Kasus Metode Pengerasan( Hardening )

Case Hardening Methods

Kedalaman Pengerasan:

Tidak ada batasan teknis untuk kedalaman pengerasan dengan teknik karburasi, tetapi tidak umum untuk carburize sampai kedalaman lebih dari 0.050 in

Carburizing Waktu:

4 sampai 10 jam

Carburizing Suhu:

1750 oF (di atas kritis daerah temperatur Austenite atas)

quenching:

Semua proses karburasi (pak, gas, cair) memerlukan pendinginan dari suhu karburasi atau suhu yang lebih rendah atau pemanasan dan pendinginan. Bagian tersebut kemudian marah dengan kekerasan yang diinginkan.

Figure 1. Case depth vs. Carburizing time.

Pack karburasi:

Dalam proses ini, bagian yang akan carburized dikemas dalam wadah baja sehingga benar-benar dikelilingi oleh butiran arang. Arang diperlakukan dengan bahan kimia pengaktif seperti Barium Carbonate (BaBO3) yang mempromosikan pembentukan Karbon Dioksida (CO2). Gas ini pada gilirannya bereaksi dengan karbon yang berlebih dalam arang untuk menghasilkan karbon monoksida, CO.Carbon Monoksida bereaksi dengan permukaan baja karbon rendah untuk membentuk karbon atom yang berdifusi ke baja. Karbon Monoksida memasok gradien karbon yang diperlukan untuk difusi. Proses karburasi tidak mengeras baja. Ini hanya meningkatkan kandungan karbon pada beberapa kedalaman yang telah ditentukan di bawah permukaan ke tingkat yang cukup untuk memungkinkan pendinginan berikutnya pengerasan.

Carbon Monoxide reaction:
CO₂ + C ---> 2 CO
Reaksi Cementite untuk Karbon Monoksida:
2 CO + 3 Fe --->Fe₃C + CO₂

Figure 2. Pack carburizing process

Proses Quenching:Sulit untuk segera memadamkan bagian, seperti paket disegel harus dibuka dan bagian harus dihapus dari pak. Salah satu teknik yang sering digunakan adalah untuk memperlambat mendinginkan seluruh paket dan kemudian mengeras dan marah bagian setelah dihapus dari paket disegel.Kedalaman Pengerasan:Tidak ada batasan teknis untuk kedalaman pengerasan dengan teknik karburasi, tetapi tidak umum untuk carburize sampai kedalaman lebih dari 0.050 inCarburizing Waktu:4 sampai 10 jamGas karburasi:Bisa dilakukan dengan gas karbon, seperti metana, etana, propana, atau gas alam. Kebanyakan gas karburasi yang mudah terbakar dan kontrol diperlukan untuk menjaga karburasi gas di 1700 oF dari menghubungi udara (oksigen). Keuntungan dari proses ini lebih karburasi pack adalah peningkatan kemampuan untuk memuaskan dari suhu karburasi. Conveyor tungku perapian membuat pendinginan dalam suasana yang terkendali mungkin.Liquid karburasi:Dapat dilakukan dalam internal maupun eksternal dipanaskan cair pot garam. Carburizing garam mengandung senyawa sianida seperti natrium sianida (NaCN). Siklus kali untuk sianida cair jauh lebih pendek (1 sampai 4 jam) dari gas dan paket proses karburasi. Kerugian adalah pembuangan garam. (Masalah lingkungan) dan biaya (pembuangan yang aman sangat mahal).

Nitriding:Dalam proses ini, nitrogen menyebar ke permukaan baja dirawat. Reaksi nitrogen dengan baja menyebabkan terbentuknya zat besi yang sangat keras dan senyawa nitrogen paduan. Sehingga kasus nitrida lebih sulit daripada baja perkakas atau baja carburized. Keuntungan Th dari proses ini adalah kekerasan yang dicapai tanpa memuaskan minyak, air atau udara. Sebagai keuntungan tambahan, pengerasan dicapai dalam suasana nitrogen yang mencegah scaling dan perubahan warna. Nitriding suhu di bawah temperatur kritis rendah baja dan sudah diatur antara 925 oF dan 1050oF. Sumber nitrogen biasanya Amonia (NH3). Pada suhu nitridasi amonia terdisosiasi menjadi Nitrogen dan Hidrogen.2NH3 ---> 2N + 3H2Nitrogen berdifusi ke dalam baja dan hidrogen habis. Pengaturan suatu nitriding khas diilustrasikan dalam Gambar 3.

Figure 3. Nitriding process

Figure 4.

Lapisan putih ditunjukkan pada Gambar 4 memiliki efek merugikan pada umur kelelahan bagian nitrided, dan biasanya dihapus dari bagian mengalami layanan parah. Dua tahap proses gas nitridasi dapat digunakan untuk mencegah pembentukan lapisan putih. Ketebalan lapisan putih dapat bervariasi antara 0,0003 dan 0.002 inci yang tergantung pada waktu nitridasi. Baja-baja yang paling umum adalah kromium dinitridasi-molibdenum paduan baja dan Nitralloys. Hardnesses Permukaan 55 HRC sampai 70 HRC dapat dicapai dengan kasus kedalaman bervariasi dari 0,005 ke 0,020 masuk baja Nitrided sangat sulit dan operasi gerinda tidak boleh dilakukan setelah nitriding. Lapisan putih dihilangkan dengan memukul-mukul.

Figure 5. Nitriding time for various types of alloy steels

Carbonitriding:

Proses ini melibatkan dengan difusi dari kedua karbon dan nitrogen ke dalam proses surface.The baja dilakukan dalam atmosfer tungku gas menggunakan gas karburasi seperti propana atau metana dicampur dengan beberapa persen (berdasarkan volume) amonia. Metana atau paropane berfungsi sebagai sumber karbon, amonia berfungsi sebagai sumber nitrogen. Pendinginan dilakukan dalam gas yang tidak separah pendinginan air. Sebagai hasil dari les memuaskan parah, ada sedikit distorsi pada material yang akan diobati. Sebuah sistem carbonitriding tipikal ditunjukkan pada slide berikut. Hardnesses Kasus HRC 60 sampai 65 yang dicapai pada permukaan. (Tidak setinggi permukaan nitrided.) Kedalaman Kasus 0,003-0,030 di dapat dicapai dengan carbonitriding. Salah satu keuntungan dari proses ini adalah bahwa hal itu dapat diterapkan untuk baja karbon biasa yang memberikan kedalaman kasus yang signifikan. Carbonitriding memberikan distorsi kurang dari karburasi. Carbonitriding dilakukan pada suhu di atas suhu transformasi baja (1400 oF-1600 oF)

Figure 6

sianida:

Hal ini mirip dengan carbonitriding, dan melibatkan difusi dari kedua karbon dan nitrogen ke permukaan baja. Sumber elemen menyebar dalam metode ini adalah garam sianida cair seperti natrium sianida. Ini adalah pengobatan superkritis melibatkan suhu di kisaran 1400oF untuk 1600oF. Kedalaman kasus adalah antara 0.010 dan 0.030 masuk masuk kali Difusi kurang dari satu jam. Air atau memuaskan minyak diperlukan. Jenis kasus menyajikan distorsi signifikan. Keuntungan dari metode ini adalah waktu singkat yang diperlukan untuk menyelesaikan difusi, jika tidak maka harus dihindari karena distorsi tinggi.

Induksi Pengerasan:

Dalam proses ini aliran arus listrik diinduksi pada benda kerja untuk menghasilkan tindakan haeting. Setiap konduktor listrik yang membawa arus memiliki medan magnet di sekitar konduktor. Karena kawat inti adalah sirkuit buntu, arus induksi tidak dapat mengalir dimana saja, sehingga efek bersih adalah pemanasan kawat. The arus induksi dalam konduktor inti alternatif pada frekuensi dari 60 siklus per detik (60 Hz) untuk jutaan Herz. Resistensi terhadap aliran arus menyebabkan haeting yang sangat cepat dari bahan inti. Pemanasan terjadi dari luar ke dalam. Indusction proses pengerasan termasuk memuaskan air setelah proses haeting. Keuntungan yang besar dari sistem ini adalah kecepatan dan kemampuan untuk membatasi haeting pada bagian-bagian kecil. Kerugian utama adalah biaya.

Figure 7. Induction hardening 

Api Pengerasan:Api pengerasan adalah proses selektif pengerasan dengan api gas yang mudah terbakar sebagai sumber panas untuk austenitizing. (Materi yang harus memiliki setidaknya 0,40% konten Karbon untuk memungkinkan pengerasan.) Pendinginan air diterapkan segera setelah suhu transformasi tercapai. Media pemanas dapat asetilena oksigen, propana, atau kombinasi lain dari bahan bakar gas yang akan memungkinkan tingkat pemanasan yang wajar. Prosedur ini diterapkan pada gigi gigi, pisau geser, Cams, cara pada mesin bubut, dll Api suhu pengerasan adalah sekitar 1500oF. Hingga 65 HRC kekerasan dapat dicapai. Untuk hasil terbaik kedalaman kekerasan adalah 3/16 inch.
There tiga metode:
(1) SPOT Api Pengerasan: Flame diarahkan ke tempat yang perlu dipanaskan dan mengeras. 
(2) SPIN Api Pengerasan: benda tersebut diputar saat berada di contavct dengan api
(3) PROGRESSIVE Api Pengerasan: Obor dan bergerak media pendinginan di permukaan benda kerja.Laser dan Berkas Elektron Pengerasan:Metode ini dapat digunakan untuk melakukan pengerasan selektif hardenable baja.  

Mereka melakukan fungsi yang sama seperti api di api pengerasan atau kumparan induksi dalam pengerasan induksi. Hal ini hanya appliacble untuk stels yang memiliki karbon yang cukup dan konten paduan untuk memungkinkan pendinginan pengerasan. Laser atau elektron bam digunakan untuk menaikkan suhu permukaan bagian. Berkas Elektron Pengerasan membutuhkan vakum. Sinar laser tidak memerlukan vakum dan pendinginan dapat dilakukan dengan menggunakan gas. Ukuran spot berkas elektron sekitar 0,010-0,015 in2. Laser bisa lebih besar tetapi biasanya tidak lebih besar dari sekitar 0.150 in2.  

Kedua metode menyajikan dua kelemahan:
(1) biaya Peralatan
(2) paduan tinggi mungkin tidak merespon.  
Metode ini terbatas pada baja karbon polos dan baja paduan rendah dan setrika. 
Cara Pilih Hak Permukaan Metode Pengerasan:
(1) karburasi adalah metode terbaik untuk baja karbon rendah.
(2) Nitridasi adalah proses distorsi yang lebih rendah daripada karburasi tetapi dapat digunakan untuk jenis tertentu seperti baja kromium-molibdenum baja paduan atau Nitralloy-jenis baja. 
(3) Api pengerasan lebih disukai untuk kasus-kasus berat atau selektif pengerasan komponen mesin besar.
(4) Induksi pengerasan bekerja terbaik di bagian cukup kecil dan cocok dalam bentuk agar kompatibel dengan kumparan induksi.
(5) Electron beam dan laser pengerasan terbatas pada baja paduan rendah dan baja karbon biasa saja.

Sumber : http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/casehardening.html