Bagaimana Proses Pendinginan (Quenching) Terjadi

Dipublikasikan oleh Muhammad Ilham Maulana

20 Februari 2024, 10.59

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/File:ArthurSiegelcoke1.jpg

Dalam ilmu material, pendinginan (Quenching) adalah pendinginan cepat benda kerja dalam air, gas, minyak, polimer, udara, atau cairan lain untuk mencapai sifat material tertentu. Suatu jenis perlakuan panas, pendinginan mencegah proses suhu rendah yang tidak diinginkan seperti transisi fase. Hal ini dilakukan dengan mengurangi jangka waktu di mana reaksi-reaksi yang tidak diinginkan tersebut menguntungkan secara termodinamika dan dapat diakses secara kinetik; misalnya, pengerasan dapat mengurangi ukuran butiran kristal bahan logam dan plastik serta meningkatkan kekerasannya.

Dalam metalurgi, pendinginan paling sering digunakan untuk mengeraskan baja dengan menginduksi transformasi martensit, dimana baja harus didinginkan dengan cepat hingga titik eutektoidnya, yang menyebabkan perubahan ketidakstabilan austenitik. Pendinginan yang cepat mencegah pembentukan struktur sementit, tetapi memaksa atom karbon dalam kisi ferit larut. Pada baja yang dicampur dengan logam seperti nikel dan mangan, suhu eutektoid turun secara signifikan, namun hambatan kinetik terhadap transisi fasa tetap sama. Hal ini memungkinkan pendinginan dimulai pada suhu yang lebih rendah, sehingga prosesnya lebih mudah. Tungsten juga ditambahkan ke baja berkecepatan tinggi, yang menimbulkan hambatan kinetik, yang, antara lain, memberikan sifat material (kekerasan dan ketahanan aus) seolah-olah benda kerja mendingin lebih cepat dari yang sebenarnya.

Bahkan pendinginan lambat dari paduan tersebut di udara menghasilkan sebagian besar efek pendinginan yang diinginkan; baja kecepatan tinggi memburuk dengan siklus pemanasan yang jauh lebih sedikit karena pemotongan yang cepat. Pendinginan yang sangat cepat dapat mencegah pembentukan semua struktur kristal, sehingga menghasilkan logam amorf atau kaca logam.

Mendinginkam (Quenching) pengerasan

Quench hardening adalah proses mekanis yang digunakan untuk memperkuat dan mengeraskan baja dan paduan besi tuang. Ini melibatkan pemanasan material hingga suhu tertentu, diikuti dengan pendinginan cepat untuk menghasilkan struktur yang lebih keras. Proses ini dapat diterapkan untuk pengerasan permukaan atau pengerasan menyeluruh, bergantung pada hasil yang diinginkan dan laju pendinginan. Selanjutnya, tempering dapat dilakukan untuk mengurangi kerapuhan. Komponen yang biasa dikenai quench hardening meliputi roda gigi, poros, dan blok aus.

Sebelum pengerasan, baja dan paduan besi cor memiliki struktur butiran perlitik yang seragam dan pipih, yang relatif lunak. Dengan memanaskan material di atas suhu transisi eutektoidnya dan kemudian mendinginkannya dengan cepat, struktur kristal berubah menjadi struktur martensit yang lebih keras, cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan tinggi terhadap deformasi, seperti ujung tombak pisau.

Proses pendinginan melibatkan pemanasan sampel hingga suhu tertentu, memastikan keseragaman di seluruh benda kerja. Selanjutnya, benda kerja direndam dalam udara, cairan, atau vakum, menjaga distribusi suhu seragam. Setelah direndam, benda kerja didinginkan dengan cara direndam dalam cairan quenching, seperti air, minyak mineral, atau quenchant yang diformulasikan khusus. Fluida quenching yang berbeda menghasilkan karakteristik akhir yang berbeda-beda pada bagian quenching. Alternatifnya, gas inert seperti nitrogen atau gas mulia dapat digunakan untuk pendinginan.

Distorsi dan kekerasan yang berlebihan dapat terjadi setelah quenching, sehingga memerlukan tempering untuk meningkatkan ketangguhan. Tempering melibatkan pemanasan ulang material hingga suhu di bawah titik kritis dan membiarkannya mendingin di udara tenang. Penghilangan panas selama quenching terjadi dalam tiga tahap: pembentukan gelembung uap, pendinginan pengangkutan uap, dan pendinginan cairan, yang masing-masing berkontribusi terhadap proses pendinginan secara keseluruhan.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Quenching