Carburizing, atau karburasi, adalah salah satu jenis perlakuan panas termokimia yang paling umum digunakan untuk meningkatkan kekerasan permukaan baja karbon rendah dan baja paduan.

Proses ini bertujuan untuk mendifusikan atom karbon ke dalam lapisan permukaan baja, sehingga membentuk lapisan permukaan yang keras (disebut case) sementara bagian inti material (disebut core) tetap ulet dan tangguh. Ini menciptakan kombinasi sifat mekanik yang ideal untuk komponen yang membutuhkan ketahanan aus tinggi di permukaan namun tetap kuat menahan beban impak.

 

1. Prinsip Dasar Carburizing

Prinsip kerja carburizing didasarkan pada difusi atom karbon ke dalam permukaan baja. Prosesnya melibatkan langkah-langkah berikut:

• Pemanasan (Heating): Baja dipanaskan hingga temperatur austenit (biasanya antara 850°C hingga 950°C). Pada temperatur ini, struktur kristal baja berubah menjadi austenit, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan karbon dalam jumlah yang lebih besar.

• Lingkungan Kaya Karbon: Benda kerja ditempatkan dalam lingkungan yang kaya akan atom karbon aktif. Karbon aktif ini dapat berasal dari berbagai media, seperti gas (misalnya, CO), cairan (garam sianida), atau padatan (arang).

• Difusi Karbon: Pada temperatur tinggi, atom-atom karbon dari lingkungan akan berdifusi masuk ke dalam permukaan baja. Konsentrasi karbon di permukaan akan meningkat secara signifikan dibandingkan dengan inti baja. Proses difusi ini berlangsung dari permukaan ke dalam, menciptakan gradien konsentrasi karbon. Semakin lama waktu penahanan (holding time) pada temperatur tinggi, semakin dalam penetrasi karbon (case depth) yang dicapai.

• Pendinginan Cepat (Quenching): Setelah waktu penahanan yang cukup, baja didinginkan secara cepat (di-quenching) dalam media pendingin seperti air, oli, atau polimer. Pendinginan cepat ini bertujuan untuk mengubah fasa austenit yang kaya karbon di permukaan menjadi martensit, sebuah fasa yang sangat keras. Sementara itu, inti baja yang memiliki kadar karbon rendah tidak akan membentuk martensit dengan kekerasan tinggi, sehingga tetap ulet.

• Tempering (Optional): Terkadang, proses tempering dilakukan setelah quenching untuk mengurangi kerapuhan martensit dan meningkatkan ketangguhan, meskipun sedikit mengorbankan kekerasan.

2. Keuntungan Utama Carburizing

Carburizing menawarkan beberapa keunggulan signifikan:

• Peningkatan Kekerasan Permukaan: Ini adalah tujuan utama. Permukaan komponen menjadi sangat keras, meningkatkan ketahanan terhadap gesekan dan keausan.

• Inti yang Tangguh (Tough Core): Meskipun permukaannya keras, bagian inti baja tetap ulet, sehingga mampu menahan beban impak dan tekanan tanpa retak. Ini adalah kombinasi sifat yang sangat diinginkan untuk banyak aplikasi teknik.

• Kontrol Kedalaman Lapisan Keras (Case Depth Control): Kedalaman lapisan keras dapat dikontrol dengan mengatur parameter proses seperti temperatur, waktu penahanan, dan konsentrasi karbon dalam media karburasi.

• Cocok untuk Bentuk Kompleks: Proses ini efektif untuk komponen dengan bentuk yang kompleks.

• Penghematan Biaya Material: Karena baja karbon rendah (yang lebih murah) dapat digunakan sebagai bahan baku, carburizing dapat menghasilkan komponen dengan sifat superior pada biaya material yang lebih rendah dibandingkan menggunakan baja paduan yang sudah keras secara keseluruhan.

3. Jenis-jenis Carburizing

Berdasarkan media yang digunakan sebagai sumber karbon, carburizing dibagi menjadi beberapa jenis:

• Pack Carburizing (Karburasi Padat): Ini adalah metode tertua, di mana benda kerja dikemas dalam kotak tertutup rapat bersama dengan material kaya karbon padat (misalnya, arang kayu atau kokas) dan zat aktivator (seperti BaCO3, CaCO3, atau Na2CO3). Kotak kemudian dipanaskan dalam tungku.

• Gas Carburizing (Karburasi Gas): Benda kerja dipanaskan dalam atmosfer gas yang kaya karbon (misalnya, metana, propana, atau karbon monoksida). Metode ini lebih mudah dikontrol dan menghasilkan case depth yang lebih seragam dibandingkan pack carburizing.

• Liquid Carburizing (Karburasi Cair): Benda kerja dicelupkan ke dalam bak garam cair (misalnya, sianida atau sianat) yang mengandung karbon pada temperatur tinggi. Metode ini cepat dan cocok untuk case depth yang lebih dangkal. Namun, penggunaannya terbatas karena bahaya toksisitas garam sianida.

• Vacuum Carburizing (Low Pressure Carburizing/LPC): Proses ini dilakukan dalam ruang hampa udara. Kontrol proses sangat presisi, menghasilkan permukaan yang sangat bersih dan mengurangi risiko oksidasi atau dekarburasi. Metode ini lebih mahal namun menghasilkan kualitas permukaan yang sangat tinggi.

4. Material yang Cocok dan Aplikasi

Carburizing umumnya diterapkan pada baja karbon rendah (misalnya, AISI 1020) dan baja paduan rendah yang mengandung elemen seperti nikel, krom, atau molibden. Baja ini dipilih karena memiliki kandungan karbon awal yang rendah, sehingga inti material tetap tangguh setelah quenching.

Aplikasi carburizing sangat luas, terutama pada komponen mesin yang mengalami gesekan, keausan, dan beban impak berulang:

• Roda Gigi (Gears): Ini adalah aplikasi paling umum. Gigi harus sangat keras di permukaan untuk menahan aus akibat gesekan, sementara intinya harus ulet untuk menahan beban putar dan torsi.

• Poros (Shafts): Terutama poros transmisi atau poros penggerak yang mengalami torsi dan gesekan.

• Bantalan (Bearings): Untuk ketahanan aus dan umur pakai yang panjang.

• Pin dan Bushing: Komponen kecil yang bergesekan.

• Camshafts: Komponen mesin yang membutuhkan permukaan keras untuk menahan kontak dengan follower.

• Komponen Otomotif dan Mesin Berat: Berbagai bagian dalam transmisi, mesin, dan sistem suspensi.

Secara keseluruhan, carburizing adalah perlakuan panas yang sangat efektif untuk meningkatkan kinerja dan umur pakai komponen mesin dengan memberikan kekerasan permukaan yang unggul sambil mempertahankan ketangguhan inti. Ini adalah proses vital dalam industri manufaktur yang mengandalkan keandalan material.