Pembentukan austenit adalah "tautan sumber" dalam perlakuan panas baja—secara inheren merupakan fase yang tidak stabil pada suhu kamar (biasanya berubah menjadi martensit, perlit, atau mikrostruktur lainnya melalui perubahan fase selama pendinginan). Namun, kualitas pembentukannya (ukuran butir, keseragaman, kandungan karbon/unsur paduan, dan stabilitas) secara langsung menentukan mikrostruktur produk transformasi fase selanjutnya, yang pada gilirannya secara fundamental memengaruhi sifat mekanik (kekuatan, kekerasan, ketangguhan, keuletan), kemampuan proses (kemampuan mesin, respons perlakuan panas), dan kinerja layanan (ketahanan aus, umur kelelahan, stabilitas dimensi). Dampak spesifiknya diuraikan di seluruh dimensi utama di bawah ini:
Ukuran butir austenit sangat penting untuk kehalusan mikrostruktur transformasi fase selanjutnya (misalnya, martensit, sorbit). Kehalusan mikrostruktur secara langsung mengikuti hubungan Hall-Petch (butir halus → kekuatan/kekerasan lebih tinggi sekaligus meningkatkan ketangguhan; butir kasar → mengurangi kekuatan/kekerasan dan penurunan ketangguhan yang signifikan). Dampak spesifiknya adalah sebagai berikut:
-
Austenit berbutir halus: Terbentuk melalui kepadatan nukleasi yang tinggi (misalnya, melalui anil sferoidisasi atau pemanasan suhu rendah), ia berubah menjadi martensit akular halus (atau perlit halus pada baja karbon rendah) setelah pendinginan. Sejumlah besar batas butir dalam martensit halus secara efektif menghambat pergerakan dislokasi (batas butir bertindak sebagai "penghalang" bagi dislokasi), sehingga secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik, kekuatan luluh, dan kekerasan.
Contoh: Untuk baja 45# (baja karbon sedang) yang dikenakan "pemanasan pada 850°C (50°C di atas Ac₃) + pendinginan air," butir austenitnya halus (kira-kira Grade 10), dan martensit yang dipadamkan juga halus, menghasilkan kekerasan HRC 55–58. Jika dipanaskan hingga 1000°C (terlalu panas), butir austenit mengeras (kira-kira Grade 3–4), martensit yang dipadamkan menjadi kasar, dan kekerasan turun menjadi HRC 50–53.
-
Austenit berbutir kasar: Suhu pemanasan yang terlalu tinggi atau waktu penahanan yang lama menyebabkan pengerasan butir, yang mengarah ke martensit lamellar kasar setelah pendinginan. Dislokasi cenderung menumpuk dalam martensit kasar, dan efek penghalang batas butir melemah—mengakibatkan penurunan kekuatan dan kekerasan. Selain itu, "mikrostruktur terlalu panas" (misalnya, struktur Widmanstätten) cenderung terbentuk, yang selanjutnya memperburuk kinerja.
-
Austenit berbutir halus: Produk transformasi fase selanjutnya (martensit halus, sorbit halus) memiliki batas butir yang menyebarkan konsentrasi tegangan. Perambatan retak memerlukan melewati lebih banyak batas butir (jalur yang lebih panjang), sehingga secara signifikan meningkatkan ketangguhan impak (αk), ketangguhan fraktur (KIC), dan keuletan (perpanjangan, pengurangan luas).
Contoh: Untuk baja yang dipadamkan dan ditempa (misalnya, 40Cr) yang digunakan dalam mesin konstruksi, jika butir austenit dimurnikan hingga Grade 8 atau lebih halus, ketangguhan impak setelah pendinginan dan penempaan suhu tinggi (500–600°C) dapat melebihi 80 J/cm². Jika butir mengeras hingga Grade 5 atau lebih kasar, ketangguhan impak dapat turun di bawah 40 J/cm², meningkatkan risiko fraktur getas suhu rendah.
-
Austenit berbutir kasar: Retakan antarbutir mudah terbentuk dalam martensit kasar, dan ketahanan terhadap perambatan retak rendah—mengakibatkan penurunan ketangguhan yang tajam. Khususnya di lingkungan bersuhu rendah (misalnya, di bawah -20°C), "fraktur non-duktil" (fraktur getas) dapat terjadi, yang merupakan penyebab utama kegagalan komponen mekanis.
Keseragaman austenit mengacu pada konsistensi komposisi kimianya (terutama konsentrasi karbon) dan distribusi mikrostruktur, ditentukan oleh suhu pemanasan, waktu penahanan, dan mikrostruktur awal. Ini secara langsung memengaruhi "sinkronisasi" transformasi fase selanjutnya, sehingga memengaruhi stabilitas kinerja:
-
Austenit seragam: Karbon dan unsur paduan berdifusi sepenuhnya dalam austenit, tanpa perbedaan konsentrasi lokal. Selama pendinginan selanjutnya, semua wilayah secara serentak membentuk martensit (atau mikrostruktur transformasi fase lainnya), menghasilkan distribusi kekerasan yang seragam (misalnya, perbedaan kekerasan ≤ 2 HRC di berbagai bagian dari komponen yang sama) dan fluktuasi kekuatan yang minimal. Ini memastikan distribusi tegangan yang seragam dalam komponen dan menghindari konsentrasi tegangan lokal.
Contoh: Baja bantalan (GCr15) harus dipanaskan hingga 850–870°C dengan waktu penahanan yang cukup untuk memastikan difusi karbon yang seragam dalam austenit. Setelah pendinginan, kekerasan permukaannya seragam (HRC 60–62), yang menjamin keausan yang seragam selama pengoperasian bantalan dan memperpanjang umur pakai.
-
Austenit tidak seragam: Pemanasan yang tidak mencukupi (suhu rendah, waktu singkat) atau mikrostruktur awal yang kasar menyebabkan difusi karbon yang tidak lengkap dalam austenit, menghasilkan "wilayah yang diperkaya karbon" (misalnya, di dekat sementit asli) dan "wilayah yang kekurangan karbon" (misalnya, wilayah ferit asli). Selama pendinginan selanjutnya:
- Wilayah yang diperkaya karbon: Membentuk martensit berkadar karbon tinggi, yang memiliki kekerasan yang sangat tinggi tetapi ketangguhan yang buruk;
- Wilayah yang kekurangan karbon: Membentuk martensit atau ferit berkadar karbon rendah, yang memiliki kekerasan rendah dan kekuatan yang buruk.
Pada akhirnya, hal ini menyebabkan ketidakrataan yang parah pada kekerasan dan kekuatan baja. Komponen rentan terhadap keausan dini di wilayah dengan kekerasan rendah atau pembentukan retak di wilayah getas dengan kekerasan tinggi.
Austenit yang tidak seragam menyebabkan perubahan volume yang tidak konsisten di seluruh wilayah selama transformasi fase selanjutnya (misalnya, martensit berkadar karbon tinggi memiliki volume spesifik yang lebih besar daripada martensit berkadar karbon rendah), menghasilkan "tegangan struktural." Sementara itu, distribusi suhu yang tidak merata (jika pemanasan tidak seragam) menginduksi "tegangan termal." Superposisi dari kedua tegangan ini mengarah ke:
- Deformasi komponen (misalnya, pembengkokan, pelengkungan) dan pengurangan akurasi dimensi;
- Kasus parah: "Retakan pendinginan" (misalnya, retakan memanjang mudah terbentuk pada baja perkakas dengan pemanasan yang tidak merata), yang secara langsung mengakibatkan pembuangan komponen.
Kandungan karbon dan unsur paduan (misalnya, Cr, Ni, Mo, Mn) dalam austenit secara langsung menentukan "komposisi dan struktur" produk transformasi fase selanjutnya, sehingga secara tepat mengatur sifat inti baja (kekerasan, ketangguhan, ketahanan aus, dll.):
-
Austenit berkadar karbon tinggi (misalnya, baja berkadar karbon tinggi dengan C > 0,6%): Berubah menjadi martensit berkadar karbon tinggi setelah pendinginan (kejenuhan karbon tinggi, distorsi kisi yang parah). Ia memiliki kekerasan yang sangat tinggi (HRC 60–65) dan ketahanan aus yang baik tetapi ketangguhan yang buruk (ketangguhan impak < 20 J/cm²). Cocok untuk skenario yang membutuhkan kekerasan tinggi dan dampak rendah (misalnya, alat potong, cetakan, bantalan).
Contoh: Baja T10 (C = 1,0%) diaustenisasi (780–800°C) dan dipadamkan, mencapai kekerasan HRC 62–64, sehingga cocok untuk memproduksi bilah gergaji tangan.
-
Austenit berkadar karbon sedang (misalnya, baja berkadar karbon sedang dengan C = 0,25%–0,6%): Berubah menjadi martensit berkadar karbon sedang setelah pendinginan. Setelah penempaan (misalnya, penempaan suhu tinggi pada 500–600°C), ia berubah menjadi "sorbit," yang menyeimbangkan kekuatan tinggi (σb = 800–1200 MPa) dan ketangguhan yang baik (αk = 40–80 J/cm²). Ini adalah keadaan khas baja struktural (misalnya, poros, roda gigi).
Contoh: Baja 45# mengalami pendinginan dan penempaan (austenisasi pada 840°C + pendinginan + penempaan pada 550°C), mencapai kekuatan sekitar 900 MPa dan ketangguhan impak sekitar 60 J/cm², sehingga cocok untuk memproduksi spindel alat mesin.
-
Austenit berkadar karbon rendah (misalnya, baja berkadar karbon rendah dengan C 100 J/cm²) dan keuletan yang baik (perpanjangan > 15%). Cocok untuk skenario yang membutuhkan ketangguhan tinggi dan ketahanan benturan (misalnya, lengan mesin konstruksi, rangka mobil).
Contoh: Baja Q355 (C ≈ 0,18%) dipadamkan setelah austenisasi suhu rendah (880–920°C) untuk mendapatkan martensit berkadar karbon rendah, sehingga cocok untuk memproduksi komponen struktural yang terkena beban impak.
Unsur paduan mengoptimalkan sifat secara tidak langsung dengan mengubah stabilitas austenit, memurnikan butir, atau membentuk karbida dengan karbon:
- Unsur pemurnian butir (Ti, Nb, V): Membentuk karbida halus (misalnya, TiC, NbC) yang mencegah pertumbuhan butir austenit, menghasilkan austenit berbutir halus. Setelah pendinginan, ini meningkatkan kekuatan dan ketangguhan baja (misalnya, baja berkekuatan tinggi mikro-paduan Q690, yang menambahkan Nb untuk memurnikan butir, mencapai kekuatan lebih dari 690 MPa sambil mempertahankan ketangguhan yang sangat baik).
- Unsur peningkat ketangguhan (Ni): Ni menurunkan suhu transformasi martensit (titik Ms), mengurangi kerapuhan martensit, dan memurnikan mikrostruktur martensit—memungkinkan baja berkadar karbon tinggi untuk mempertahankan kekerasan tinggi sambil meningkatkan ketangguhan (misalnya, baja cetakan Cr12MoV dengan penambahan Ni, yang ketangguhan impaknya meningkat lebih dari 30%).
- Unsur peningkat ketahanan aus (Cr, Mo): Cr dan Mo membentuk karbida tahan aus (misalnya, Cr₇C₃, Mo₂C). Karbida ini sebagian larut selama austenisasi dan mengendap setelah pendinginan dan penempaan, secara signifikan meningkatkan ketahanan aus baja (misalnya, baja tahan aus NM450, yang menambahkan Cr dan Mo, mengurangi kehilangan aus sebesar 50% dibandingkan dengan baja biasa).
Stabilitas austenit mengacu pada "kemampuannya untuk menahan transformasi fase selama pendinginan" (yaitu, stabilitas austenit yang didinginkan berlebih, ditentukan oleh posisi kurva C). Hal ini terutama dipengaruhi oleh unsur paduan (misalnya, Cr, Mo, Si) dan proses austenisasi. Dampak spesifiknya adalah sebagai berikut:
-
Austenit yang sangat stabil: Cenderung membentuk austenit tertahan (austenit yang tidak berubah menjadi martensit) selama pendinginan. Austenit tertahan perlahan berubah menjadi martensit pada suhu kamar (disertai dengan ekspansi volume), menyebabkan "deformasi penuaan" komponen dan mengurangi akurasi dimensi (misalnya, cetakan atau pengukur presisi dengan austenit tertahan yang berlebihan dapat mengalami peningkatan dimensi sebesar 0,1%–0,3% setelah beberapa bulan penggunaan).
Solusi: Mempromosikan transformasi austenit tertahan menjadi martensit melalui "perlakuan kriogenik" (-80°C hingga -196°C), atau menstabilkan austenit tertahan melalui "penempaan suhu rendah" (150–200°C) untuk meminimalkan deformasi selanjutnya.
-
Austenit stabilitas rendah: Mudah berubah sepenuhnya menjadi martensit selama pendinginan, dengan kandungan austenit tertahan yang rendah (< 5%). Komponen memiliki stabilitas dimensi yang baik, sehingga cocok untuk bagian presisi (misalnya, bantalan, roda gigi).
-
Austenit yang sangat stabil (misalnya, baja paduan): Kurva C bergeser ke kanan, mengurangi laju pendinginan kritis. Pendinginan oli (bukan pendinginan air) dapat digunakan untuk mencapai pengerasan pendinginan, mengurangi deformasi dan retak yang disebabkan oleh tegangan pendinginan (misalnya, baja 40Cr dapat mencapai HRC 50–55 melalui pendinginan oli, sedangkan baja 45# memerlukan pendinginan air).
-
Austenit stabilitas rendah (misalnya, baja berkadar karbon rendah, besi murni): Kurva C bergeser ke kiri, menghasilkan laju pendinginan kritis yang tinggi. Pendinginan yang sangat cepat (misalnya, pendinginan air, pendinginan semprot) diperlukan untuk mendapatkan martensit; jika tidak, perlit (kekerasan rendah) mudah terbentuk. Dengan demikian, kemampuan adaptasi prosesnya buruk (misalnya, baja berkadar karbon rendah biasanya tidak dipadamkan sendiri dan memerlukan perlakuan panas kimia seperti pengerasan permukaan).
Austenit itu sendiri tidak secara langsung menentukan sifat baja pada suhu kamar, tetapi ia "meletakkan dasar" untuk transformasi fase selanjutnya (pendinginan, penempaan, normalisasi, dll.) melalui empat karakteristik intinya: ukuran butir, keseragaman, komposisi (karbon dan unsur paduan), dan stabilitas. Sifat semua mikrostruktur selanjutnya (misalnya, kekerasan martensit, kekuatan-ketangguhan sorbit) ditentukan oleh keadaan austenit. Oleh karena itu, dalam perlakuan panas praktis:
- Untuk keseimbangan kekuatan-ketangguhan (misalnya, komponen struktural), austenit berkadar karbon sedang berbutir halus dan seragam harus dikendalikan;
- Untuk kekerasan tinggi dan ketahanan aus (misalnya, alat, cetakan), austenit berkadar karbon tinggi dan berbutir halus harus dikendalikan;
- Untuk akurasi dimensi tinggi (misalnya, bagian presisi), austenit dengan kandungan austenit tertahan rendah harus dikendalikan.
Pengaturan yang tepat dari pembentukan austenit adalah kunci teknis inti untuk mencapai "kustomisasi kinerja sesuai permintaan" untuk baja.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!