Baja perkakas (tool steel) dirancang khusus untuk aplikasi di mana kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan kadang-kadang ketahanan suhu tinggi adalah kunci. Untuk mencapai sifat-sifat optimal ini, baja perkakas biasanya menjalani serangkaian perlakuan panas, yang salah satunya adalah tempering.

Tempering adalah langkah krusial yang dilakukan setelah proses pengerasan (hardening), di mana baja dipanaskan hingga suhu tinggi dan kemudian didinginkan dengan cepat (quenching) untuk membentuk struktur martensit yang sangat keras tetapi getas.

1. Tujuan Utama Tempering pada Baja Perkakas

Martensit yang terbentuk setelah quenching memang sangat keras, namun juga sangat rapuh dan mengandung tegangan sisa (residual stress) internal yang tinggi. Kondisi ini membuatnya rentan terhadap keretakan, terutama saat digunakan dalam kondisi beban kerja atau impak. Di sinilah peran tempering menjadi sangat penting:

• Mengurangi Kerapuhan (Brittleness): Ini adalah tujuan utama tempering. Dengan memanaskan kembali baja martensit pada suhu di bawah titik kritisnya, sebagian martensit akan bertransformasi menjadi struktur yang lebih stabil, seperti martensit temper, yang lebih ulet dan tangguh.

• Meningkatkan Ketangguhan (Toughness): Kerapuhan yang berkurang secara langsung meningkatkan ketangguhan baja, yaitu kemampuannya menyerap energi dan menahan deformasi plastis sebelum patah. Ini sangat penting untuk baja perkakas yang seringkali mengalami beban impak atau kejut.

• Menghilangkan Tegangan Sisa: Pendinginan cepat saat quenching menciptakan tegangan internal yang signifikan dalam material. Tempering membantu meredistribusi dan mengurangi tegangan sisa ini, yang dapat mencegah retak dimensional atau distorsi pada komponen setelah perlakuan panas.

• Menyesuaikan Kekerasan: Meskipun tujuan utamanya bukan untuk meningkatkan kekerasan (umumnya kekerasan akan sedikit menurun setelah tempering), proses tempering memungkinkan penyesuaian kekerasan hingga tingkat yang diinginkan. Desainer dapat memilih suhu tempering yang spesifik untuk mendapatkan kombinasi kekerasan dan ketangguhan yang optimal untuk aplikasi tertentu.

• Meningkatkan Kestabilan Dimensi: Dengan mengurangi tegangan sisa dan mengubah fasa martensit yang tidak stabil, tempering juga meningkatkan stabilitas dimensi baja perkakas, yang sangat penting untuk cetakan (dies) atau perkakas presisi lainnya.

2. Bagaimana Tempering Mempengaruhi Kekerasan dan Sifat Mekanik Lainnya

Pengaruh tempering pada baja perkakas sangat bergantung pada temperatur tempering dan waktu penahanan (holding time).

• Efek pada Kekerasan:

  • Secara umum, semakin tinggi suhu tempering, semakin rendah kekerasan baja. Ini karena pada suhu yang lebih tinggi, lebih banyak martensit yang bertransformasi dan karbida mulai mengendap serta membesar ukurannya, menghasilkan struktur yang lebih lunak namun lebih ulet.

  • Namun, untuk beberapa jenis baja perkakas paduan (terutama hot-work tool steels dan high-speed steels), fenomena yang disebut pengerasan sekunder (secondary hardening) dapat terjadi. Ini terjadi pada rentang suhu tempering menengah (misalnya, 450°C hingga 600°C), di mana kekerasan justru meningkat kembali karena presipitasi karbida paduan yang sangat halus dan stabil (seperti karbida Vanadium, Molibdenum, Kromium, atau Tungsten) yang mengendap dari martensit. Setelah mencapai puncak pengerasan sekunder, kekerasan akan kembali menurun jika suhu tempering terus ditingkatkan.

• Efek pada Ketangguhan dan Keuletan: Seiring dengan penurunan kekerasan (kecuali pada fenomena pengerasan sekunder), ketangguhan dan keuletan baja perkakas akan meningkat secara signifikan. Baja menjadi lebih mampu menahan impak dan deformasi tanpa patah.

• Efek pada Struktur Mikro: Selama tempering, atom karbon dalam martensit mulai bergerak keluar dan membentuk partikel-partikel karbida halus. Pada suhu tempering yang lebih tinggi, karbida ini akan tumbuh lebih besar dan matriks martensit akan mengalami perubahan ke arah fasa yang lebih stabil.

3. Proses Tempering Baja Perkakas

Proses tempering melibatkan langkah-langkah berikut:

• Pemanasan Kembali (Reheating): Baja perkakas yang telah di-quench dipanaskan kembali ke suhu di bawah titik kritis (biasanya antara 150°C hingga 675°C, tergantung jenis baja dan sifat akhir yang diinginkan). Pemanasan harus dilakukan secara perlahan dan terkontrol untuk menghindari retak termal.

• Penahanan (Soaking/Holding Time): Baja ditahan pada suhu tempering selama periode waktu tertentu (beberapa jam). Waktu ini memungkinkan difusi atom dan transformasi fasa yang diinginkan terjadi. Untuk baja perkakas paduan tinggi, seringkali diperlukan double atau triple tempering (tempering berulang) untuk memastikan konversi austenit sisa (retained austenite) yang lengkap dan memaksimalkan pengerasan sekunder serta stabilitas dimensi.

• Pendinginan (Cooling): Setelah waktu penahanan, baja didinginkan secara bertahap, biasanya di udara tenang. Kecepatan pendinginan tidak sekritis saat quenching.

4. Pentingnya Tempering untuk Performa Baja Perkakas

Tanpa tempering, baja perkakas yang telah di-hardening akan terlalu getas untuk sebagian besar aplikasi praktis. Ia akan mudah retak atau patah di bawah tekanan atau impak yang relatif kecil. Tempering adalah proses yang menyempurnakan sifat mekanik baja, memberikan keseimbangan optimal antara kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan, sehingga perkakas dapat berfungsi secara efektif dan memiliki umur pakai yang panjang dalam kondisi kerja yang keras.

Sebagai contoh, baja perkakas seperti SKD11 (D2 steel) yang sering digunakan untuk dies dan stamping tools, akan di-tempering pada suhu tertentu untuk mencapai kombinasi kekerasan tinggi dan ketangguhan yang memadai agar tidak mudah retak saat memotong atau membentuk material lain.

Dengan memahami dan mengaplikasikan proses tempering secara tepat, produsen dapat memaksimalkan potensi baja perkakas, menghasilkan komponen yang lebih andal dan tahan lama.