Bagaimana laju pendinginan mempengaruhi struktur mikro baja? Kurva-C dalam perlakuan panas mengungkapkan transformasi menarik dari struktur mikro baja karbon selama pendinginan. Artikel ini membahas perbedaan antara metode pendinginan isotermal dan kontinu, menjelaskan bagaimana laju pendinginan yang berbeda-beda mengarah pada pembentukan struktur perlit, bainit, dan martensit. Dengan memahami kurva-C, Anda akan memahami cara mengontrol sifat baja untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang diinginkan. Selami ilmu pengetahuan di balik transformasi baja dan pelajari cara mengoptimalkan proses perlakuan panas Anda.
Perlakuan panas adalah proses penting dalam fabrikasi logam yang mengubah sifat fisik dan terkadang sifat kimiawi suatu bahan. Prosedur pemanasan dan pendinginan yang terkendali ini dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan, kekerasan, keuletan, dan sifat mekanis lainnya tanpa mengubah bentuknya. Prinsip di balik perlakuan panas terletak pada manipulasi struktur mikro material.
Proses ini biasanya melibatkan tiga tahap utama:
Proses perlakuan panas yang berbeda, seperti anil, normalisasi, quenching, dan tempering, menggunakan variasi dari tahapan ini untuk mencapai hasil yang spesifik. Sebagai contoh, quenching melibatkan pendinginan cepat untuk meningkatkan kekerasan, sedangkan annealing menggunakan pendinginan lambat untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi tekanan internal.
Efektivitas perlakuan panas bergantung pada beberapa faktor, termasuk komposisi kimia logam, struktur mikro awal, suhu pemanasan, waktu penahanan, dan laju pendinginan. Proses perlakuan panas modern sering kali menggunakan kontrol suhu yang tepat, atmosfer pelindung, dan sistem pendingin yang dikendalikan komputer untuk memastikan hasil yang konsisten dan optimal.
Ketika baja dipanaskan, baja mengalami beberapa transformasi fase kritis yang secara signifikan mengubah struktur mikro dan sifat-sifatnya. Transformasi ini sangat penting dalam proses perlakuan panas dan sangat mempengaruhi karakteristik akhir baja.
Pada suhu kamar, baja karbon biasanya ada dalam struktur ferit-perlit. Saat suhu meningkat, transformasi berikut terjadi:
Memahami transformasi ini sangat penting untuk mengoptimalkan proses perlakuan panas seperti anil, normalisasi, pendinginan, dan temper. Laju pemanasan, suhu puncak, dan waktu penahanan semuanya memainkan peran penting dalam mengendalikan struktur mikro dan sifat akhir baja.
Perlakuan panas modern sering kali menggunakan kontrol suhu yang tepat dan peralatan khusus seperti pemanas induksi atau tungku atmosfer terkontrol untuk mencapai transformasi yang diinginkan sambil meminimalkan efek yang merugikan seperti dekarburisasi atau pertumbuhan butiran yang berlebihan.
Kurva-C, juga dikenal sebagai diagram Time-Temperature-Transformation (TTT), adalah alat penting dalam metalurgi yang digunakan untuk menganalisis transformasi struktur mikro baja karbon selama pendinginan setelah austenisasi. Kurva ini memberikan wawasan yang berharga tentang kinetika transformasi fasa dan membantu para insinyur mengoptimalkan proses perlakuan panas untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan.
Ada dua metode utama untuk mendinginkan baja dalam proses perlakuan panas:
Dalam produksi industri praktis, pendinginan kontinu adalah metode yang paling umum digunakan karena kesederhanaan dan efisiensinya. Namun, memahami kedua proses transformasi tersebut sangat penting untuk desain dan optimalisasi perlakuan panas baja yang komprehensif.
Kurva-C berfungsi sebagai alat fundamental untuk memprediksi evolusi mikrostruktur dan merancang siklus perlakuan panas untuk mencapai sifat mekanik tertentu pada baja karbon dan baja paduan rendah. Hal ini memungkinkan para ahli metalurgi dan insinyur untuk menyesuaikan proses pendinginan untuk mendapatkan kombinasi kekuatan, kekerasan, dan keuletan yang diinginkan pada komponen baja.
Kurva transformasi isotermal dari pendinginan yang kurang austenit dalam baja eutektoid
The austenit baja eutektoid didinginkan hingga temperatur berkisar antara A1 hingga 550°C, menghasilkan struktur perlit melalui proses transformasi isotermal. Transformasi austenit menjadi perlit ini merupakan hasil dari nukleasi dan pertumbuhan ferit dan sementit yang bergantian, seperti yang digambarkan pada Gambar 3-7.
Pertama, inti kristal sementit terbentuk pada batas butir austenit.
The kandungan karbon sementit lebih tinggi daripada austenit, yang menyebabkan penyerapan atom karbon dari austenit di sekitarnya.
Akibatnya, kandungan karbon austenit di dekatnya berkurang, menciptakan kondisi untuk pembentukan ferit dan mengubah bagian austenit ini menjadi ferit.
Kelarutan karbon yang rendah pada ferit berarti bahwa kelebihan karbon harus ditransfer ke austenit yang berdekatan saat tumbuh, menyebabkan kandungan karbon di daerah austenit yang berdekatan meningkat dan menciptakan kondisi untuk pembentukan sementit baru.
Melalui proses ini, austenit pada akhirnya sepenuhnya berubah menjadi struktur perlit dengan lapisan ferit dan sementit yang bergantian.
Pembentukan perlit memerlukan pergerakan atom karbon, dengan jarak pergerakan yang menentukan lebar lamela perlit. Pada suhu tinggi, pergerakan atom karbon lebih ekstensif, menghasilkan lamela perlit yang lebih lebar.
Sebaliknya, pada suhu rendah, atom karbon mengalami kesulitan untuk bergerak, sehingga lamela perlit menjadi lebih padat. Struktur mikro yang bertransformasi dari 727°C ke 650°C adalah perlit.
Struktur yang diperoleh melalui transformasi antara 650°C dan 600°C dikenal sebagai sorbite, yang juga disebut sebagai perlit halus. Transformasi antara 600°C dan 550°C menghasilkan pembentukan troostite, yang juga dikenal sebagai perlit yang sangat halus.
Ketiga jenis struktur perlit ini hanya dibedakan berdasarkan jarak lamelarnya dan tidak memiliki perbedaan mendasar.
Produk dari transformasi isotermal austenit pada baja eutektoid, dari pendinginan kurang hingga kisaran suhu 550°C hingga 240°C, termasuk ke dalam struktur bainit. Bainit atas terbentuk di bagian atas kisaran suhu ini, sedangkan bainit bawah diperoleh di bagian bawah. Bainit bawah memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih baik, serta plastisitas dan ketangguhan yang lebih baik. Namun, bainit atas tidak memiliki aplikasi praktis.
Sangat sulit bagi atom karbon dalam austenit untuk bergeser di bawah 240°C.
Austenit hanya mengalami transformasi isomorfis, berubah dari struktur kubik berpusat muka (besi-y) menjadi struktur kubik berpusat badan (besi-α).
Semua atom karbon di dalam austenit asli tetap berada di dalam kisi kubik yang berpusat pada tubuh, sehingga menghasilkan α-besi jenuh.
Larutan padat jenuh karbon dalam α-besi disebut sebagai martensit.
Ketika austenit baja eutektoid didinginkan hingga 240°C (MS), baja ini mulai bertransformasi menjadi martensit.
Saat suhu terus menurun, jumlah martensit meningkat sementara austenit yang kurang didinginkan menurun.
Pada saat suhu mencapai -50°C (MF), austenit yang kurang didinginkan telah sepenuhnya berubah menjadi martensit.
Dengan demikian, struktur antara MS dan MF terdiri dari martensit dan austenit yang dipertahankan.
Karena variasi kandungan karbon, martensit memiliki dua bentuk.
Martensit dengan kandungan karbon tinggi memiliki bentuk seperti jarum, yang dikenal sebagai martensit seperti jarum.
Sebaliknya, martensit dengan kandungan karbon rendah berbentuk seperti piring dan disebut sebagai martensit seperti piring.
| Jaringan | Kandungan karbon (%) | Sifat mekanik | |||
| HRC | (Mpa) | ak J / cm2 | Ψ (%) | ||
| Rendah karbon | 0.2 | 40~45 | 1500 | 60 | 20~30 |
| Karbon tinggi | 1.2 | 60~65 | 500 | 5 | 2~4 |
Tabel 4-5 perbandingan sifat baja martensit karbon rendah 15MnVB dan dipadamkan dan ditempa Baja 40Cr
| Kelas baja | 15MnVB40Cr |
| Negara | Kondisi pendinginan dan tempering martensit karbon rendah |
| HRC | 4338 |
| σo.2/MPa | 1133800 |
| σb/MPa | 13531000 |
| δ5(%) | 12.69 |
| φ (%) | 5145 |
| ak/ Jcm-2 | 9560 |
| ak（-50 ℃） / J.cm-2 | 70≤40 |
Gbr. 3-9 Kurva transformasi pendinginan baja eutektoid
a. Pendinginan dengan tungku
Ketika kurva pendinginan berpotongan dengan garis awal transformasi perlit, transformasi austenit menjadi perlit dimulai.
Setelah kurva pendinginan berpotongan dengan garis akhir transisi, maka transformasi sudah selesai.
Sebagai hasil dari transformasi yang terjadi di dalam wilayah perlit, struktur perlit terbentuk.
b. Pendinginan di udara
Akibat laju pendinginan yang cepat, transformasi terjadi di wilayah sorbite, menghasilkan ferit sebagai produk transformasi.
c. pendinginan oli
Kurva pendinginan hanya berpotongan dengan garis awal untuk transformasi perlit (di zona transformasi troostit), tetapi tidak berpotongan dengan garis akhir.
Akibatnya, hanya sebagian austenit yang ditransformasikan, menghasilkan pembentukan troostit sebagai produk transformasi. Bagian austenit yang tersisa berubah menjadi martensit pada saat pendinginan ke garis MS.
Terakhir, campuran struktur martensit dan troostit diperoleh.
Ini mengacu ke produk yang sudah didinginkan dalam minyak.
d. Pendinginan air.
Karena laju pendinginan yang cepat, kurva pendinginan tidak bersinggungan dengan garis awal transformasi perlit.
Ketika didinginkan di bawah garis awal transformasi martensit, austenit akan berubah menjadi martensit.
Kurva pendinginan kontinu terletak di sebelah kanan bawah kurva C isotermal, dengan suhu transformasi P yang lebih rendah dan durasi yang lebih lama.
Baja eutektoid dan hipereutektoid memiliki garis terminasi transformasi-P, tetapi tidak ada transformasi tipe-B selama pendinginan kontinu.
Untuk baja hypoeutectoid, subcooling pada kisaran suhu tertentu selama pendinginan kontinu dapat mengakibatkan transformasi parsial menjadi B.
Menentukan kurva transformasi pendinginan kontinu merupakan hal yang menantang, sehingga banyak baja yang masih kekurangan informasi ini.
Dalam perlakuan panas praktis, proses transformasi pendinginan kontinu sering kali diperkirakan dengan mengacu pada kurva C.
Perbandingan kurva TTT dan kurva CCT baja karbon eutektoid
Kurva TT baja hipoeutektoid dan hipereutektoid
(1) Konsep kemampuan pengerasan
Kekerasan baja mengacu pada kedalaman baja yang dapat dikeraskan selama pendinginan, yang merupakan karakteristik baja.
Selama pendinginan, laju pendinginan bervariasi pada bagian benda kerja yang berbeda-beda.
Permukaan mendingin pada tingkat tercepat, melampaui laju pendinginan kritis untuk pembentukan martensit. Akibatnya, a struktur martensit terbentuk setelah pendinginan.
Ketika laju pendinginan menurun ke arah tengah, jika laju pendinginan pada kedalaman tertentu dari permukaan turun di bawah laju pendinginan kritis yang diperlukan untuk pembentukan martensit pada baja, maka benda kerja tidak akan mengeras sepenuhnya karena akan ada struktur non-martensit yang ada setelah pendinginan.
(2) Pengaruh kemampuan pengerasan pada sifat mekanis
Sifat mekanis baja dengan kemampuan pengerasan yang baik seragam di seluruh bagian, sedangkan sifat mekanis baja dengan kemampuan pengerasan yang buruk bervariasi di sepanjang bagian. Sifat mekanik, khususnya ketangguhan, menurun saat Anda bergerak lebih dekat ke bagian tengah.
Gbr. 5-53 perbandingan sifat mekanik baja dengan kemampuan pengerasan yang berbeda setelah perlakuan quenching dan tempering
a) Poros yang dikeraskan
b) Poros yang tidak dikeraskan
(3) Penentuan dan ekspresi kemampuan pengerasan
Ada beberapa metode untuk menentukan kemampuan pengerasan. Metode yang paling banyak digunakan, seperti yang ditentukan dalam GB225, adalah uji pendinginan akhir untuk baja struktural. Pengujian ini mengukur ketebalan lapisan yang dapat dikeraskan.
Ukuran pengerasan lain yang umum digunakan adalah diameter kritis. Nilai ini mewakili diameter maksimum struktur semi-martensitik (50%) yang dapat dicapai pada bagian tengah baja setelah pendinginan dalam media pendingin. Ini dilambangkan sebagai Do.
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR