Fase penting dalam perlakuan termal pada logam adalah pendinginan, yang melibatkan pendinginan benda logam secara cepat untuk mendapatkan atau mengubah kualitas seperti kekerasan, kekuatan, atau ketangguhan.

Pendinginan yang cepat mengurangi waktu pemaparan logam ke suhu tinggi dan melindunginya dari kerusakan. Selain itu, logam dapat mengalami perubahan tergantung pada metode dan media aplikasi.

Udara, minyak, air, dan air garam adalah beberapa agen pendinginan yang umum.

Oli banyak digunakan untuk pendinginan karena dapat dengan cepat mentransfer panas tanpa mendistorsi logam secara signifikan. Meskipun pendinginan kaustik berbasis air lebih cepat, gaya yang digunakannya dapat menyebabkan beberapa bahan pecah atau terdistorsi.

Perbedaan antara minyak dan air adalah poin utama yang akan dibahas dalam artikel ini.

Apa Itu Proses Quenching?

Quenching adalah proses pendinginan cepat yang menghasilkan pengerasan material. Laju quenching bergantung pada tingkat material, aplikasi, dan komposisi komponen paduan masing-masing. Selain itu, beberapa sifat media quenching juga mempengaruhinya.

Secara teoretis, sebelum pendinginan, bahan logam atau kaca mengalami pemanasan melebihi suhu standarnya, kemudian dimasukkan ke dalam pendinginan cepat untuk menghilangkan panas dengan segera, dan membantu memodifikasi sifat-sifat dalam struktur kristal bahan yang hilang selama pemanasan.

Untuk membuat logam atau kaca menjadi lebih keras dan kaku sebagai suatu benda, kita sering mendinginkannya. Suhu pendinginan suatu benda harus selalu di atas suhu rekristalisasi, tetapi di bawah suhu lelehnya.

Tahapan Proses Pendinginan

Dua orang yang bekerja di sekitar kolam peleburan baja

Biasanya ada tiga tahap pendinginan yang terjadi ketika benda panas mendekati cairan quenchant. Tahap-tahap ini menentukan perubahan karakteristik quenchant dan material. Ketiga tahap tersebut adalah:

• Tahap Uap
• Tahap Pendidihan Nukleat
• Tahap Konveksi

Sekarang, mari kita ulas secara mendalam.

Tahap Uap

Tahap penguapan mulai berperan ketika permukaan komponen yang panas melakukan kontak awal dengan cairan quenchant. Hal ini menghasilkan pembentukan perisai uap di sekitar elemen. Konduksi terjadi sampai batas tertentu selama fase uap.

Namun demikian, metode transportasi panas utama tahap ini adalah radiasi melalui selimut uap, dan selimut yang terbentuk relatif stabil.

Satu-satunya cara untuk mempercepat penghilangannya adalah dengan mengaduk atau menambahkan aditif yang berbeda. Selain itu, lebih baik membuat tahap ini sesingkat mungkin

Alasannya, karena hal ini berkontribusi secara signifikan pada area lunak yang berkembang selama pendinginan. Oleh karena itu, konstituen mikro yang tidak diinginkan dapat berkembang jika dibiarkan terus berlanjut.

Tahap Perebusan Nukleat

Ini adalah tahap kedua setelah tahap uap. Ini dimulai ketika cairan yang lebih dekat ke permukaan material mulai mendidih, dan tahap uap mulai runtuh. Ini adalah tahap tercepat untuk mendinginkan komponen tertentu.

Karena transmisi panas dari permukaan yang dipanaskan dan penyerapan berikutnya ke dalam cairan pendingin, tingkat ekstraksi panas yang substansial dapat dilakukan. Hal ini memungkinkan cairan yang didinginkan untuk menggantikan tempatnya di permukaan.

Beberapa quenchant telah menyertakan aditif untuk meningkatkan laju pendinginan maksimum fluida. Pendidihan berakhir setiap kali suhu permukaan komponen turun di bawah titik didih cairan.

Untuk komponen yang rentan terhadap distorsi, media seperti minyak dan garam bersuhu tinggi memberikan hasil yang baik. Kalau tidak, bahan bisa menjadi rapuh dan cepat rusak selama aplikasi yang diinginkan.

Tahap Konvektif

Konveksi adalah tahap akhir dari proses ini, yang terjadi ketika material mencapai suhu yang lebih rendah dari titik didih quenchant. Tahap konveksi melibatkan perpindahan panas melalui fluida curah, dan titik awalnya adalah konduksi.

Ini adalah tahap yang paling lambat karena perpindahan panas membutuhkan waktu yang lama untuk mencapai semua molekul di dalam curah. Mengontrol evakuasi panas melalui konveksi melibatkan banyak variabel, termasuk panas spesifik quenchant dan konduktivitas termalnya.

Perbedaan suhu antara quenchant dan material dapat memengaruhi proses konveksi. Biasanya, sebagian besar distorsi terjadi pada titik ini.

Ketiga langkah pendinginan di atas berlangsung secara berurutan di lokasi tertentu. Namun demikian, tergantung pada geometri dan agitasi komponen, area yang berbeda akan memulai berbagai fase pada waktu yang berbeda.

Tiga Fase Proses Pendinginan

Media Pendinginan

Pendinginan terjadi melalui media apa pun, dan berikut ini adalah daftar 4 media yang berbeda. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan, tergantung pada sifat, elemen yang bersentuhan, waktu, hukum perpindahan panas, dan hubungannya.

1. Udara: Pemanfaatan suhu lingkungan biasa untuk mendinginkan bahan yang dipanaskan
2. Air garam: Larutan garam dan air adalah media pendingin tercepat saat pendinginan.
3. Minyak: Alternatif pendinginan yang andal dan lebih cepat daripada udara.
4. Air: Lebih cepat daripada udara atau minyak dalam mendinginkan cairan.

Meskipun literatur memiliki banyak informasi tentang media di atas, mari kita jelajahi dua media utama, minyak dan air.

Pendinginan Air

Air memiliki sifat mendinginkan material lebih cepat daripada minyak dan udara, sehingga pendinginan melalui air adalah proses yang berlangsung cepat.

• Prosedur pendinginan air garam memiliki reaksi yang secara signifikan lebih keras ketika mendinginkan daripada yang lain, air sousing adalah metode yang paling efektif.
• Sebelum proses ini, air harus berada pada suhu ruangan atau suhu yang diinginkan. Setelah itu, ketika bahan yang dipanaskan dimasukkan ke dalam air pendingin, air akan berubah fase sesuai dengan tahapannya.
• Keuntungan lainnya yaitu, metode ini merupakan metode pendinginan yang cepat, sehingga paling murah dari segi biaya dan waktu. Namun demikian, tentu saja, hasil yang cepat ini juga memiliki kekurangan yang signifikan.
• Kerugian dari produk akhir yang kaku, rapuh, dan mudah patah, muncul dengan kecepatan yang cepat atau instan ini. Bahan yang dipadamkan mungkin diberi label memiliki kualitas suara atau kualitas yang buruk.
• Pendinginan dengan air adalah pilihan yang layak dalam kasus pengerasan baja. Alasannya adalah karena baja memiliki cara pendinginan yang unik yang dapat dicapai melalui air. Baja berkarbonisasi memanas di atas suhu kristalisasi ulangnya.
• Dengan segera mendinginkan baja, pendinginan air mencegah baja meleleh pada tahap ini, padahal baja akan meleleh jika tidak dihentikan, oleh karena itu, pendinginan air lebih cocok untuk baja daripada media lainnya.

Pendinginan Minyak

Salah satu teknik pendinginan yang paling populer di sektor pendinginan logam adalah pendinginan oli. Metode yang optimal untuk mengeraskan paduan logam memberikan kekerasan dan kekuatan yang diperlukan tanpa menyebabkannya menjadi kaku dan rapuh selama proses berlangsung.

Menggunakan pendinginan oli memiliki beberapa kelebihan, tetapi yang utama adalah pendinginan oli lebih lambat daripada media pendinginan lainnya dan mendinginkan untuk durasi yang lebih lama, memberikan stabilitas dan waktu pengerasan yang lebih lama pada material yang dipanaskan.

Selain itu, hal ini menjamin bahwa material yang dipadamkan tidak akan terlalu rapuh dan akan bertahan dengan baik. Oleh karena itu, metode ini lebih disukai daripada metode air, udara, atau air garam karena mengurangi kemungkinan distorsi atau keretakan pada tubuh logam yang dipadamkan.

Quenching adalah proses pendinginan yang cepat

Perbedaan Antara Pendinginan Air dan Minyak

Air dan minyak adalah dua jenis media yang berbeda. Keduanya dapat dibedakan dalam beberapa aspek dan berperilaku berbeda dalam pendinginan. Tabel di bawah ini merangkum ikhtisar perbedaan antara kedua media tersebut.

Pendinginan Air vs Pendinginan Minyak

Kesimpulan

• Prosedur pendinginan cepat yang disebut quenching menyebabkan material mengeras. Kualitas, aplikasi, dan komposisi komponen paduan baja semuanya memengaruhi laju pendinginan.
• Laju pendinginan suatu zat, juga bergantung pada karakteristik quenchant. Artikel ini menyoroti media minyak dan air, yang keduanya memiliki keunikan tersendiri, sesuai dengan aplikasinya yang berbeda-beda.
• Oli bagus untuk pendinginan karena cepat menyalurkan panas tanpa mengubah logam. Meskipun pendinginan kaustik berbasis air lebih cepat, namun kekuatan yang digunakannya berpotensi mematahkan atau mendistorsi beberapa bahan.