mengandung karbon dan nitrogen, Ketebalan lapisan antara 0,64 - 6,35 mm.

Komposisi campuran larutan garam:

6 - 16% 30 - 55% 0 - 20% 0 - 20% 30% max

NaCN BaCl2 NaCl KCl Na2CO3

pada suhu proses NaCN mengurai menjadi :  NaCN Na + C + N

C larut ke austenit atau bereaksi dengan Fe menjadi : C + 3Fe Fe3C

   

PLASMA KARBURISASI

dengan pijaran secara termokimia yang membentuk plasma , Benda kerja dalam plasma karburisasi dikondisikan sebagai katoda pada sirkuit listrik DC. Dengan adanya pijaran plasma maka transfer karbon dari gas karburisasi ke permukaan baja meningkat, sehingga kecepatan proses karburisasi dapat diatur.

Kedalaman pengerasan tergantung dari difusi karbon didalam baja, suhu proses sekitar 930C pada keadaan vakum. pembersihan berlangsung dengan plasma hidrogen kemudian karburisasi berlangsung dengan plasma hidrokarbon-hidrogen-argon pada tekanan gas parsial 0,1 sampai 10 torr.

Kelebihan :

 prosesnya berlangsung lebih cepat

 menghasilkan kedalaman pengerasan yang merata walaupun permukaan benda kerja tidak beraturan.

 karena dalam suasana vakum maka tidak terjadi oksidasi permukaan.

Kekurangan:

 Prosesnya mahal dan sulit

NITRIDISASI

nitrogen berdifusi dalam ferit pada suhu 500 - 590°C.

Proses ini tidak memerlukan proses quenching ó tidak terjadi perubahan fasa. Peningkatan kekerasan diperoleh karena nitrogen membentuk lapisan nitrida yang bersifat keras. 

Jika baja yang dinitridisasi mengandung unsur unsur seperti Al,Cr,V dan Mo maka kekerasan yang diperoleh dapat lebih tinggi karena unsur unsur tersebut dengan N dapat membentuk nitrida yang sangat keras.

nitridisasi yang sering digunakan

- dengan media gas

- dengan media cair.

NITRIDISASI DENGAN GAS

digunakan gas amonia pada suhu sekitar 510°C

2NH3 ---------------------> 2N + 3H2

N dalam bentuk atom berdifusi ke dalam benda dan bereaksi dengan Fe membentuk Fero-nitrida dengan lapisan keras setebal 0,2 - 0,7 mm.

Peralatan untuk nitridisasi biasanya dibuat dari bahan yang tidak bereaksi dengan gas, misalnya nikel, inconel, dan baja krom nikel (25 - 20%).

Derajat desosiasi ialah jumlah gas yang terurai, dihitung terhadap penggunaan total gas amoniak dan dinyatakan dalam persen.

Desosiasi rendah kekerasan permukaan tinggi, tetapi jika derajat desosiasi tinggi kekerasan turun tetapi tebal lapisan bertambah.

Debit yang sesuai untuk proses nitridisasi berkisar antara 0,60 m³/jam/10 m² sampai dengan 0,90 m³/jam/10 m².

Perlu diperhatikan, jika penguraian gas amoniak diperoleh banyak H, maka akan terjadi proses denitridisasi. Tetapi jika jumlah gas hidrogen terlalu sedikit berarti N yang ada juga sedikit, maka pembentukan nitrida tidak cukup.

NITRIDISASI DENGAN MEDIA CAIR

digunakan dapur larutan garam cianida (salt bath), 60 - 70% NaCN dan 30 - 40% KCN, ditambah Na2CO3 dan NaCNO

ketebalan lapisan keras antara 0,03 - 0,30 mm dengan HB 900 - 1100

Suhu nitridisasi sekitar 550 - 570ºC dan waktu proses <2 jam. Jika waktu proses terlalu lama timbul pitting pada permukaan karena adanya perubahan kandungan sianat (NaCNO) dan adanya Fe yang larut dari crucible

Jika dibandingkan dengan nitridisasi gas:

NITRIDISASI DENGAN GAS	NITRIDISASI DENGAN MEDIA CAIR
-waktu proses 12 - 120 jam -permukaan hasil nitridisasi sangat rapuh	-waktu proses 1 - 4 jam -permukaan nitridisasi tidak rapuh

Keuntungan proses nitridisasi ialah:

1.     menghasilkan kekerasan permukaan yang tinggi - lebih tinggi dari lapisan karburisasi - berarti mempunyai ketahanan aus dan fatigue lebih tinggi dari hasil karburisasi

2.     resiko terjadinya pengelupasan seperti pada karburisasi sangat kecil

3.     memperbaiki ketahanan korosi dan relatif tahan terhadap larutan alkali

4.     suhu operasi nitridisasi relatif rendah sehingga kecenderungan untuk timbulnya distorsi kecil

5.     kekerasan yang diperoleh dari proses nitridisasi ini relatif stabil sampai suhu sekitar 600°C, sedangkan kekerasan hasil karburisasi hanya stabil sampai suhu 200°C.

Kekurangan dari proses nitridisasi ialah :

1.     proses tersebut berlangsung lama sehingga biaya produksi mahal.

2.     baja yang digunakan umumnya dari jenis baja yang mahal

NITRIDISASI SEBAGIAN

bagian yang tidak perlu nitridisasi atau tidak diinginkan terjadi nitridisasi harus ditutup dengan lapisan pelindung

cara pelapisan dengan lapisan pelindung:

1.     dilapisi dg 80% timah hitam dan 20 % timah putih

2.     dilapisi dengan sejenis pasta yang mengandung timah hitam dan timah putih. Pada saat dipanaskan pasta tersebut mencair dan paduan timah hitam dan timah putih akan melapisi bagian tersebut

3.     dilapisi dengan campuran oksida timah dan gliserin. Jika larutan tersebut dioleskan pada bagian yang tidak dinitridisasi, ketika pemanasan gliserin menguap danoksida timah direduksi oleh hidrogen hasil desosiasi sehingga pada bagian yang dilindungi diperoleh lapisan timah.

4.     pelapisan timah dengan jalan elektrolisa

5.     pelapisan dengan tembaga

PLASMA NITRIDISASI (ion nitridisasi)

Prosesnya : berlangsung pada kondisi vakum.

Dinding bejana dingin dan benda kerja sebagai katoda sedangkan dinding bejana sebagai anoda dan ground. Dengan mengalirkan arus DC antara katoda dan anoda maka terbentuk plasma. Nitrogen diserap oleh permukaan baja, kemudian difusi ke dalam pada temperatur sekitar 500°C, dan kekerasan dicapai dengan terjadinya presipitasi partikel nitrida yang sangat halus di daerah difusi.

ketebalan yang dikeraskan hanya 0,1 mm berupa:

g' Fe4N berstruktur FCC atau

e Fe2N1-x berstruktur CPH

  

  

Keuntungan penggunaan plasma nitridisasi adalah :

 aman

 pemakaian gas berkurang

 pemakaian energi berkurang

 prosesnya bersih lingkungan

 struktur lapisan dapat dikontrol

Kelemahannya ialah:

adanya efek katoda berlubang (hollow cathode) Yaitu konsentrasi plasma yang menyebabkan pemnasan berlebih setempat pada lubang, dan rongga rongga sehingga hasilnya kurang memuaskan.

KARBONITRIDISASI dan NITROKARBURISASI

Benda kerja dipanaskan diatas suhu kritis (800 - 900ºC) didalam lingkungan gas yang memungkinkan terjadinya absorbsi dan difusi karbon dan nitrogen. Pertama tama dilakukan karburisasi dg gas setelah itu baru dialirkan gas amoniak. Kalau nitrokarburisasi nitrogen dulu atau bersama sama

ketebalan antara 0,08 - 0,75 mm