Banyak komponen seperti gearbox, cam, dan poros yang mengalami keausan permukaan dan abrasi parah selama pengoperasian. Pada saat yang sama, komponen-komponen tersebut harus memiliki kekuatan internal dan keuletan yang cukup untuk menahan beban benturan dan mencegah keretakan. Pengerasan casing memberikan kombinasi properti yang ideal untuk memenuhi persyaratan yang saling bertentangan ini.
Apa itu Case Hardening?
Pengerasan casing, juga dikenal sebagai pengerasan permukaan, adalah teknik pemrosesan material yang banyak digunakan yang dirancang untuk meningkatkan daya tahan dan kinerja komponen mekanis. Proses ini secara strategis memodifikasi lapisan luar benda kerja logam untuk membentuk lapisan permukaan yang keras dan tahan aus, yang sering disebut "cangkang", sambil mempertahankan bagian dalam yang lebih lunak dan lebih kuat, yang disebut "inti".
Proses pengerasan casing biasanya dicapai melalui salah satu dari dua metode berikut:
- Mengubah struktur kristal logam melalui perlakuan panas
- Memperkenalkan elemen tertentu (seperti karbon atau nitrogen) ke dalam komposisi permukaan
Kedua metode menghasilkan komponen dengan cangkang luar yang keras dan tahan terhadap keausan, dan inti yang lebih lunak dan lebih lentur yang memberikan ketangguhan dan kekuatan.
Metode Pengerasan Kasus
Karburisasi
Karburisasi adalah proses pengerasan permukaan yang banyak digunakan yang meningkatkan kekerasan permukaan baja karbon rendah dengan memasukkan karbon ke dalam lapisan luarnya. Komponen baja dipanaskan dalam lingkungan yang kaya karbon, biasanya pada suhu tinggi antara 800°C dan 1050°C. Atom karbon dari media sekitar berdifusi ke permukaan baja, membentuk lapisan karbon tinggi.
Setelah proses karburisasi, komponen didinginkan dan ditempa untuk menghasilkan lapisan permukaan yang keras dan tahan aus dengan ketangguhan dan ketahanan lelah yang baik. Kedalaman dan kekerasan casing dapat dikontrol dengan menyesuaikan waktu karburisasi, suhu, dan potensi karbon dari atmosfer tungku.
Nitridasi
Nitriding meningkatkan sifat permukaan baja dengan memasukkan nitrogen ke dalam lapisan permukaan. Bagian baja dipanaskan pada suhu yang relatif rendah (biasanya antara 480°C dan 620°C) dalam lingkungan yang kaya nitrogen, seperti gas amonia atau rendaman garam yang mengandung nitrogen.
Atom nitrogen berdifusi ke permukaan baja, membentuk endapan nitrida yang keras. Nitriding menghasilkan casing yang sangat keras dan tipis dengan ketahanan aus, kekuatan lelah, dan ketahanan korosi yang sangat baik. Proses ini menyebabkan distorsi minimal dan dapat diaplikasikan pada komponen yang sudah jadi.
sianida
Dalam proses sianidasi, bagian baja direndam dalam larutan garam sianida (seperti natrium sianida atau kalium sianida) pada suhu berkisar antara sekitar 800°C hingga 950°C. Proses ini memasukkan karbon dan nitrogen ke permukaan, sehingga menciptakan efek karbonitridasi.
Setelah diproses, komponen tersebut didinginkan dan kemudian dibilas untuk menghilangkan sisa sianida. Sianidasi menghasilkan casing tipis dan keras dengan ketahanan aus yang baik, tetapi penggunaan garam sianida beracun menimbulkan masalah lingkungan dan keselamatan.
Pengerasan Induksi
Pengerasan induksi menggunakan induksi elektromagnetik untuk memanaskan permukaan bagian baja dengan kandungan karbon yang cukup. Bagian tersebut ditempatkan di dalam atau di dekat kumparan tembaga yang membawa arus bolak-balik frekuensi tinggi. Hal ini menginduksi arus eddy pada permukaan benda kerja, menyebabkannya memanas di atas suhu transformasi.
Segera setelah pemanasan, komponen tersebut didinginkan dengan cepat, biasanya dengan air, oli, atau larutan polimer. Hal ini menyebabkan lapisan permukaan yang dipanaskan berubah menjadi martensit, sehingga menghasilkan casing yang keras dan tahan aus. Pengerasan induksi cepat, hemat energi, dan dapat mengeraskan area tertentu pada komponen secara selektif.
Metode lain
Beberapa metode pengerasan casing lainnya meliputi:
- Karbonitriding: Karbon dan nitrogen dimasukkan secara bersamaan ke permukaan baja pada suhu yang lebih rendah daripada karburisasi konvensional. Ini membentuk lapisan permukaan yang tipis tetapi sangat keras.
- Nitrokarburisasi Feritik: Nitrogen dan karbon disebarkan ke permukaan paduan besi pada suhu subkritis, meningkatkan ketahanan aus, ketahanan korosi, dan kekuatan lelah.
- Pengerasan Api: Nyala api oksigen langsung memanaskan area permukaan tertentu dari baja karbon tinggi dengan cepat, diikuti dengan pendinginan. Ia dapat mengeraskan komponen besar secara selektif.
Keuntungan Pengerasan Kasus
Pengerasan casing menawarkan beberapa keuntungan utama untuk mengoptimalkan kinerja komponen mekanis:
- Ketahanan aus yang ditingkatkan: Lapisan permukaan yang keras meminimalkan kerusakan akibat abrasi, keausan geser, dan kontak logam ke logam.
- Peningkatan kekuatan kelelahan: Tegangan sisa kompresif dalam kasus ini meningkatkan ketahanan terhadap kegagalan lelah.
- Ketahanan tetap terjaga: Inti yang kuat dan lentur memberikan ketahanan terhadap benturan dan guncangan, mencegah patah getas.
- Pengerasan selektif: Area tertentu dapat diperkeras sementara area lain dibiarkan tidak dirawat.
- Efektivitas biaya:Memungkinkan penggunaan baja karbon rendah yang murah untuk material curah, bukan baja paduan yang mahal dan dikeraskan.
