Austenit Sisa dan Perlakuan Kriogenik: Kapan Sub-Nol Menguntungkan

Apa itu austenit sisa

Pengerasan celup mengubah austenit menjadi martensit antara suhu mulai martensit (Ms) dan selesai martensit (Mf). Pada baja karbon rendah polos, Mf berada di atas suhu ruang dan transformasi selesai. Pada baja karbon tinggi dan paduan tinggi — baja perkakas, grade karburisasi, baja bantalan — kandungan karbon dan paduan menekan Ms dan Mf, dan sebagian austenit tidak pernah bertransformasi: austenit sisa, fasa lunak yang tercampur ke dalam struktur yang dikeraskan.

Jumlahnya sangat bervariasi dengan grade dan praktik austenitisasi; angka dari beberapa persen hingga kira-kira 20–30% dilaporkan pada baja perkakas paduan tinggi yang dikeraskan dari bagian atas rentang suhunya.

Mengapa hal ini penting

• Kekerasan dan keausan: austenit sisa lebih lunak daripada martensit, sehingga jumlah berlebih mengorbankan kekerasan dan kinerja kelelahan kontak (baja bantalan ditentukan secara ketat karena alasan ini).
• Stabilitas dimensi: austenit sisa bersifat metastabil. Austenit ini dapat bertransformasi kemudian — di bawah tegangan, panas gerinda, atau perubahan suhu — dan transformasi tersebut mengembangkan komponen. Alat ukur, cetakan presisi, dan komponen bantalan yang menyimpang dari toleransi dalam pemakaian adalah gejala klasiknya.
• Tidak semuanya buruk: jumlah kecil yang terkontrol dapat menguntungkan ketangguhan dan perilaku kontak gelinding, dan tempering saja mengubah sebagian besarnya (lihat di bawah).

Pengobatannya, secara berurutan

1. Tempering. Temper yang dipilih dengan tepat (dan untuk baja perkakas temper kedua) menguraikan austenit sisa dan men-temper martensit segar yang dihasilkan. Untuk banyak perkakas, ini mencukupi dan tidak diperlukan perlakuan dingin.
2. Perlakuan sub-nol — mendinginkan komponen yang baru dicelup hingga sekitar −70 to −85 °C (rentang es kering atau refrigerasi mekanis) dan menahan sebentar, mendorong transformasi lebih dekat ke Mf. Banyak digunakan untuk komponen bantalan dan karburisasi.
3. Perlakuan kriogenik dalam — pendinginan hingga suhu nitrogen cair, sekitar −196 °C, dengan pendinginan dan penghangatan terkontrol perlahan, biasanya ditahan selama berjam-jam dan selalu diikuti dengan tempering. Selain menyelesaikan transformasi austenit, krio dalam diklaim mendorong pengendapan karbida sangat halus pada baja perkakas; manfaat stabilitas dimensi sudah mapan, sementara besarnya manfaat umur aus bervariasi menurut grade dan studi.

Aturan urutan yang menentukan keberhasilan

• Perlakukan segera setelah pengerasan celup — komponen yang tertunda dapat menstabilkan austenit, dan komponen yang teregang dapat retak jika dibiarkan dalam kondisi hasil celup.
• Dinginkan dan hangatkan secara bertahap; penampang tipis dan cetakan kompleks sensitif terhadap kejutan termal dalam kedua arah.
• Selalu temper setelahnya. Martensit segar yang terbentuk dalam dingin tidak ditemper dan getas; siklus krio yang berakhir pada suhu ruang tanpa temper telah membuat komponen menjadi lebih buruk.

Kapan hal ini menguntungkan

Perlakuan sub-nol atau krio sepadan dengan biayanya pada: alat ukur dan master presisi, perkakas potong dan bentuk kelas atas, komponen bantalan dengan batas austenit sisa ketat, dan cetakan yang toleransinya tidak dapat menyerap pertumbuhan dalam pemakaian. Untuk komponen mesin umum pada baja karbon menengah — yang sejak awal menyimpan sedikit austenit — perlakuan ini menambah biaya tanpa mekanisme untuk membayarnya kembali.