Transformasi Baja Selama Pendinginan

Transformasi Baja Selama Pendinginan       

Pendinginan adalah langkah yang sangat penting dalam proses perlakuan panas.        

Setelah bagian baja dipanaskan dan ditahan pada suhu tertentu untuk mendapatkan austenit dengan butiran halus dan seragam, pendinginan kemudian dilakukan.

• Austenit Superdingin: Austenit yang tetap tidak berubah (dalam hal struktur) di bawah titik kritis A₁.
• Pada titik ini, austenit superdingin tidak langsung berubah; sebaliknya, ia berada dalam keadaan termodinamika yang tidak stabil (sebagai struktur yang tidak stabil) dan akhirnya akan mengalami transformasi.
• Tergantung pada tingkat superpendinginan (yaitu, suhu transformasi yang berbeda), austenit superdingin mengalami tiga jenis transformasi:
• Transformasi Pearlite
• Transformasi Bainit
• Transformasi Martensit

• Kondisi Transformasi: Austenit superdingin berubah menjadi struktur tipe pearlite dalam rentang suhu A₁ → 550°C.
• Produk Transformasi: Struktur campuran mekanis yang terdiri dari lamela ferit dan sementit yang berselang-seling.
• Pearlite adalah salah satu dari lima struktur paling mendasar dalam paduan besi-karbon. Itu dilambangkan dengan huruf "P" (dari "Pearlite"). Nama itu berasal dari kilau seperti mutiaranya.     
•   

Sorbit (S)

Suhu pembentukan: 650 ~ 600°C; ia memiliki lamela yang relatif tipis, dengan ketebalan sekitar 80 ~ 150 nm. Lamela sulit dibedakan di bawah mikroskop optik dan hanya dapat diidentifikasi sebagai struktur lamellar ferit dan sementit di bawah mikroskop optik perbesaran tinggi (pada perbesaran 800 ~ 1500×).

Troostit (T)

Suhu pembentukan: 600 ~ 550°C; ia memiliki lamela yang sangat tipis, dengan ketebalan sekitar 30 ~ 80 nm. Karakteristik lamellar tidak dapat dibedakan sama sekali di bawah mikroskop optik dan hanya dapat diidentifikasi di bawah mikroskop elektron.

Suhu austenisasi dan ukuran butir austenit sebelum transformasi hanya memengaruhi ukuran koloni pearlite, tetapi tidak berdampak pada jarak lamellar.

Dari pearlite (P) ke sorbit (S) dan kemudian ke troostit (T), semakin rendah suhunya, semakin kecil jarak lamellar, dan semakin tinggi kekuatan dan kekerasannya. Mereka hanya berbeda dalam kehalusan dan sifat lamellar, tanpa perbedaan esensial.

Mirip dengan proses austenisasi selama pemanasan, proses transformasi pearlite selama pendinginan juga merupakan proses nukleasi dan pertumbuhan dalam keadaan padat.

Demikian pula, karena susunan atom yang tidak teratur pada batas butir, bersama dengan lebih banyak cacat seperti kekosongan dan dislokasi, penataan ulang atom mudah terjadi, sehingga sementit pertama kali bernukleasi pada batas butir austenit.

Setelah sementit bernukleasi, ia mulai tumbuh. Selama proses pertumbuhan, kandungan karbon austenit di kedua sisi sementit menurun, yang mendorong nukleasi ferit. Keduanya bernukleasi dan tumbuh secara bergantian, membentuk banyak struktur lamellar yang terdiri dari ferit dan Fe₃C.

Pada saat yang sama, nukleasi dan pertumbuhan juga dimulai secara bersamaan di bagian lain dari batas butir, membentuk banyak koloni pearlite dengan orientasi yang berbeda.

Koloni pearlite ini tumbuh dan bergabung menjadi massa yang berkelanjutan, dan akhirnya, seluruh struktur diubah menjadi pearlite; dengan demikian, transformasi austenit superdingin menjadi pearlite selesai.

Karena atom besi dan karbon berdifusi secara memadai karena suhu tinggi selama transformasi austenit menjadi pearlite, proses ini disebut transformasi tipe difusi.

• Kondisi Transformasi: Austenit superdingin berubah dalam rentang suhu 550°C ~ Ms. Untuk baja eutektoid, suhu Ms adalah 230°C.
• Produk Transformasi: Campuran mekanis dua fase dari Fe₃C (sementit) dan ferit yang kelebihan karbon, dilambangkan dengan huruf "B".
• Pada tahun 1930, E.S. Davenport dan E.C. Bain pertama kali mengamati struktur metalografi dari produk transformasi dalam baja setelah transformasi isotermal suhu sedang. Kemudian, untuk menghormati kontribusi Bain, struktur ini dinamai "Bainit".
• Berdasarkan perbedaan morfologi mikrostrukturnya, bainit dapat diklasifikasikan menjadi:
• Bainit Atas (B_u)
• Bainit Bawah (B_l)

• Morfologi: Mirip bulu.

   

  Sementit berbentuk batang yang tidak kontinu (Fe₃C) didistribusikan di antara bilah ferit paralel yang tumbuh dari batas butir austenit ke dalam interior butir.

  

• Bainit Bawah (B₍lower₎ / Bₗ)

   

  Morfologi: Mirip daun bambu. Karbida bersisik halus (Fe₃C) didistribusikan pada jarum ferit.

  Karakteristik Kinerja Bainit Bawah:

  Karbida dalam bainit bawah halus dan terdistribusi merata. Selain kekuatan dan kekerasan yang tinggi, ia juga memiliki plastisitas dan ketangguhan yang baik, menjadikannya struktur yang umum digunakan dalam produksi industri. Mendapatkan struktur bainit bawah adalah salah satu metode untuk memperkuat bahan baja.

  Di bawah kondisi kekerasan yang sama, ketahanan aus dari struktur bainit bawah secara signifikan lebih baik daripada martensit, yang dapat mencapai 1 hingga 3 kali lipat dari martensit. Oleh karena itu, mendapatkan bainit bawah sebagai struktur matriks dalam bahan besi dan baja adalah tujuan yang dikejar oleh para peneliti dan insinyur.

  

   

   

  1) Proses Pembentukan Bainit Atas

   

  Ketika suhu transformasi relatif tinggi (550 ~ 350°C), inti ferit pertama kali terbentuk di daerah austenit berkadar karbon rendah. Inti-inti ini kemudian tumbuh secara paralel dari batas butir austenit ke dalam interior butir. Sementara itu, saat ferit tumbuh, kelebihan atom karbon berdifusi ke austenit di sekitarnya. Akhirnya, Fe₃C (sementit) berbentuk batang pendek atau bersisik kecil mengendap di antara bilah ferit, didistribusikan secara tidak kontinu di antara bilah ferit paralel dan padat, sehingga membentuk bainit atas seperti bulu.