Pengaruh Annealing Terhadap Kekuatan Tarik Baja Karbon dan Besi Tuang

Annealing adalah sebuah proses perlakuan panas yang digunakan untuk meniadakan pengaruh dari cold work, dan juga berfungsi untuk membuat material menjadi lebih lunak dan meningkatkan ductility. Secara umum, proses annealing dibagi menjadi 3 tahap, antara lain :

1.          Pemanasan ( peningkatan temperatur ) hingga temperatur yang diinginkan

2.          Penahanan pada temperatur tersebut (Holding Process)

3.          Pendinginan ( Penurunan temperatur ) biasanya menuju temperatur ruang.

Pada baja,annealing juga bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanis dan juga menstabilkan dimensi. Ada banyak jenis – jenis  annealing yang mempunyai tujuan yang berbeda – beda sesuai dengan hasil yang diinginkan. Dibawah ini adalah jenis – jenis annealing :

• Homogenizing : Pemanasan pada temperature tinggi di daerah fasa austenite (g), jauh diatas titik kritis (A₃  dan a_cm) yang bertujuan untuk menghilangkan efek segregasi kimia akibat proses pembekuan lambat dan memperbaiki hot workability. 
• Normalizing : Pemanasan lambat sampai dengan temperatur diatas transformasi dan diikuti oleh pendinginan udara yang bertujuan untuk meningkatkan keseragaman mikrostruktur dan penghalusan butir serta mengeleminasi tegangan sisa.
• Full Annealing : Pemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi  yang diikuti oleh pendinginan lambat didalam dapur yang bertujuan untuk meningkatkan keuletan pada baja
• Spherodising : Dilakukan untuk meningkatkan mampu-mesin (machinability) pada baja yang akan ‘dimachining´. Caranya dengan membulatkan sementit/karbida. Pemanasan dilakukan dibawah temperatur kritis A₁ ( ~723ºC), atau sedikit diatas A₁ tetapi kemudian ditahan dibawah A₁.
• Stress-relief annealing : pemanasan s/d dibawah temperatur kritis 550-650 ºC baja karbon dan paduan rendah, 600-750 ºC baja perkakas. Bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa akibat deformasi pengerjaan dingin.
• Recrystallisation annealing : Pemanasan s/d temperatur 600 ºC dibawah temperatur kritis. Bertujuan untuk membentuk butir poligon yang bebas tegangan dan mempunyai keuletan serta sifat konduktivitas baik. Dilakukan pada baja setelah deformasi pengerjaan dingin.
• Quench annealing : Dilakukan pada baja jenis austenitk yang di homogenising atau recrystallisation annealing dimana diikuti oleh pendinginan cepat untuk menghindari  terbentukya endapan karbida terutama pada batas butir.

Dalam pengerjaan dingin maka akan terjadi perubahan sifat fisik maupun mekanik. Perubahan  sifat mekanik misalnya peningkatan kekerasan, tegangan sisa dan kekuatan tarik/luluh dan penurunan elestisitas akibat pengerjaan dingin. Untuk itu logam perlu dipulihkan ke kondisi awal guna mendapatkan  sifat mekanik yang diinginkan dengan cara annealing.  Logam yang mengalami deformasi, mempunyai energi regangan yang tersimpan dalam kisi sehingga kondisinya tidak stabil secara  termodinamik dibandingkan dengan kondisi tanpa deformasi.  Untuk menghilangkan  kondisi pengerjaan dingin dilakukan melalui 3 kombinasi proses yaitu pemulihan, rekristalisasi dan pertumbuhan butir.

Selama proses pemulihan terjadi  penurunan energi yang tersimpan dan tahanan listrik. Sedangkan kekuatan tarik/luluh, kekerasan  turun sedikit. Pada tahap pemulihan,   selama annealing akan tersusun kembali dislokasi guna mengurangi energi kisi dan batas butir tidak mengalami migrasi. Salah satu  proses  pemulihan terpenting adalah penyusunan kembali dislokasi sehingga terjadi penurunan energi regangan kisi yang disebut poligonisasi.

Proses rekristalisasi akan mengubah sifat struktur kisi yang terdeformasi diganti oleh kisi baru tanpa regangan melalui proses nukleasi dan pertumbuhan. Butir tumbuh dari inti yang terbentuk di matriks yang terdeformasi. Besarnya laju kristalisasi  tergantung jumlah deformasi sebelumnya, temperatur  annealing dan kemurnian bahan.

Pertumbuhan butir terjadi pada saat kristalisasi primer terhenti (kristal yang tumbuh telah ”menelan” semua bahan yang mengalami regangan. Pada saat annealing berlangsung, butir yang kecil menyusust dan yang lebih besar tumbuh. Keadaan ini diseut pertumbuhan butir

Hal ini berarti annealing mempengaruhi sifat mekanis dari baja. Dengan dilakukannya annealing itu menurunkan kekuatan tarik dari sebuah baja. Hal ini terjadi karena dengan adanya annealing maka terjadi penyusunan kembali dislokasi yang sebelumnya dislokasi tersusun secara tidak teratur dengan adanya penyusunan kembali dislokasi berarti membuat material tersebut menjadi kurang kuat. Selain itu, melalui annealing terjadi pertumbuhan butir yang terjadi dalam proses reksristalisasi. Seperti yang sudah dijelaskan bahwa pertumbuhan butir terjadi pada kristalisasi primer terhenti dimana kristal yang tumbuh telah menelan semua bahan yang mengalami regangan dan pada saat annealing butir yang kecil menyusut dan yang lebih besar tumbuh. Apabila butir menjadi lebih besar maka dislokasi semakin mudah bergerak karena tidak banyak yang menghalangi pergerakannya. Apabila dislokasi semakin mudah bergerak maka baja semakin tidak kuat dan kekuatan tariknya menjadi menurun. Hubungan ini juga dapat kita liat melalui persamaan Hall – Patch.

Berdasarkan persamaan diatas kita dapat melihat diameter ukuran butir berbanding terbalik dengan kekuatan tarik/luluh. Jadi, dengan annealing membuat kekuatan tarik baja karbon dan besi tuang menjadi menurun.

Referensi

• Slide Mata Kuliah HST
• Callister, Jr, William D. 2003. Matreials Science and Engineering An Introduction. New York: John Wiley  & Sons, Inc.
• digilib.its.ac.id
• Smallman and Bishop. 1999. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Jakarta : Erlangga.
• ASM Handbook.Vol 4, Heat Treating.