download

Matakuliah : D0234/Teknologi Proses
Tahun
: 2007/2008
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
(Surface Modification)
Pertemuan 23
Learning Outcomes
.
Mahasiswa dapat menerangkan proses pengolahan
permukaan dengan mememodifikasi mikrostruktur
bagian permukaan atau bagian bawah permukaan
material dasar
Outline Materi :
• Diffusion methods
• Selective hardening methods
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
SURFACE MODIFICATION
Mengolah permukaan dengan memodifikasi mikrostruktur bagian permukaan atau bagian bawah permukaan
material dasar.
DIFFUSION METHODS
Diffusion methods adalah suatu metode dimana permukaan material dasar disusupi dengan atom unsur lain
sehingga berubah sifat-sifatnya.
Salah satu pemanfaatan yang terpenting adalah untuk
pengerasan permukaan bendakerja dengan berbagai
macam cara, antara lain :
• carburizing,
• nitriding,
• carbonitriding, dll.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
CARBURISING
Carburizing adalah suatu teknik pengerasan permukaan dengan
mendifusikan karbon melalui permukaan bendakerja .
Pada umumnya bendakerja yang dikeraskan adalah baja dengan
keuletan tinggi, dengan kadar karbon 0,2 % atau kurang.
Baja ini tidak dapat langsung dikeraskan karena kadar karbonnya terlalu rendah.
Untuk menambah kadar karbon dilakukan dengan mendifusikan
karbon aktif melalui permukaan baja sehingga permukaan
mengandung cukup banyak karbon untuk dapat dikeraskan.
Proses pengerasan carburising dilakukan melalui dua tahapan,
yaitu :
1) Penambahan karbon; dilakukan dengan memanaskan bendakerja pada temperatur yang cukup tinggi dalam lingkungan
yang mengandung karbon aktif, sehingga atom karbon berdifusi masuk ke dalam baja hingga mencapai kadar tertentu
dan kedalaman tertentu. Ada 3 cara penambahan karbon
yaitu solid carburising, liquid carburising, dan gas carburising.
2) Pengerasan; dilakukan dengan pemanasan kembali pada
temperatur tertentu kemudian dicelup (quenching) dalam air
atau oli sehingga terbentuk lapisan martensit yang sangat
keras pada permukaan bendakerja.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
NITRIDING
Nitriding dilakukan dengan memanaskan baja di dalam dapur
yang mengandung atom nitrogen aktif yang akan berdifusi ke
dalam baja dan bereaksi dengan unsur dalam baja dan membentuk nitrida yang sangat keras dan stabil.
Nitrogen aktif diperoleh dari gas amonia yang bila dipanaskan
pada temperatur 500 – 600OC akan berdekomposisi menjadi
nitrogen aktif dan gas hidrogen.
2 NH3
 2 Nat + H2
Pada dasarnya semua baja dapat dinitriding, tetapi hasil yang
baik akan diperoleh bila baja mengandung unsur paduan yang
dapat membentuk nitrida (nitride forming elements) seperti
aluminium, kromium, atau molibdenum.
Bendakerja yang akan dinitriding dimasukkan ke dalam dapur
yang kedap udara dan kemudian gas amonia dialirkan secara
kontinu selama pemanasan pada temperatur 500 – 600OC, dalam
waktu yang cukup lama (dapat sampai beberapa hari).
Lapisan yang terbentuk sangat tipis, sehingga baja yang dinitriding biasanya tidak boleh terlalu lunak, 0,3 – 0,4 % C, agar
mampu mendukung lapisan yang terlalu tipis tersebut.
Baja yang dinitriding mempunyai sifat tahan aus, tahan korosi,
dan sifat tahan terhadap kelelahan yang sangat baik.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
PROSES NITRIDASI PLASMA
6
5
1
2
3
4
Gambar 23.1 Proses Nitridasi Plasma
Bina Nusantara
1:
2:
3:
4:
5:
6:
gas nitrogen
pemanas
kontrol temperatur
pompa vakum
tegangan tinggi
tabung nitrid
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
PERALATAN NITRIDASI PLASMA
Gambar 23. 2 Peralatan nitridasi plasma
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
CARBONITRIDING
Carbonitriding menggunakan gas seperti pada gas carburising
(campuran gas yang terdiri dari gas karbon monoksida dan gas
hidrokarbon) yang diperkaya dengan gas amonia, sehingga yang
berdifusi bukan hanya karbon tetapi juga nitrogen. Proses
berlangsung pada temperatur yang lebih rendah.
Dengan larutnya karbon dan nitrogen pada permukaan material
dasar (dalam austenit) maka akan mempertinggi hardenability,
sehingga quenching tidak perlu terlalu drastis pendinginannya,
apalagi juga temperatur pemanasan selama difusi lebih rendah,
maka kemungkinan terjadinya distorsi/retak akan lebih rendah.
Kekerasan yang dihasilkan dari carbonitriding (setelah quenching) akan lebih stabil terhadap pemanasan, tidak mudah
menjadi lunak karena pemanasan.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
SELECTIVE HARDENING METHODS
Selective hardening methods adalah suatu metode
pengerasan dengan pemanasan luasan lokal permukaan
bendakerja.
Yang termasuk dalam klasifikasi ini antara lain :
• flame hardening,
• induction hardening,
• laser hardening,
• electron beam hardening
• ion implantation, dll.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
FLAME HARDENING
Flame hardening dilakukan dengan menyemburkan api
intensitas tinggi ke permukaan bendakerja, biasanya
dengan api dari brander oxyacetylene, sehingga sebelum
panas sempat menjalar ke bagian dalam bagian
permukaan sudah mencapai temperatur austenitising,
kemudian segera dicelup (quench) ke dalam air atau oli.
Dengan demikian di bagian permukaan terbentuk lapisan
martensit, sedang dibagian dalam tetap seperti semula.
Baja yang akan diflame hardening harus memiliki
hardenability yang memadai, kadar karbonnya 0,30 –
0,50 %.
Kekerasan lapisan terutama tergantung pada kadar
karbon dari bajanya sedang tebal lapisan tergantung
pada seberapa tebal bagian permukaan yang mengalami
pemanasan sampai menjadi austenit dan didinginkan
dengan cara dicelup.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Proses flame hardening cukup sederhana sehingga
dapat dilakukan secara manual, terutama untuk benda
kerja dengan ukuran yang kecil.
Gambar 23.3 Skema flame hardening
Untuk ukuran yang lebih besar diperlukan brander dan
peralatan khusus, seperti dalam gambar di atas.
Pada brander selain penyembur api juga dipasang
penyemprot air di dekatnya, juga diperlukan alat untuk
mengatur gerakan brander/benda kerja.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
INDUCTION HARDENING
Induction hardening sama dengan flame hardening, hanya
saja disini pemanasan ditimbulkan oleh arus induksi yang
terjadi karena adanya medan magnit yang berubah-ubah
dengan sangat cepat.
Arus induksi ini akan menimbulkan panas pada permukaan
bendakerja.
Panas ini akan sangat intens
bila arus bolak-balik yang menimbulkan induksi ini adalah
arus bolak-balik dengan frekuensi tinggi.
Gambar 23.4 Skema induction hardening
Bendakerja diletakkan di dekat kumparan yang dialiri
arus berfrekuensi tinggi seperti gambar di atas.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
LASER HARDENING
Laser hardening adalah pengerasan dengan sinar laser
dengan memanaskan logam pada permukaan kemudian di
quenching.
Pengerasan dilakukan hanya pada daerah yang diinginkan.
Keuntungan penggunaan sinar laser :
• kecepatan produksi tinggi,
• proses mudah dikontrol,
• dapat digunakan untuk benda ukuran rumit,
• daerah terpengaruh panas tipis,
• distorsi sedikit dan pengerjaan bersih..
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
ELECTRON BEAM HARDENING
Electron beam hardening dilakukan dengan menggunakan
berkas elektron yang dikonsentrasikan hingga memiliki
energi dengan densitas yang tinggi.
Berkas elektron yang ditimbulkan oleh sebuah senapan
difokuskan ke suatu daerah kecil, sehingga menghasilkan
panas dalam waktu yang sangat singkat.
Setelah temperatur austenit dapat dicapai (biasanya
dalam waktu kurang dari satu detik), kemudian pemanasan dihentikan dan langsung diquenching, hingga
terjadi pengerasan pada daerah kecil dari bendakerja
tersebut.
Hasil yang terbaik dapat dihasilkan bila dikerjakan dalam
ruang hampa udara (vacuum), dan hal ini akan memperlambat laju produksi.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
ION IMPLANTATION
Ion implantation dilakukan dengan memasukkan ion
kedalam permukaan benda kerja melalui akselerator
dengan energi tinggi ( 10 – 500 kev).
Proses dilakukan dalam ruang vakum, dapat dihasilkan
permukaan yang bersih dan terhindar dari reaksi kimia
oksidasi.
Daerah yang diimplan relatif kecil, untuk memproses
daerah yang lebih luas maka benda kerja digerakkan.
Sifat keras dan lapisan implantasi sangat tipis, sesuai
untuk pemakaian khusus.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
PERBANDINGAN KETEBALAN BERBAGAI PRODUK
REKAYASA PERMUKAAN
0,1
1
10
102
103
104 mm
PVD
CVD
NICKEL PLATING
THERMAL SPRAY
ION IMPLANT
NITRIDING
NITROCARBURS
SURFACE ALLOY
THERMAL HARDENING
Gambar 23.5 Perbandingan ketebalan berbagai produk rekayasa permukaan
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
CONTOH NILAI KEKERASAN PRODUK SURFACE
ENGINEERING
JENIS PROSES
Pengerasan laser
Implantasi ion
PVD
CVD
Karburasi
Nitridasi gas
Pengerasan nyala api
Bina Nusantara
KEKERASAN(HV)
1700 - 2100
200 - 2300
2300 - 2500
1540 - 1800
800 - 900
960 - 1100
700 - 800
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
SELESAI
TERIMA KASIH
Bina Nusantara

Download Report