BAB I

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Teori Dasar Pengujian Bahan1.1.1 Pengujian Bahan

A. Pengujian Destructive

Sesuai dengan namanya pengujian ini bersifta merusak bahan yang diuji

sehingga bahan yang diuji akan rusak atau cacat. Bahan yang diuji adalah bahan yang

telah memenuhi bentuk dan jenis secara internasional.

Umumnya ada beberapa pengujian destruktif yaitu:

a. Pengujian Kekerasan

Pengujian ini dilakukan dengan dua pertimbanagn yaitu untuk mengetahui

karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material

memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Berdasarkan pemakaianya dibagi menjadi:

1. Pengujian kekerasan dengan penekanan (indentation test)

Pengujian ini dilakukan merupakan pengujian kekerasan terha-dap bahan

logam dimana dalam menentukan kekerasaannya deilakukan dengan cara

menganalisis indentasi atau bekas penekanan pada benda uji sebagai reaksi dari

pembebanan tekan.

2. Pengujian kekerasan dengan goresan (sratch test)

Merupakan pengujian kekerasan terhadap material dimana dalam

menentukan kekerasannya dilakukan dengan mencari perban-dingan dari bahan yang

menjadi standart. Contohnya adalah pengujian metode MOH’S.

3. Pengujian kekerasan dengan cara dinamik (dynamic test)

Merupakan pengujian kekerasan dengan mengukur tinggi pantu-lan dari bola

baja atau intan (hammer) yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu.

b. Pengujian Tarik

Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena

pengujian tarik dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji

tarik, benda uji diberi beban gaya tarik, yang bertambah secara kontinyu, bersamaan

dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.

c. Pengujian Lengkung

Pengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang

diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan digunakan pada

kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap suatu bahan pada

satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan.

d. Uji Impact

Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material sebagai sebuah

metode uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact charpy dan uji

impact izod. Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy potensial  dari pendulum

beban yang mengayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji

sehingga terjadi deformasi.

e. Uji Struktur

Uji struktur mempelajari struktur material logam untuk keperluan pengujian

material logam dipotong-potong kemudian potongan diletakkan dibawah dan

dikikisdengan material alat penggores yang sesuai. Untuk pemeriaksaan =nya

dilakuakan dengan alat pembesar ataupun mikroskop elektronik.

f. Pengujian dengan larutan ETSA

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeperjelas batas butir yang ada pada

suatu material karena larutan etsa akan memeberi warna tambahan pada batas butir.

Namun larutan ini dapat merusak batas butir tersebut.

B. Pengujian Non-Destruktif

Pengujian ini tidak merusak dan merupakan bagian dari pengujian bahan.

Berbeda dengan pengujian destruktif. Pengujian non-destruktif terdiri dari:

a. Penetrant testing

Yaitu pengujian yang digunakan untuk melihat keretakan dan perositas dari

suatu bahan. Pengujian dengan penetrant terdiri dari 4 tahap yaitu pembersihan awal,

pemberian penetrant,  pembersihan penetrant, dan pemberian developer. Pengujian ini

memiliki keuntungan yaitu murah dan cepat dilaksanakan.

b. Magnetic particle testing

Pengujian yang juga biasa disebut dengan pengujian menggu-nakan partikel

magnetic ini digunakan untuk diskontinuitas yang ada dipermukaan dan dekat

permukaan. Pengujian ini dapat kita lakukan  untuk melihat keretakan permukaan pada

semua logam induk maupun ion, laminasi fusi yang tidak sempurna, undercut,

dan subsurface crack. Jika dibandingkan dengan uji penetrant, pengujian ini dilakuakn

untuk diskontinuitas yang lebih dalam.

c. Ultrasonic testing

Pengujian ini menggunakan metode gelombang suara dengan frekuensi tinggi.

Keuntungan dari pengujian ini yaitu dapat dilakukan pada semua bahan dan lebih dalam

jika dibandingkan dengan uji magnetic dan uji penetrasi karena menggunakan pantulan

gelombang.

d. Radiography

Yaitu pengujian dengan menggunakan x-ray untuk mendapatkan gambar dari

material. Prinsipnya sama denagn penggunaan pada tubuh material hanya saja

menggunakan gelombang yang lebih pendek. Eddy Current memiliki prisnsip dasar

yang hampir sama dengan teknik medan magnet tetapi disini medan listrik yang

dipancarkan adalah arus bolak-balik. Prisnsipnya hampir sama dengan impedansi.

f. Eddy Current

Memiliki prinsip dasar yang hampir sama dengan teknik medan magnet tetapi

disini medan listrik yang dipancarkan dari arus bolak balik. Prinsipnya hampir sama

dengan impedansi.

g. Visual Inspection

Metode ini bertujuan untuk menemukan cacat atau retak permukaan

dan korosi dengan bantuan visual optic.

1.1.2 Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik logam adalah sifat yang dimiliki material ketika

mendapatkan pembebanan mekanik.Sifat-sifat logam antara lain:

1. Kekuatan (Strength) [N/mm2, kg/mm2, lb/in2]

Merupakan kemampuan material untuk menahan beban yang

diberikan pada logam tersebut.Pembebanan yang diberikan dapat berupa

pembebanan statis dan dinamis. Beberapa material seperti baja struktur,

besi tempa, aluminium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan

kekuatan tekan yang hampir sama. Ukuran kekuatan adalah tegangan

maksimum yang dapat ditahan oleh material tanpa patah. Kekuatan dibagi

menjadi beberapa macam, antara lain kekuatan tarik, kekuatan geser,

kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan kekuatan lengkung.

2. Kekerasan (Hardness) [BHN, VHN, HRC]

Merupakan kemampuan material untuk menahan takik/kikisan. Untuk

mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji brinnel, rochwell atau

vickers.

3. Kekakuan (Stiffness) [simpangan]

Merupakan kemampuan bahan untuk menahan deformasi setelah

diberi beban.

4. Ketangguhan (Toughness) [kg/mm]

Merupakan sifat yang menyatakan kemampuan bahan untuk

menyerap gaya yang diberikan.

5. Kekenyalan (Elasticity) [%]

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa

mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah beban

atau tegangan dihilangkan.

6. Kelelahan (Fatigue) [siklus]

Menyatakan kecenderungan logam untuk patah jika menerima beban

atau tegangan berulang-ulang (cycles stress) yang besar beban/tegangan

tersebut jauh di bawah kekuatan elastisnya.

7. Plastisitas (Plasticity) [%]

Merupakan kemampuan bahan untuk mengalami deformasi plastis

(perubahan bentuk secara permanen) tanpa menyebabkan

kerusakan.Material dengan plastisitas tinggi disebut ulet tapi jika rendah

disebut getas.

8. Mulur (Creep) [siklus]

Menyatakan kecenderungan logam mengalami deformasi plastis

yang besarnya relatif tetap dilakukan dalam waktu lama pada suhu yang

tinggi.

9. Kegetasan (Brittlenes)

Merupakan sifat bahan yang mempunyai sifat berlainan dengan

keuletan.Sifat ini merupakan sifat pecah dari suatu material dengan sedikit

pergeseran permanen.

10. Keuletan (Ductility)

Merupakan kemampuan logam untuk mengalami hambatan retak

saat terjadi deformasi.

11. Keausan (Wearness)

Merupakan sifat material yang menyatakan terkikisnya penampang

yang besar sebelum terjadi patahan karena bergesekan dengan

logam/material lain.

Adapun faktor- faktor yang mempengaruhi sifat mekanik, diantaranya:

1. Kadar Karbon

Semakin tinggi kadar karbon maka kekerasan akan semakin tinggi,

namun akan menjadi rapuh. Kandungan karbon ini juga mempengaruhi

keuletan, ketangguhan, maupun sifat mampu mesinnya.

2. Homogenitas Struktur Mikro Bahan

Bentuk dan ukuran butir logam sangatlah berpengaruh. Untuk butiran

yang lebih besar akan membuat material tersebut mempunyai sifat ulet dan

sebaliknya, jika ukuran bentuk butiran kecil akan membuat material kerat

tetapi getas dan kaku.

3. Heat Treatment

Pada heat treatment yang dilakukan akanmenghasilkan mekanik logam

yang keras, kuat, tergantung pada jenis heat treatment yang dilakukan

pada material tersebut.

4. Unsur Kimia/Paduan

Unsur paduan akan mempengaruhi sifat mekanik baja. Beberapa unsur

paduan yang mempengaruhi sifat mekanik adalah:

a. Nikel (Ni)

Fungsinya meningkatkan kekerasan, ketahanan erosi, keuletan dan tahan

gesek.

b. Chromium (Cr)

Fungsinya untuk meningkatkan kekerasan, menambah karbida dan

menambah elastisitasnya.

c. Mangan (Mn)

Fungsinya untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan terhadap suhu

tinggi dan membuat mengkilap.

d. Silicon (Si)

Fungsinya meningkatkan kekenyalan dan kekerasan, meningkatkan

kekerasan dan menaikan titik kritis.

e. Molibdenum (Mb)

Dalam jumlah 0,1–0,6 % bisa meningkatkan kekuatan yang dimiliki baja.

f. Vanadium (V)

Fungsinya menaikkan kekerasan dan kekuatan baja, menurunkan

kandungan karbon eutectoid, jika bercampur Cr akan membuat baja jadi

tahan aus.

g. Cobalt (Co)

Fungsinya meningkatkan kekerasan dan daya tahan aus.

h. Boron (B)

Fungsinya menaikkan kekerasan. Pada kadar karbon kurang dari 0,6 %

akan menyebabkan rapuh.

i. Titanium (Ti)

Fungsinya sebagai deoksidasi dan efektif menambah pertumbuhan

butiran serta meningkatkan kekerasan baja.

5. Endapan

Reaksi pengendapan merupakan kebalikan dari reaksi pelarutan,

yang terjadi akibat proses pendinginan. Pengendapan dipengaruhi laju

waktu pendinginan.Pada laju waktu pendinginan cepat terjadi endapan

suatu fase dan laju pendinginan lambat dapat terjadi endapan dalam dua

fase sehingga pengendapan yang terjadi berpengaruh pada sifat

mekaniknya.

6. Cacat

Cacat terjadi kemungkinan besar selama proses pertumbuhan kristal

atau pada proses heat treatment (perlakuan panas). Cacat ini dibedakan

menajdi cacat titik, cacat garis, cacat bidang, dan cacat ruang. Cacat yang

terjadi pada baja menyebabkan kerusakan pada struktur baja misalnya

terjadinya kekosongan (vacancy), sisipan dan slip. Kerusakan ini

menyebabkan menurunnya sifat mekanik baja.

Dalam membahas sifat mekanik, tentunya kita juga mengenal

pembebanan. Ada 3 macam pembebanan, yaitu:

1. Pembebanan Statik

Merupakan pembebanan yang sifatnya static atau besarnya tetap atau

berubah dengan sangat lambat.

2. Pembebanan Dinamik

Merupakan pembebanan yang besarnya beban berubah-ubah atau dinamis.

3. Pembebanan Variying

Merupakan pembebanan yang bebannya dapat ditambahkan secara kontinyu

dan berbeda-beda.

1.1.3 Perlakuan Panas

Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan material

yang terkontrol dengan tujuan mendapatkan sifat mekanik serta struktur

material sesuai dengan yang diinginkan. Secara umum proses perlakuan

panas adalah sebagai berikut:

a. Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula

(Heating)

b. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya

merata (Holding)

c. Pendinginan dengan media pendingin, yaitu: air, oli atau udara (Cooling)

Macam-macam perlakuan panas, yaitu:

A. Perlakuan Panas Fisik

Merupakan suatu proses yang diberikan pada material secara langsung

untuk mengubah struktur fisik suatu material agar didapatkan sifat mekanik

yang diinginkan.

Secara umum,perlakuan panas fisik dibagi menjadi 4, yaitu:

1. Hardening

Merupakan perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh

kekerasan maksimum pada logam baja.Baja tersebut dipanaskan dan

selanjutnya ditahan. Untuk baja eutectoid dipanaskan sampai (20-30)oC di atas

AC3 dan untuk baja hyper-eutectoid dipanaskan sampai (20-30)oC di atas AC1,

kemudian didinginkan cepat di dalam air atau tergantung pada komposit

kimia, bentuk dan dimensinya. Kecepatan pendinginan harus sesuai supaya

terjadi transformasi yang sempurna dari austenite menjadi martensit yang

bersifat keras dan getas. Kekerasan maksimum yang dicapai tergantung kadar

karbon. Semakin tinggi kadar karbon semakin tinggi kekerasan maksmimum

yang didapat.

Gambar: Daerah Temperatur Perlakuan PanasHardeningSumber : Anonymous , 2014

2. Annealing

Merupakan perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan

keuletan, menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butiran dan

meningkatkan sifat mampu mesin.Prosesnya adalah dengan memanaskan

material sampai temperatur tertentu, diholding beberapa saat, kemudian

didinginkan secara perlahan dalam dapur pemanas atau media

terisolasi.Terdapat beberapa macam annealing antara lain :

a. Full annealing

b. Processing annealing

c. Globular pearlite annealing

d. Isothermal annealing

e. Interdifusion annealing

f. High tempering flaw temperatur annealing

g. Recrystalisatiion annealing

Tabel Macam – macam Annealing

Type of Annealing Steels subject to the process

Heating tempature oC

Cooling rate Purpose

Full Annealing Hypoculectoid eutectoid, small and medium

AC3 +20-30AC1 +20-30

Down to 500-600oC at a rate

1. Softening2. Stress

Relieving

size steel casting of:1) 50-100oC per

hour for carbon steel

2) 20-60oC per hour for alloy steels

3. Structer

Processing Annealing

Hypocutectoid Between AC1

and Ac3

Ditto 1. Softening2. Stress reliving

Spheroidising (globular parlite Annealing)

Hyper-eutectoid AC1 +20-30 Down to 500-600oC at a rate of 20-30oC per hour

1. Softening2. Improvement

of machinability (cutting)

3. Improvement of cold broaching.

4. Preparation of structure for subsequent Hardening.

Isothermal Annealing

Chielly for alloy steels

AC3 +20-30AC1 -20-30

Rapid cooling down to AC1 -20-30, holding at the said temperatur followed by air cooling.

The same as for full Annealing

Interdiflusion Annealing (homogentnation)

Large steel casting and ingots

AC3+150-250

With the funace To eliminate coarse cast structure and segregation.

High Tempering flow temperatur Annealing

Hypereulectoid and high-alloy structure steels

AC1 -15-30 With the furnace or in the air

1. Softening2. Stress reliving3. Improvement

of machinability

Recryslallisation Annealing

All grades of steels following cold working

Ref. to Tabel 5.3 Regeneration of structure after cold working

Sumber : Komenichny,I. ( 1968 : 70 – 80 )

3. Normalizing

Perlakuan panas yang digunakan untuk mengharuskan struktur butiran

yang mengalami pemanasan berlebihan (overheated), menghilangkan

tegangan dalam meningkatkan permesinan dan memperbaiki sifat mekanik

material. Prosesnya dengan pemanasan sampai (30-50)oC di atas AC3 dan

didinginkan pada udara sampai temperatur ruang. Pendinginan di sini lebih

cepat dari pada full annealing, sehingga paerlite yang terjadi menjadi lebih

halus sehingga menjadi lebih keras dan kuat disbanding yang diperoleh

annealing. Normalizing juga menghasilkan struktur kimia yang lebih homogen

sehingga akan memberi respon yang baik terhadap proses pengerasan

(hardening). Karena itu baja yang akan dikeraskan perlu di-normalizing

terlebih dahulu. Pada normalizing tidak dilakukan pemanasan terlalu tinggi

karena butir kristal autenit yang terjadi akan terlalu besar sehingga pada

pendinginan lambat dan diperoleh butir pearlite atau ferrite yang kasar dan

mengakibatkan berkurangnya keulutan atau ketangguhan.

Gambar: Proses NormalizingSumber: Anonymous , 2014

4. Tempering

Digunakan untuk mengurangi tegangan dalam melunakan bahan

setelah di hardening dan meningkatkan keuletan.Hal ini karena baja yang

dikeraskan dengan pembentukan austenite biasanya sangat getas, sehingga

tidak cukup baik untuk berbagai pamakaian.Pembentukan austenite juga

meninggalkan tegangan sisa yang sangat tinggi dan kurang

menguntungkan.Karena itu biasanya setelah pengerasan diikuti

tempering.Prosesnya adalah dengan memanaskan baja berstruktur austenite

sampai dibawah suhu kritis, ditahan kemudian didinginkan dengan kecepatan

tinggi untuk menghasilkan austenite, kemudian dipanaskan kembali pada

temperatur di bawah temperatur eutectoid untuk melunakan austenite dengan

mengubah strukturnya menjadi hyper-eutectoid besi karbid dalam ferrite.

Tempering dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Martempering

Merupakan perbaikan dari prosedur quenching dan digunakan untuk

mengurangi distorsi dan chocking selama pendinginan. Martempering

merupakan proses perlakuan panas dengan celup terputus yang diikuti

dengan proses pendinginan cepat agar terbentuk martensit temper.

Gambar: Proses MartemperingSumber : Anonymous , 2014

b. Austempering

Austempering merupakan celup terputus yang diikuti terbentuknya

struktur bainit.Tujuannya adalah meningkatkan ductility,ketahanan impact dan

mengurangi distorsi.Struktur yang dihasilkan adalah bainite.Pendinginan

dilakukan dengan quenching sampai transformasi menjadi bainite selesai.

Gambar: Proses AustemperingSumber : Anonymous , 2014

B. Perlakuan Panas Kimiawi

Merupakan suatu proses yang diberikan pada material untuk mengubah

struktur kimia dari material agar didapatkan sifat mekanik yang diinginkan.

Macam-macam perlakuan panas kimiawi:

1. Carburizing

Suatu proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan karbon. Baja

yang diikuti dengan hardening akan mendapatkan kekerasan permukaan yang

sangat tinggi, sedang bagian tengahnya tetap lunak. Macam carburizing:

a) Pack Carburizing

Prosesnya material dimasukkan dalam kotak yang berisi medium kimia

aktif padat.Kotak tersebut dipanaskan sampai 900-950oC.

Gambar: Pack CarburizingSumber : Anonymous , 2014

b) PasteCarburizing

Medium kimia yang digunakan berbentuk pasta.Prosesnya yaitu bagian

yang dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm kemudian

dikeringkan dan dimasukkan ke dalam kotak, prosesnya dilakukan pada

suhu 920-930oC.

Gambar: Paste Carburizing (pasta)Sumber : Anonymous , 2014

c) GasCarburizing

Prosesnya yaitu logam dilepaskan ke dalam atmosfir yang mengandung

karbon yaitu gas alam maupun gas buatan bainiteyang dipanaskan pada

suhu 850-900oC.

Gambar: Gas CarburizingSumber : Anonymous , 2014

d) LiquidCarburizing

Proses Carburizing dilakukan pada medium kimia akif cair, biasanya

menggunakan soda abu, NaCl, SiC, dan kadang-kadang dilengkapi NH4Cl.

Suhu proses antara 850-900oC.

Gambar: Liquid CarburizingSumber : Anonymous , 2014

2. Nitriding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan

nitrogen yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang agak lama

pada temperatur 480-650oC dalam lingkungan amoniak (NH3). Macam-

macamnya:

a. Straight Nitriding

Digunakan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan fatigue.

b. Anti Corosion Nitriding

Bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan.Derajat

kelarutan nitrogen yang dapat dicapai adalah 30-70oC.

Gambar: NitridingSumber : Anonymous , 2014

3. Cyaniding

Cyaniding adalah proses prnjrnuhan permukaan baja dengan unsur

karbon dan nitrogen untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan

kelelahan. Bila dilakukan di udara disebut karbonitriding. Prosesnya adalah benda yang

dikeraskan dimasukkan ke dalam dapur yang mengandung garam sianida

natrium, suhunya sedikit di atas daerah Austenit, lama pemanasan tergantung

pada permukaan yang dikeraskan.Benda kemudian dicelupkan ke dalam air

untuk mendapatkan permukaan yang keras.

Cyaniding biasa diaplikasikan dalam pembuatan baja khusus, salah satu

contoh adalah dalam pembuatan austenitic steel yaitu baja yang memiliki

struktur mikro berupa austenite pada suhu kamar, hal ini bertujuan untuk

memperoleh kekerasan baja yang tinggi.

Gambar: Proses CyanidingSumber : Anonymous , 2014

Macam-macam Cyaniding, antara lain:

a. High Temperature Liquid Cyaniding

b. High Temperature Gas Cyaniding

c. Low Temperature Liquid Cyaniding

d. Low Temperature Gas Cyaniding

e. Low Temperature Solid Cyaniding

4. Carbonitriding

Adalah kombinasi antara gas carburizing dan nitriding.Merupakan suatu

proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis

(suhu austenite) di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan

nitrogen.Dapat digunakan gas ammonia atau gas yang kaya karbon.Amonia

dan gas alami dialirkan mengenai material, material yang dihasilkan adalah

kombinasi antara besi karbida (dari karbon) dan besi nitrida (dari nitrogen).

Carbonitriding diaplikasikan pada komponen mesin untuk kendaraan

bermotor, antara lain: steering gears, cylinder heads, cylinder liners, valves

dan valves quiders, connecting rod.

5. Sulphating

Perlakuan panas dengan penjenuhan permukaan sulfur.

Gambar: Proses sulphatingSumber : Anonymous , 2014

C. Perlakuan Panas Permukaan

Proses pengolahan logam yang hanya dilakukan pada permukaan

specimen saja, dengan tujuan permukaan specimen menjadi keras dan inti

tetap ulet. Macamnya:

1. FlameHardening

Adalah proses pengerasan dalam waktu yang singkat. pemanasan

permukaan yang menggunakan nyala api oxyacetylene untuk pemanasan

permukaan logam, setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan

langsung didinginkan dengan cepat dengan cara disemprot dengan air.Proses

ini hanya dapat dilakukan untuk logam yang mengandung kadar karbon tinggi

atau sedang.

Gambar: Flame HardeningSumber : Anonymous , 2014

2. Induction HardeningInduction hardening adalah metode yang mirip dengan flame

hardening, namun sumber panasnya adalah arus listrik di dalam logam oleh

sebuah aliran induksi listrik. Yang dapat dikeraskan dengan metode ini adalah

konduktor atau semikonduktor. Blok induksi yang berfungsi sebagai kumparan

primer transformator ditempatkan di sekeliling benda yang akan dipanaskan.

Arus berfrekuensi tinggi yang melewati blok ini akan menimbulkan arus

induksi pada permukaan benda. Pendinginan dilakukan dengan menyemprot

air ke material.

Gambar: Induction HardeningSumber : Anonymous , 2014

3. Electrolite BathHardening

Proses pemanasan yang dilakukan dalam suatu larutan elektrolit yang

biasanya digunakan adalah 0% - 10%. Sodium – karbonal dan digunakan arus

DC. Pada tegangan tinggi 200 V – 220 V, dengan proses baja yang dipakai

sebagai katoda hingga terbentuk gelembung-gelembung tipis karena

konduktifitas dari gelembung hidrogen rendah sehingga arus meningkat cepat

pada katoda (baja) yang menyebabkan katoda mengalami pemanasan

temperatur tinggi (2000°C). Logam yang akan dikeraskan dicelupkan pada

electrolit. Setelah dipanaskan aliran listrik diputus dan elektrolit digunakan

sebagai media quenching.

Gambar: Electrolite Bath HardeningSumber : Anonymous , 2014

1.1.4 Diagram Fase Fe-Fe3C

Diagram fase adalah diagram yang menggambarkan kandungan unsur

unsur logam , suhu dan fase yang terbentuk dalam diagram tersebut. Diagram

ini sangat penting karena logam dapat memiliki beberapa fasa dan tiap-tiap

fasa memiliki struktur mikro sendiri dengan sifat yang berbeda-

beda.Kemunculannya bermacam-macam fasa.Umumnya terjadi pada padatan

logam (Solid Metal). Fase- fase terjadi pola antara lain karena pada suatu

kondisi lain logam tidak membentuk larutan. Contoh diagram fase Fe-Fe3C

adalah:

Gambar : Diagaram Fe-Fe3cSumber : Anonymous , 2014

Dari diagram diatas, dapat kita lihat pada proses pendinginan

perubahan struktur kristal dan struktur makro sangat bergantung pada

komposisi kimia. Pada kandungan karbon 0,83%C sampai 6,67%C terbentuk

struktur makro yang dinamakan cementite (Fe3C). Angka 6,67 berasal dari :

Keterangan diagram Fe-Fe3C :

0,008%C : batas kelarutan minimum karbon pada ferit pada temperature

kamar

0,025%C : batas kelarutan maksimum karbon pada ferit padatemperatur

723oC

0,083%C : titik eutectoid

2%C : batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1130oC

4,3%C : titik eutectic

Garis A0 :garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic dari

sementit

Garis A1 : garis temperature dimana terjadi austenite (gamma) menjadi

ferrit dalam pendinginan

Garis A2 : garis termperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada

ferit

Garis A3 : garis temperature dimana terjadi perubahan ferit menjadi

austenite(gamma) pada pemanasan

ACM : garis temperature transformasi dari fasa γ menjadi Fe3C

(cementit) yang ditandai pula dengan penurunan batas kelarutan

karbon seiring dengan turunnya temperature .

Garis A :garis yang menunjukan kandungan karbon dan transformasi baja

hypoeutectoid

Garis E : garis yang menunjukan transformasi baja eutectoid

Garis B : garis yang menunjukkan kandungan karbon dari baja

transformasi baja hypereutectoid

Garis liquidus : garis yang menunjukan awal dari proses

pendinginan(pembekuan)

Garis solidus : garis yang menunjukan batas antara austenite solid dan

austenite liquid.

Ada tiga macam transformasi paduan besi karbon, yaitu:

1. Transformasi Baja Eutectoid (0,83%)

Transformasi yamg dibahas adalah transformasi yang terjadi pada

kondisi equilibrium. Untuk pembahasan ini digunakan diagram fase Fe-Fe3C.

Baja eutectoid, paduan besi - karbon dengan kadar karbon, C = 0,83%

adalah paduan dengan komposisi eutectoid. Pada temperatur diatas garis

liquidus berupa larutan cair (liquid). Bila temperatur diturunkan secara

perlahan, pada saat mencapai garis liquidus (di titik 1) akan mulai terbentuk

inti austenite yang selanjutnya akan tumbuh menjadi dendrite austenite.

Pembekuan selesai di titik 2 (pada garis solidus).Seluruhnya sudah menjadi

austenite.Pada pendinginan selanjutnya tidak terjadi perubahan hingga

temperatur mencapai titik 3, di garis A1, temperatur kritis bawah. Di sini

austenite yang mempunyai komposisi eutectoid ini akan mengalami reaksi

eutectoid :

Austeniteferrite + cementite (pearlit)

Terbentuknya pearlite ini dimulai dengan terbentuknya inti cementite

(biasanya pada batas butir austenite). Inti ini akan bertumbuh dengan

mengambil sejumlah karbon dari austenite disekitarnya. Austenite itu akan

kehabisan karbon dan austenite dengan kadar karbon yang sangat rendah ini

pada temperatur ini akan menjadi ferrite (transformasi allotropik). Ferrite ini

juga akan bertambah, yaitu dengan mengambil molekulaustenite disekitarnya,

sehingga austenite disekitar ferriteakan berkurang dan mulai membentuk

cementite di sebelah ferrite yang ada. Demikian selanjutnya sampai seluruh

austenite habis, dan yang terjadi adalah suatu struktur yang berlapis-lapis

(lamellar) yang terdiri dari lamel-lamel cementite-ferrite-cementite.Struktur ini

dinamakan pearlite.

Gambar : Transformasi baja EutectoidSumber : Anonymous , 2014

2. Transformasi Baja Hypo-eutectoid (%C < 0,83%)

Sebagai contoh untuk pembahasan pada baja hypo-eutectoid ini diambil

baja dengan 0,25% C. Paduan ini akan mulai membeku pada titik 1 dengan

membentuk inti ferrite delta, yang nanti akan tumbuh menjadi dendrit ferrite

delta hingga temperatur mencapai titik 2 (temperatur eutectoid):

Ferrite delta + liquidaustenite

Pada paduan ini tidak semua liquid habis dalam reaksi itu, sehingga

pada temperatur sedikit dibawah titik 2 struktur terdiri dari liquid dan

austenite. Makin rendah temperatur makin banyak liquid yang menjadi

austenite sehingga pada titik 3 seluruhnya sudah menjadi austenite.

Perubahan berikutnya baru akan terjadi pada titik 4 (pada A3), akan

mulai terjadi transformasi allotropik γ menjadi α. Transformasi ini dimulai

dengan terbentuknya initi – inti ferrite pada batas butir austenite. Austenite

pada paduan ini mengandung 0,25% C sedang ferrite di temperatur ini hanya

mampu melarutkan sedikit sekali karbon, karena itu austenite yang akan

menjadi ferrite harus mengeluarkan kabonnya ssehingga sisa austenite akan

menjadi lebih kaya karbon. Makin rendah temperaturnya makin banyak ferrite

yang terjadi, makin tinggi kadar karbon pada sisa austenite (komposisi

austenite akan mengikuti garis A3). Pada saat mencapai titik 5 masih ada 0,25-

0,80% austenite, kadar karbonnya 0,80% (komposisi eutectoid). Sisa austenite

ini selanjutnya akan mengalami reaksi eutectoid menjadi pearlite. Pada

temperatur di bawah A1 paduan akan terdiri dari ferrite dan pearlite.

Setelah selesainya reaksi eutectoid ini struktur akan terdiri dari

ferritepro-eutectoid dan pearlite. Ferritepror-eutectoid adalah ferrite yang

terbentuk sebelum terjadinya reaksi eutectoid, istilah ini digunakan untuk

membedakannya dengan ferrite yang terbentuk pada saat reaksi eutectoid

(ferrite yang terdapat pada pearlite). Pada pendinginan selanjutnya sudah

tidak lagi terdapat perubahan fase dan strukturnya tetap terdiri dari butir-butir

kristal ferrite dan butir kristal pearlite. Pada mikroskop ferrite tampak putih

sedang pearlite berwarna agak kehitaman.

Gambar : Transformasi baja HypoEutectoidSumber : Anonymous , 2014

3. Transformasi Baja Hyper-eutectoid (%C > 0,83%)

Perhatikan suatu paduan dengan 1,3% C. Paduan mulai membeku pada

titik 1 dengan membentuk austenite dan pembekuan selesai di titik 2,

seluruhnya sudah berupa austenite. Selanjutnya tidak terjadi perubahan

sampai temperatur mencapai garis solvus Acm. Garis ini merupakan batas

kelarutan karbon dalam austenite, dan batas kelarutan ini makin rendah

dengan makin rendahnya temperatur. Pada titik 3 paduan telah mencapai

batas kemampuannya melarutkan karbon untuk temperatur itu. Pada

temperatur dibawah titik 3 kemampuan melarutkan karbon juga turun, berarti

harus ada karbon yang keluar dari larutan (austenite). Dan memang dengan

pendinginan lebih lanjut akan terjadi pengeluaran karbon, hanya saja karbon

yang keluar ini akan berupa cementite, dan cementite ini akan mengendap

pada batas butir austenite. Makin rendah temperatur paduan makin banyak

cementite yang mengendap pada batas butir austenite, dan austenite sendiri

akan makin kaya Fe, dan pada temperatur titik 4, komposisi austenite tepat

mencapai komposisi eutectoid. Pada temperatur eutectoid ini austenite akan

mengalami reaksi eutectoid menjadi pearlite.

Cementite yang mengendap pada batas butir austenite tidak

membentuk butiran seperti halnya ferrite (yang terbentuk setelah melewati

garis A1), tetapi hanya mengumpul pada batas butir austenite, menyelubungi

butir austenit, karena itu cementite seperti ini dinamakan cementite network.

Secara tiga dimensi jaringan cementite ini sebenarnya merupakan lempengan

yang kontinyu dan membungkus austenite.

Di temperatur eutectoid butir austenite bertransformasi menjadi

pearlite sedang cementite sudah tidak lagi mengalami transformasi, sehingga

strukturnya setelah selesainya reaksi eutectoid akan berupa pearlite yang

terbungkus oleh jaringan cementite. Struktur ini tidak akan berubah lagi pada

pendinginan sampai temperatur kamar.

Gambar : Transformasi baja HiperEutectoidSumber : Anonymous , 2014

1.1.5 Diagram TTT

Diagram TTT (Time – Temperature – Transformation) adalah suatu

logam yang menghubungkan transformasi austenite terhadap temperature

dan waktu. Jika dilihat digrafik, diagram TTT mempunyai nama lain yaitu

diagram S atau C. Proses perlakuan panas digunakan untuk memperoleh

struktur baja yang diinginkan agar sesuai dengan penggunaaan yang

direncanakan. Struktur yang diperoleh adalah perubahan transformasi dari

awal. Proses transformasi ini dapat dibaca menggunakan diagram fasa

(namun untuk keadaan tidak setimbang diagram fasa tidak dapat

dipergunakan). Untuk keadaan seperti ini digunakan diagram TTT. Melalui

diagram ini, dapat dipelajari tentang kelakuan baja pada setiap tahap

perlakuan panas, diagram ini juga dapat digunakan untuk memperkirakan

struktur dan sifat mekanik dari baja diquenching dari temperatur austenisasi

ke temperatur rendah.

Gambar : Diagram TTTSumber : Anonymous , 2014

Dalam perlakuan panas pada baja, biasanya pemanasan dilakukan

hingga temperatur austenitnya, kemudian ditahan pada temperatur tertentu

untuk beberapa saat, lalu didinginkan dengan laju tertentu.Struktur mikro

yang terbentuk dipengaruhi oleh laju pendinginan.

Kurva sebelah kiri menunjukkan saat mulainya Transformasi isothermal

dan kurva sebelah kanan menunjukkan saat berakhirnya transformasi

isothermal. Titik paling kiri kurva sebelah kiri awal transformasi yang disebut

nose (hidung). Transformasi diatas nose akan menghasilkan pearlite dan

dibawah nose akan menghasilkan bainite, dan apabila transformasi

berlangsung lebih rendah lagi akan terbentuk martensite.

Gambar laju pendinginan 1 dan 2 menunjukkan proses laju pendinginan

cepat. Dalam kasus ini, kurva 1 akan menyebabkan distorsi tegangan dalam

yang lebih tinggi dari dari laju pendinginan 2. Hasil akhir dari laju pendinginan

kurva 1 adalah martensite dan austenite. Laju pendinginan kurva 2 dikenal

sebagai Critical Cooling Ratio (CCR), didefinisikan sebagai laju pendinginan

yang mampu menghasilkan 100% martensite dengan distorsi dan tegangan

dalam paling kecil.

Kurva 3 menunjukkan proses quenching terinterupsi (garis horizontal

menunjukkan interupsi) dengan cara mencelupkan material ke dalam larutan

garam dan perendaman dilakukan pada temperatur konstan diikuti dengan

proses pendinginan yang melalui daerah Bainite yang bersifat tidak sekeras

austenite. Hasil dari laju pendinginan 3 adalah dimensi lebih stabil, distorsi

lebih kecil, interval stress lebih kecil yakni bainite dan martensite.

Dari kurva pendinginan 4 menunjukkan proses pendinginan yang

lambat seperti pada pendinginan dapur. Sebuah contoh pendinginan lambat

adalah proses annealling, dimana semua austenite berubah menjadi pearlite

sebagai hasil pendinginan lambat. Terkadang kurva pendinginan menyentuh

bagian tengah dari kurva transformasi yang merupakan daerah austenite

pearlite.

1.1.6 Diagram CCT

Gambar : Diagram CCTSumber : Anonymous , 2014

Diagram CCT (Cooling – Countinous – Transformation) adalah diagram

yang sering digunakan pada proses perlakuan panas pada saat kondisi

pendinginan yang terus menerus (continous cooling). Pada proses perlakuan

panas, pedinginan cenderung terjadi secara kontinyu daripada pedinginan

secara Isothermal. Letak kurva tranformasi akan bergeser jika transformasi

berlangsung pada temperatur yang menurun. Karena itu perlu dibuat suatu

diagram transformasi untuk pendinginan yang kontinyu.

Diagram transformasi seperti diatas dinamakan diagram pendinginan

kontinyu atau diagram CCT (Continous Cooling – Transformation). Diagram ini

agak berbeda dengan diagram TTT. Kurva bergeser sedikit ke kanan bawah

karena kadar karbon pada baja. Pada diagram CCT kecenderungan terbentuk

martensite lebih cepat/besar karena pergerseran kurva tersebut.Pada proses

pendinginan lambatakan menghasilkan struktur mikro pearlite. Pada proses

pendinginan sedang akan menghasilkan struktur mikro bainite dan pearlitedan

martensite. Pada proses pendinginan cepat akan menghasilkan struktur mikro

martensite.

1.1.7 Pergeseran Titik Eutectoid

Diagram fase Fe-Fe3C dibuat tahap unsur paduan. Jika terdapat unsur

paduan, maka diagram akan mengalami pergeseran. Pergeseran titik

eutectoid yang terjadi dapat diubah dari diagram di bawah ini:

Gambar: Pengaruh Paduan Terhadap Suhu Dan Komposisi EutectoidSumber : Anonymous , 2014

Dari diagram di atas, terlihat komposisi unsur paduan mempengaruhi

komposisi eutectoid dan suhu (gambar b). Unsur paduan bergeser dari

temperatur eutectoid 723⁰C menjadi naik atau turun tergantung jenis dan

besarnya unsur paduan yang ditambahkan.

Pergeseran diagram fase dapat dihitung dari pergeseran titik eutectoid

(perpotongan Al3 dan ACm)

TC = ∑c=a

(TCX %C)

∑c=a

%C

%C = ∑c=a

(TCX %C)

∑c=a

TC

Contoh perhitungan :

Spesimen dengan komposisi kimia (Cr = 12% ; Mn = 0,3% ; Si = 0,2%)

Pergeseran titik eutectoid

Loga

m

Komposi

si

Suhu

Eutectoid %C

Cr 12% 840⁰C 0,37

Mn 0,30% 720⁰C 0,76

Si 0,20% 730⁰C 0,76

TC = ∑c=a

(TCX %C)

∑c=a

%C

= (840 x0.37 )+ (720 x 0.76 )+(730 x0.76)

(0.37+0.76+0.76)=747,40C

%C = ∑c=a

(TCX %C)

∑c=a

TC

= (840 x0.37 )+ (720 x 0.76 )+(730 x0.76)

(840+720+730)=0,76 %

Keterangan :Fe – Fe3C :

Pergeseran :

Gambar: Grafik Pergeseran Tititk EutectoidSumber : Anonymous , 2014