Surface Hardening

Untuk merefresh kembali materi kuliah ketika S1 dulu, saya ingi mengulang kembali beberapa materi yang mungkin nanti akan jadi makanan keseharian saya di laboratorium pengembangan paduan (Alloy Development) di Yeungnam University ini. Materi pertama yang ingin saya review adalah tentang proses pengerasan pada permukaan material. Beberapa hal yang menjadi alasan untuk melalkukan surface treatment diantaranya sebagai berikut :

-       Menaikain ketahanan Aus

-       Menaikkan kekerasan permukaan hingga sedalam 0,1 -0,5 mm

-       Menambah ketahanan permukaan terhadap beban mekanis

-       Memperbaiki ketahanan fatik

Proses pengerasan pada material dapat dibagi menjadi 2 macam penggolongan yakni pengerasan secara termal/ selective heat treatment dan secara termokimia. Berikut adalah penjabaran dari masing-masing jenis pengerasan tersebut.

A. Termal/Selective Heat Treatment

Proses selective heat treatment dilakukan dengan beberapa prosedur yakni material yang biasa digunakan pada proses ini adalah medium atau high carbon steel. Material ini dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu austenite namun tidak semua bagian material, hanya bagian permukaan (bagian inti tidak mengalami austenitisasi). Setelah itu, material didinginkan agar terbentuk martensite pada permukaan material , seperti yang diketahui mikrostruktur martensite miliki nilai tegangan yang tinggi sehingga diperlukan proses penurunan tegangan dengan cara tempering.

Proses selective heat treatment dilakuakn dengan berbagai cara, diantaranya adalah :

a.     Flame Hardening

Flame hardening dilakukan dengan menggunakan peralatan berupa burner dan semprot air, serta campuran gas berupa oksigen dan gas alam.

Proses ini dilakukan dikarenakan beberapa alasan sebagai berikut:

-       Bentuk material yang besar sehingga tidak ekonomis jika menggunakan dapur

-       Hanya bagian-bagian tertentu dari material yang ingin dilakukan pengerasan

-       Dapat dilakukan pada komponen-komponen yang memilkiki bentuk yang kompleks

Kekurangan dari flame hardening adalah tidak dapat mengontrol over heating dan sulit mendapatkan case depth yang lebih kecil dari 1,5 mm.

b.     Induction Hardening

Proses ini dilakukan dengan memanfaatkan listrik yang diubah menjadi medan magnet dan panas yang digunakan untuk merubah permukaan komponen. Induction  hardening dapat mempersingkat waktu heat treatment dan juga dapat digunakan untuk mengeraskan lokasi tertentu. Selain itu, karena menggunakan listrik, proses ini lebih ramah lingkungan dan lebih efisien. 

B. Thermochemichal Surface Treatment

 Proses thermochemical heat surface biasa  dilakukan pada material low carbon steel yang membutuhkan permukaan material yang lebih keras dan tangguh dibandingkan dengan medium atau high carbon steel. Proses ini dapat menghemat biaa produksi spalagi jika dibuat dalam jumlah masal. Bentuk komponen yang komplekspun dapat dilakukan dengan cara ini selain pastinya control kedalaman kekerasan juga dapat diatur.

Ada berbagai macam jenis pengerasaan permukaan dengan mengunakan termokimia ini, yakni :

 a.     Carburizing

Carburizing berarti memasukan (mendifusikan) atom karbon (C) ke dalam material sehingga kandungan C meningkat khusunya pada bagian permukaan. Prinsip difusi C ini dapat dijelaskan dengan rumus :

C-C_o= (C₁-C_o) [1-erf (x/2ÖDt)]

C = kadar karbon dalam keadaan X

C_o = Kadar karbon dasar dalam komponen

C₁ = Kadar karbon dalam permukaan

X = kedalaman dari permukaan (Cm )

D = Koeffisien Difusi (Cm/s)

t = Waktu (s)

b.     Nitriding

  Nitriding memiliki prinsip yang sama dengan carburizing yakni mengeraskan permukaan material dengan memdifusikan Nitrogen agar terbentuk nitride yang memiliki kekerasaan lebih tinggi. Berikut adalah gambar jumlah nitrogrn pada permukaan suatu material dan mikrostruktur yang terlihat. Dengan perbedaan nitride yang terbentuk kekerasaan dari permukaan juga akan berbeda.