Lewati ke konten
MecAgentMecAgent
Pelajaran 12.2MemperlakukanBab 12 · Perlakuan panas dan pengerasan permukaan

Pengerasan permukaan (case hardening) dan nitridasi

Karbon atau nitrogen berdifusi ke permukaan

Case hardening mengeraskan hanya kulit luar komponen baja, sementara bagian dalam tetap ulet. Atom karbon (karburisasi) atau nitrogen (nitridasi) direndam ke dalam permukaan di tungku panas. Gigi roda gigi, poros bubungan, dan poros engkol membutuhkan persis ini: kulit yang tahan aus di atas inti yang tidak retak.

Pengerasan permukaan (case hardening) dan nitridasi: foto nyata
Foto: 吉岡正三、加藤, Public domain, melalui Wikimedia Commons
Karbon atau nitrogen meresap ke permukaan, membuat kulit keras di atas inti tangguhDua rute berdampingan (skematik; ketebalan case dilebih-lebihkan)Carburizingkarbon, pada sekitar 900–950 °Cgas kaya karbon di sekeliling part123quench dalam oli,lalu temperNitridingnitrogen, pada sekitar 500–570 °Cgas amonia atau plasma di sekeliling part123tanpa quench: mendingin perlahan,sehingga nyaris tidak terdistorsi4Potong menembus permukaan sesudahnyacase keras, sekitar 0,5–2 mminti tangguhcase keras tipis, sekitar 0,1–0,6 mminti tangguhdi-carburizedi-nitridPart baja (lebih gelap = case keras)Atom karbon atau nitrogenTungkuPanas
Karburisasi dan nitridasi berdampingan, dengan lapisan keras (case) yang dihasilkanKedua panel memakai angka dalam lingkaran 1 sampai 3 yang sama; angka 4 adalah tampak potong permukaan akhir.

Cara kerjanya

  1. Masukkan komponen ke tungku. Komponen bersih masuk ke tungku tertutup yang berisi gas kaya karbon (karburisasi, biasanya sekitar 900–950 °C) atau gas amonia atau plasma (nitridasi, biasanya sekitar 500–570 °C). Area yang harus tetap lunak ditutup, misalnya dengan lapisan tembaga atau pasta.

  2. Biarkan atom berdifusi masuk. Atom karbon atau nitrogen masuk ke permukaan dan merayap ke dalam lewat difusi (atom perlahan menyusup ke dalam logam). Semakin lama perendaman, semakin dalam case (kulit yang mengeras), biasanya selama beberapa jam.

  3. Selesaikan siklus. Komponen karburisasi di-quench dalam oli lalu di-temper, seperti di pelajaran 12.1, sehingga kulit kaya karbon menjadi sangat keras. Komponen nitridasi sudah keras dan cukup didinginkan perlahan, sehingga hampir tidak berdistorsi.

  4. Periksa case. Sepotong sampel uji dipotong, dipoles, dan diukur kekerasannya dari permukaan ke dalam untuk memastikan kedalaman case.

Fakta kunci

Material
Karburisasi: baja karbon rendah; nitridasi: baja paduan dengan kromium, molibdenum, atau aluminium, baja perkakas, beberapa baja tahan karat
Komponen khas
Roda gigi, poros bubungan, poros engkol, ring bantalan, pin, komponen cetakan injeksi, sekrup ekstrusi
Ukuran komponen
Dari pin kecil hingga roda gigi besar selebar lebih dari satu meter, dibatasi oleh tungku
Presisi
Karburisasi sedikit mendistorsi komponen, sehingga permukaan penting sering digerinda setelahnya; nitridasi menjaga ukuran dalam kisaran beberapa sepersekian ratus milimeter
Hasil permukaan
Komponen karburisasi sering gelap dan perlu dibersihkan atau digerinda; komponen nitridasi berwarna abu-abu doff
Ukuran batch yang cocok
Batch ratusan hingga ribuan komponen per muatan tungku
Biaya perkakas dan mesin
Tungku industri dari sekitar seratus ribu hingga jutaan dolar; sebagian besar perusahaan mengirim komponen ke bengkel perlakuan panas spesialis
Kecepatan
Karburisasi: beberapa jam per muatan; nitridasi: sering 10–60 jam atau lebih, tergantung kedalaman case

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

  • Kulit sangat keras dan tahan aus di atas inti ulet yang tahan benturan
  • Meningkatkan kekuatan lelah, sehingga komponen lebih awet di bawah beban berulang
  • Nitridasi tidak butuh quench, sehingga distorsi minimal
  • Banyak komponen diolah sekaligus dalam satu muatan tungku

Batasan

  • Case tipis; kerusakan dalam atau penggerindaan berat bisa menghilangkannya
  • Karburisasi plus quench bisa melengkungkan komponen
  • Nitridasi lambat, dan hanya cocok untuk baja paduan tertentu
  • Tungku spesialis dan kontrol gas; biasanya dialihdayakan

Di mana dipakai

  • OtomotifRoda gigi gearbox, poros bubungan, poros engkol, pin piston
  • DirgantaraRoda gigi transmisi, bantalan, komponen roda pendarat
  • PerkakasKomponen cetakan injeksi, die ekstrusi, sekrup ekstruder plastik
  • Permesinan industriRoda gigi, poros, komponen rantai, komponen hidrolik
  • Senjata apiSlide dan laras, sering dinitridasi dengan salt-bath

Cara mengenalinya

  • Permukaan abu-abu doff atau hitam pada roda gigi dan poros, dengan permukaan bantalan yang digerinda.
  • Kikir tergelincir di permukaan, meskipun komponennya mungkin melengkung dan tidak patah.
  • Pada sampel yang dipotong dan dietsa, tepi yang lebih gelap atau lebih terang dengan kedalaman seragam di sekeliling tepi.

Bandingkan dengan

Perlakuan panas12.1mengeraskan seluruh komponen sepanjang ketebalannya, bukan hanya kulitnya.Shot peening12.3memperkuat permukaan dengan menghantamnya, tanpa mengubah kimianya atau memanaskannya.Pelapisan PVD11.8menambahkan lapisan keras yang sangat tipis di atas permukaan, bukan mengubah logamnya sendiri.

Tonton

Artisan Makes · Penjelasan sederhana, lalu case hardening di bengkel

THE FACILITY · Pack carburizing, quench, dan uji kikir sebelum dan sesudah

ION HEAT · Perbedaan dua metode nitridasi

Ionitech Ltd. · Komponen berpijar di dalam ruang nitridasi plasma

Lihat foto asli

Ingat

  • Case hardening memberi kulit keras di atas inti yang ulet.
  • Karburisasi menambah karbon pada panas tinggi, lalu di-quench; nitridasi menambah nitrogen pada panas lebih rendah, tanpa quench.
  • Sempurna untuk roda gigi dan poros yang harus tahan aus sekaligus benturan.

Lainnya di Perlakuan panas dan pengerasan permukaan

Semua 100 proses
12.1Perlakuan panas (pengerasan, tempering, anil)Panaskan, quench, dan temper (atau dinginkan perlahan) seluruh komponenBuka pelajaran12.3Shot peeningPermukaan dihantam bola-bola kecil hingga tertekanBuka pelajaran

Coba sekarang

Manfaatkan AI dalam CAD Anda.

Buat model komponen, hasilkan gambar teknik, dan otomatisasi pekerjaan berulang di dalam perangkat lunak CAD Anda.

Unduh (Gratis)Pesan demo