BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebagai upaya mencari sifat logam yang sesuai dengan yang
dibutuhkan diantaranya adalah dengan cara perlakuan panas. Perlu
tidaknya perlakuan panas dan bagaimana perlakuan panas yang
dilakukan tergantung pada sifat coran dan penggunaanya. Yang
dimaksud dengan perlakuan disini adalah proses untuk memperbaiki
sifat-sifat dari logam dengan jalan memanaskan coran sampai
temperatur yang cocok dibiarkan beberapa waktu pada temperatur
itu,kemudian didinginkan ke temperatur yang lebih rendah dengan
kecepatan yang sesuai. Selain perlakuan panas yang dilakukan sifat
mekanis baja juga akan dipengaruhi oleh proses pendinginan yang
dilakukan, apakah ada perbedaan perubahan sifat mekanis dari baja
yang diperlakukan panas dengan proses pendinginan yang berbeda
adalah satu hal yang dicari dalam penulisan ini. Sifat mekanik
tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi
juga tergantung pada struktur mikronya. Suatu paduan dengan
komposisi kimia yang sama dapat memiliki strukturmikro yang
berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro
tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses
laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.Ketahanan panas
pada stainless steel merupakan hal penting pada bidang teknik
karena baja stainless steel memiliki ketahan terhadap panas yang
tinggi. Transformasi merupakan bantuan yang sesuai untuk masalah
tersebut. Oleh karena itu digunakan proses hardening dan
normalizing untuk proses transformasi. Transformasi ini berperan
penting untuk menentukan nilai kekerasan dan perubahan struktur
mikro yang terjadi.
1
1.2Tujuan PercobaanTujuan dari percobaan ini adalah untuk
mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap perubahan sifat
mekanik (kekerasan) logam sebagai ukuran ketahan beban terhadap
deformasi plastis. Nilai kekerasan disini dinyatakan dalam
kekerasan Rockwell (HR).
1.3 Batasan MasalahDalam percobaan perlakuan panas yang
dilakukan pokok batasan masalahnya adalah media pendingin berupa
air, oli dan udara dengan spesimen yang digunakan menggunakan baja
AISI 1045.
1.4 Sistematika PenulisanPenulisan laporan ini dibagi menjadi
enam bab. Dimana bab I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan
percobaan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II
menjelaskan mengenai tinjauan pustaka, bab III menjelaskan mengenai
metode percobaan, bab IV menjelaskan mengenai hasil percobaan serta
pembahasan, dan bab V mengenai kesimpulan dan saran dari percobaan.
Lampiran berisikan tentang contoh perhitungan, jawaban dari tugas
yang diberikan, gambar alat dan bahan, dan disertakan blangko
percobaan.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1Defenisi Heat treatment (Perlakuan Panas)Perlakuan panas
adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan
padat untuk mengubah sifat-sifat mekaniknya. Baja dapat dikeraskan
sehingga tahan aus dan kemampuan memotong meningkat atau dapat
dilunakan untuk memudahkan proses pemesinan lanjut. Melalui
perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan,
ukuran butir dapat diperbesar atau diperkecil. Selain itu
ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang
keras disekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan
panas tepat, komposisi kimia baja harus diketahui karena perubahan
komposisi kimia, khususnya karbon dapat mengakibatkan perubahan
sifat-sifat fisis. [Avner 1974].
2.2Mengenal proses Heat treatmentHeat treatment adalah proses
pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan
terhadap logam atau paduan dalam keadaan fasa padat, sebagai suatu
langkah yang dilakukan untuk memperoleh sifat-sifat tertentu.
Proses perlakuan panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan,
dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu
diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, setelah itu
dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.
2.3Klasifikasi Heat treatment2.3.1 Near Equilibrium (Mendekati
Kesetimbangan)Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near
Equilibrium ini diantaranya adalah untuk melunakkan struktur
kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan
memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas Near
Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief
Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan
Homogenizing.
Gambar 2.1 Heat treatment near equilibrium
Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita tarik benang merah
bahwa secara umum perlakuan panas dengan kondisi Near Equilibrium
itu dapat disebut dengan annealing.Annealing ialah suatu proses
perlakuan panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap
logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari
proses annealing ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan)
sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi
selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang
diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju
pendinginan yang cukup lambat. Terdapat beberapa jenis annealing
tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature
pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling
rate), dll. Sehingga kita akan mengenal dengan apa yang disebut :
1. Full Annealing (annealing)2. Stress relief Annealing3. Process
annealing4. Spheroidizing5. Normalizing 6. Homogenizing.
2.3.2 Non Equilirium (Tidak setimbang)Tujuan umum dari perlakuan
panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk mendapatkan kekerasan
dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non
Equibrium, misalnya Hardening, Martempering, Austempering, Surface
Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening,
Induction hardening)
2.4Jenis-jenis pengerasan permukaan 2.4.1 KarburasiCara ini
sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi
dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon,
baik dalan bentuk padat, cair ataupun gas. Beberapa bagian dari
cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan karburasi
gas.
2.4.2 KarbonitridingKarbunitriding adalah suatu proses
pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas temperatur
kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan
nitrogen. Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan
lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat
diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang tahan
antara 0,80 sampai 0,75 mm.
2.4.3 SianidingSianiding adalah proses dimana terjadi absobsi
karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja
karbon rendah yang sulit dikeraskan.
2.4.4 NitridingNitriding adalah proses pengerasan permukaan yang
dipanaskan sampai 510c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa
waktu.
2.5 Diagram Transformasi IsotermalDiagram fasa Fe3C befungsi
sebagai panduan yang tepat untuk memilih temperatur yang tepat
untuk berbagai proses perlakuan panas dan dapat digunakan untuk
memprediksi setelah dilakukan perlakuan panas. Meskipun demikian
diagram tersebut tidak menggambarkan pengaruh dari berbagai laju
pendinginan, waktu pemanasan atau struktur yang dapat diperoleh
bila pencelupan ditahan pada temperatur tertentu. Diagram
transformasi isothermal atau dikenal juga sebagai diagram time
temperature transformation atau kurva S dapat memberi informasi
tersebut. Dengan mempergunakan diagram ini dapat dilihat perubahan
struktur bila logam dibiarkan pada temperatur konstan
tertentu.Dengan demikian waktu transformasi strart dan finish
pembentukan fasa dapat diketahui, begitu pula struktur yang akan
diperoleh. Untuk memperoleh struktur martensit, baja harus
dicelupkan dengan sedemikian cepat sehingga kurva pendinginan tidak
memotong kurva transformasi. Bentuk umum dari kurva
waktu-suhu-transformasi berbeda untuk jenis baja yang berlainan,
tergantung pada kadar karbon, unsur paduan dan besar butir
austenit. adanya unsur paduan dalam baja dapat menggeser kurva S ke
kanan, sehingga memperpanjang waktu transformasi baja untuk
mempunyai struktur. Pada baja karbon, kurva akan bergeser ke kiri
dengan menurunnya kadar karbon. Oleh karena itu cukup sulit untuk
memperoleh martensit dengan pencelupan baja hipereutektoid. Baja
karbon dengan komposisi eutektoid lebih mudah dikeraskan.
2.6Efek pada Struktur MikroPada proses pembuatannya, penambahan
material untuk mencapai komposisi yang diinginkan dilakukan pada
saat baja berbentuk cair. Setelah itu dilakukan pendinginan, maka
baja mulai berubah menjadi fasa padat pada temperatur 13500C, pada
fasa ini lah mulai berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan
struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat
treatment.Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka
akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai
dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada
berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase
Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).
Gambar 2.2 Equilibrium phase diagram for iron iron carbide
system (f.c. c.face centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)
2.7 Heat treatment dengan Pendinginan Tak MenerusJika suatu baja
didinginkan dari temperatur yang lebih tinggi dan kemudian ditahan
pada temperatur yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan
menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat
pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Gambar 2.3 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn
steel
Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya temperaatur
pemanasan, lamanya pemanasan karena semakin lama pemanasannya akan
timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan
menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
2.8Jenis Perlakuan Heat treatment 2.8.1QuenchingPerlakuan baja
ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga fasa austenit dan
didinginkan secara cepat (lihat diagram CCT baja karbon rendah).
Media pendinginan cepat seperti air, oli, garam atau media
pendingin lainnya. Tujuan utama perlakuan ini untuk meningkatkan
kekerasan baja.Quenching merupakan salah satu teknik perlakuan
panas yang diawali dengan proses pemanasan sampai temperatur
austenit (austenisasi) diikuti pendinginan secara cepat, sehingga
fasa austenit langsung bertransformasi secara parsial membentuk
struktur martensit. Austenisasi dimulai pada temperatur minimum 50C
di atas Ac3, yang merupakan temperatur aktual transformasi fasa
ferit, perlit, dan sementit menjadi austenit. Temperatur pemanasan
hingga fasa austenit untuk proses quenching disebut juga sebagai
temperatur pengerasan (haardening temperatur). Dan setelah mencapai
temperatur pengerasan, dilakukan penahanan selama beberapa menit
untuk menghomogenisasikan energi panas yang diserap selama
pemanasan, kemudian didinginkan secara cepat dalam media pendingin.
Pada percobaan kami media pendingin yang didinginkan adalah
air.Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat
kekerasan tinggi. Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan tarik dan
kekuatan luluh, melalui transformasi austenit ke martensit. Proses
quenching akan optimal jika selama proses transformasi, struktur
austenit dapat dikonversi secara keseluruhan membentuk struktur
martensit. Hal-hal penting untuk menjamin keberhasilan quenching
dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, adalah temperatur
pengerasan, waktu tahan, laju pemanasan, metode pendinginan, media
pendingin dan hardenability.Quenching adalah proses pendinginan
secara cepat setelah mengalami pemanasan. Ada tiga tingkatan
pendinginan, yaitu:1. Vapor-blanket Cooling stage Tahap pertama,
suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching menguap pada
permukaan logam.2. Vapor-transport Cooling Stage Proses ini dimulai
ketika logam didinginkan pada suhu uap air dan film tidak stabil.
Permukaan logam basah oleh medium quenching dan titik didih yang
tinggi. Tahapan ini merupakan proses pendinginan yang paling
cepat.3. Liquid Cooling Stage Proses ini dimulai ketika suhu
permukaan logam mencapai titik didih. Tahapan ini merupakan proses
yang paling lambat. 2.8.2 Pengerjaan Normalisasi
(Normalizing)Normalizing merupakan proses pemanasan 100oF diatas
temperatur kritis atas sekitar temperatur 1000oF-1250oF. Tujuan
proses ini adalah untuk menghasilkan baja yang lebih kuat dan keras
diibandingkan dengan baja hasil proses full annealing,jadi aplikasi
penerapan dari proses normalizing digunakan seba gai final
treatment.Pengerjaan ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga
menjadi fasa austenit penuh dan didinginkan di udara (pendinginan
tungku) hingga mencapai suhu kamar. Fasa yang dihasilkan
berstruktur ferrite dan pearlite tergantung komposisi unsure
karbon.Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang halus,
sehinga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yiel
strength, UTS, kekerasan, dan impact strength akan lebih tinggi
dari pada hasil full annealling. Normalizing dapat juga dilakukan
pada benda hasil tempa untuk menghilangkan tegangan dalam dan
menghaluskan butiran kristalnya. Sehingga sifat mekanisnya menjadi
lebih baik. Normalizing dapat juga menghomogenkan struktur mikro
sehingga dapat memberi hasil yang bagus dalam proses hardening,
sehingga ummnya sebelum dihardening baja harus di normalizing
terlebih dahulu.Pada normalizing pemanasan sebaiknya tidak terlalu
tinggi karena butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu
besar, sehingga pada pendinginan cepat ferit proeutektoid akan
membentuk struktur Widmanstaten yang berupa pelat-pelat ferrit yang
sejajar, yang tumbuh didalam butir kristal austenit kasar yang akan
menurunkan keuletan/ketangguhan suatu baja. Pada pendinginan yang
agak cepat inti ferrit proeutektoid tidak tumbuh secara normal
menjadi butir-butir kristal, tetapi akan tumbuh dengan cepat
membentuk ferrit berupa pelat kearah bidang kristalografik tertentu
didalam butir austenit.Normalizing menyebabkan letak titik
eutektoid juga akan berubah menjadi lebih kekiri untuk baja
hypereutektoid, jadi titik eutektoid tidak lagi 0,8% C. Pendinginan
yang lebih cepat akan menyebabkan lamel sementit pada perlit
menjadi lebih tipis juga sementit network pada baja hipereutektoid
menjadi lebih tipis atau terputus-putus. Normalizing pada umumnya
menghasilkan struktur yang halus, sehingga baja dengan komposisi
kimia yang sama akan memiliki yiel srength, UTS, kekerasan, dan
impak strength akan lebih tinggi dari pada hasil full
annealing.
2.8.3 TemperBaja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak
cocok untuk digunakan. Melaui temper, kekerasan dan kerapuhan dapat
diturunkan sampai memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun,
kekuatan tarik akan turrun pula sedangkan ketangguhan dan keuletan
baja akan meningkat. Proses temper terdiri dari pemanasan kembali
dari baja yang telah dikeraskan pada suhu dibawah suhu kritis,
disusul dengan pendinginan. Meskipun proses ini menghasilakn baja
yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil karena di
sini sefat-sidat fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Struktur
akhir anil temper baja yang dikersakan dissebut martensit
temper.Temper dimungkinkan oleh karena struktur martensit tidak
stabil. Temper pada suhu rendah antara 150-230oC tidak akan
menghasilkan penurunan kekerasan yang berarti, karena pemanasan
akan menghilangkan tegangan dalam terlebih dahulu. Bila menjadi
martensit terurai lebih cepat dan sekitar 305oC perubahan fasa
menjadi martensit temper berlangsung dengan cepat.Proses temper
terdiri dari prespitasi dan penggumpalan atau pertumbuhan sementit.
Pengendapan sementit terjadi pada 315oC diiringi dengan penurunan
kekerasan. Peningkatan suhu akan mempercepat penggumpalan karbida,
sementara kekerasan turun terus.Unsur paduan mempunyai pengaruh
yang berarti atas temper, pengaruhnya menghambat laju pelunakan
sehingga baja paduan akan memerlukan suhu temper yang lebih tinggi
untuk mencapai kekerasan tertentu. Pada proses temper perlu
diperhatikan suhu maupun waktu. Meskipun pelunakan terjadi pada
saat-saat pertama setelah suhu temper dicapai, selama pemanasan
(yang cukup lama) terjadi penurunan kekerasan. Biasanya baja
dipanskan sampai suhu tertentu kemudian dibiarkan cukup lama sampai
duhu merata.Ada dua proses khusus di mana diterapkan pencelupan
tertunda. Baja yang dikeraskan dicelup dalam dapur garam pada suhu
yang lebih rendah sebelum didinginkan lebih lanjut. Proses yang
dikenal dengan nama austemper dan martemper memungkinkan
diperolehnya sifat fisik khusus.
2.8.4 Austemper Proses pencelupan tertunda seperti tampak pada
diagram 3.5 disebut austemper. Austenit mengalami transformasi
isotermal dan berubah menjadi bainit (bainete) yang keras. Benda
atau bagian harus dicelup dengan cepat sampai mencapai suhu yang
tepat, tanpa memotong ujung kurva diagram transformasi. Baja
dibiarkan diatas garis Ms akan tetapi dibawah 430oC.Bila dibiarkan
cukup lama, akan diperoleh struktur bainit. Di bawah mikroskop
struktur bainit mirip dengan martensit, akan tetapii bainit lebih
ulet dibandingkan dengan martensit temper. Proses ini diterapkan
unutk benda yang kecil dengan kemampuan pengerasan yang baik.
BAB III
METODE PERCOBAAN
3.1Diagram Alir PercobaanBerdasarkan pelaksanaan praktek yang
telah dilakukan dapat ditentukan langkah-langkah percobaan yang
harus dilakukan yaitu sebagai berikut :Menyiapkan 4 buah spesimen
baja AISI - 1045
Memasukkan 3 buah sampel ke dalam muffle furnace sampai
temperature 9000CMenahan temperature selama 20 menitMendinginkan
sampel dengan media air oli dan udaraMenghaluskan specimen dengan
ampelas atau grindingPembahasanKesimpulanLiteraturMelakukan uji
kekerasanData percobaan
Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan
3.2 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat yang digunakan1. Muffle furnace2.
Stopwatch3. Tang penjepit4. Sarung tangan5. Mesin
grinding/ampelas6. Alat pengujian kekerasan7. Crusible3.1.2 Bahan
yang digunakan1. Spesimen baja AISI 1045 (4 buah)2. Media pendingin
(air, udara,dan oli)
3.3 Prosedur Percobaan 1. Menyiapkan spesimen sebanyak 4 buah.2.
Memasukkan 3 spesimen ke dalam Muffle furnace dan nyalakan furnace.
3. Mengatur suhu hingga temperatur 9000C .4. Melakukan penahanan
temperatur pemanasan selama 20 menit.5. Spesimen pertama, kedua,
dan ketiga berurutan didinginkan dengan air, oli, dan udara
bebas.6. Haluskan permukaan ketiga spesimen tersebut dengan mesin
grinding/ampelas.7. Memilih indentor yang digunakan sesuai dengan
benda uji dan atur pembebanannya, yaitu untuk baja AISI 1045 yang
telah di heat treatment menggunakan beban 150kgF Rockwell
Bsedangkan yang non heat treatment menggunakan beban 100kgF
Rockwell C8. Memasang indentor dan meletakkan benda uji pada
tempatnya.9. Melakukan proses pengujian kekerasan.10. Mencatat
hasil yang didapat
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil PercobaanBerdasarkan hasil percobaan perlakuan panas
yang telah dilakukan pada laboratorium metalurgi didapatkan data
sebagai berikut.
Tabel 4.1 Data hasil percobaanNoBahanTemperature
(C)Holding(menit)PerlakuanHardnessAverage HardnessVickers Hardness
(VHN)
1AISI 104590020Quenching media air24 HRC22 HRC29 HRC97.5
HRC266.25
2AISI 104590020Quenching media oli 84 HRB86 HRB87 HRB25
HRB172.85
3AISI 104590020Normalizing79 HRB79 HRB80 HRB85.6 HRB152
4AISI 104525 -Non Heat treatment97 HRB98 HRB97.5 HRB79.3
HRB234
Dibawah ini adalah diagram batang yang diperoleh dari percobaan
perlakuan panas :
Gambar 4.1 Diagram Batang Hasil Heat treatment
4.2 PembahasanBerdasarkan percobaan yang telah dilakukan
didapatkan nilai kekerasan yang berbeda dengan sampel yang sama
yaitu baja AISI 1045 pada tiap perlakuan. Perlakuan panas yang
dilakukan adalah quenching air, quenching oli, normalizing,
sedangkan satu sampel lainnya tidak diberikan perlakuan panas
sehingga nilai kekerasannya asli baja tersebut. Perbedaan nilai
kekerasan ini berhubungan dengan struktur mikro serta fasa yang
dihasilkan seperti yang terlihat dari diagram batang
diatas.Berdasarkan gambar 4.1 spesimen yang mempunyai nilai
kekerasan paling tinggi yaitu spesimen dengan media pendinginan air
dimana laju pendinginannya akan sangat cepat sehingga dihasilkan
struktur mikro berupa fasa martensit yang mempunyai sifat mekanis
yang keras dan getas. Struktur mikro martensit ini terjadi akibat
adanya karbon yang terjebak didalan kisi kristal yang tidak
mempunyai waktu cukup untuk berdifusi meinggalkan struktur FCC yang
bertransformasi menjadi BCC, sehingga karbon yang terjebak tersebut
merubah bentuk kisi yang seharusnya BCC menjadi BCT(Body Center
Tetragonal). Selain adanya pengaruh dari perubahan kisi kristal,
penyebab spesimen ini mempunyai nilai kekerasan paling tinggi
lainnya yaitu pada pendinginan cepat dihasilkan tegangan-tegangan
sisa yang terjebak didalam sampel, karena itu tegangan sisa ini
turut berperan dalam menaikkan nilai kekerasan. Walaupun pada baja
yang didinginkan dengan media air ini mempunyai struktur martensit,
namun struktur ini tidak terbentuk 100% dikarenakan sampel baja
AISI 1045 ini mempunyai kadar karbon sebesar 0.45% dimana kadar
karbon ini mempunyai titik martensit finish yang berada pada
temperature dibawah 00C sehingga untuk pendinginan menggunakan
media air masih menyisakan fasa austenit sisa yang belum sempat
bertransformasi menjadi martensit.Pada spesimen yang didinginkan
dengan media oli mempunyai nilai kekerasan 172.85 VHN dimana
mempunyai urutan ketiga dalam nilai kekerasan baja pada percobaan
ini. Hal ini dapat terjadi karena oli mempunyai laju pendinginan
yang sedang. Dimana hasil dari pendinginan menggunakan oli ini
menghasilkan fasa bainit dengan nilai kekerasan yang dibawah fasa
martensit dan diatas fasa pearlite. Selain laju pendinginan yang
sedang, pada saat pendinginan dengan media oli ini, sampel tidak
dilakukan pengadukan yang bertujuan untuk mempercepat proses
pendinginan dan menghindari adanya gelembung pada permukaan sampel
yang akan menghambat proses pendinginan pada sampel.Spesimen yang
mengalami perlakuan panas dan kemuadian didinginkan dengan media
udara mempunyai nilai kekerasan yang paling rendah dengan nilai 152
VHN. Pada pendinginan lambat ini fasa dari spesimen terbentuk
pearlite yang mempunyai nilai kekerasan yang paling rendah
dibandingkan hasil transformasi fasa dari bainit dan juga
martensit. Hal ini dikarenakan struktur kristal yang membentuk
pearlite yaitu BCC dengan kelarutan karbon yang lebih rendah
dibandingkan kedua fasa lainnya. Dimana seperti yang diketahui,
bahwa karbon merupakan salah satu unsur intersisi yang mempunyai
pengaruh pada kekerasan material. Baja dengan kadar karbon yang
lebih rendah mempunyai nilai kekerasan yang lebih rendah pula
dibandingkan dengan baja berkarbon tinggi, hal ini sama seperti
kisi kristal yang dapat menampung karbon yang lebih banyak akan
mempunyai nilai kekerasan yang lebih tinggi daripada kisi kristal
yang mempunyai kelarutan karbon lebih rendah. Hal ini sama kasusnya
seperti kelauratan karbon pada kisi BCT yang lebih banyak dapat
menampung karbon dibandingkan dengan kisi BCC yang lebih sedikit
menampung karbon.Sampel terakhir yaitu spesimen yang tidak
diberikan perlakuan panas apapun mempunyai nilai kekerasan dibawah
kekerasan dengan pendinginan media air dan diatas nilai kekerasan
spesimen yang didinginkan dengan media oli. Hal ini dapat dilihat
dari spesifikasi baja AISI 1045 itu sendiri yang mempunyai
kandungan karbon sekitar 0.45% yang menunjukkan bahwa sampel baja
AISI 1045 tergolong kedalam baja karbon sedang dan dengan adanya
unsur pemadu lainna seperti adanya kandungan mangan sebesar 0.8%,
silikon 0.4%, sulfur, cromium, nikel dan molibdenum yang menmbah
nilai kekerasan dari material tersebut. Jika ditelusuri dari sifat
setiap unsur penyusunnya, adanya unsur pemadu mangan akan
meningkatkan sifat tahan gesekan pada material yang ddapat
digolongkan pula untuk menaikkan nilai kekerasan, unsur nikel
sendiri yang telah banyak diketahui bahwa unsur ini mempunyai nilai
kekerasan yang sangat tinggi sehingga dengan adanya penambahan
unsur ini kekerasan material meningkat.Berdasarkan percobaan yang
telah dilakukan didapatkan hasil kekerasan dengan urutan hasil
quenching air, non treatment, quenching oli, dan normalizing, hal
ini tidak sesuai dengan literatur dimana hasil dari quenching oli
lebih tinggi kekerasannya daripada non treatment. Hal ini dapat
terjadi dimungkinkan adanya kesalahan pada saat proses quenching
atau temperatur pemanasan yang tidak sesuai dengan literatur.
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KesimpulanPada percobaan praktikum perlakuan panas yang
telah dilakukan terdapat kesimpulan berdasarkan data hasil
percobaan yang telah dilakukan, sebagai berikut :1. Nilai kekerasan
tertinggi terdapat pada quenching dengan media air yaitu 266.25
VHN. Hal tersebut terjadi karena saat proses pendinginan cepat
terjadi terbentuk fasa martensit dengan struktur kristal BCT
sehingga sifat mekanik yang dihasilkan jauh lebih keras.2. Nilai
kekerasan terendah terdapat pada hasil pendinginan media udara
yaitu 152 VHN. Hal ini terjadi karena struktur mikro yang terbentuk
yaitu pearlite yang mempunyai kekerasan paling rendah dibandingkan
fasa bainit maupun martensit.
5.2 SaranPada praktikum perlakuan panas kali ini dapat diberikan
saran agar kedepannya saat melakukan percobaan tersebut jauh lebih
baik adalah sebagai berikut :1. Waktu dan temperatur setiap
spesimen supaya diperhatikan selama proses Heat treatment dan
pendinginan.2. Pada saat proses pendinginan setelah heat treatment
supaya diperhatikan temperatur setiap perlakuan pada spesimen
tersebut.21
30
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, W.O., 1991 Dasar Metalurgy Untuk Rekayasawan,
Gramedia: Jakarta
B.H. Amstead, Philip F Ostwald dan Myron L. Brgman, 1981,
Teknologi Mekanik jilid I, hal 141
Mubarok, Fahmi, 2008, Metallurgy I, Lecture XII-XIII, Metallurgy
Lab. Mech. Eng. Dept ITS: Surabaya
Noname, Online , Akses 11 Maret 2014
Prayitno, Adhi, Ismet Inonu , 1999, Pengaruh Perbedaan Waktu
Penahanan Suhu Stabil Terhadap Kekerasan
Smallman, Bishop, 1999, Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa
Material, Erlangga : Jakarta.
LAMPIRAN ACONTOH PERHITUNGAN
Menghitung rata-rata kekerasanBenda Uji 1 ( Non Heat treatment
)Pengujian 1 = 97 HRBPengujian 2 = 98 HRBPengujian 3 = 97
HRBRata-rata kekerasan = = 97.5 HRBBenda Uji 2 ( Normalizing
)Pengujian 1 = 79 HRBPengujian 2 = 79 HRBPengujian 3 = 80
HRBRata-rata kekerasan = = 79.3 HRBBenda Uji 3 ( Quenching air
)Pengujian 1 = 24 HRCPengujian 2 = 22 HRCPengujian 3 = 29
HRCRata-rata kekerasan = = 25 HRCBenda Uji 4 ( Quenching oli
)Pengujian 1 = 84 HRBPengujian 2 = 86 HRBPengujian 3 = 87
HRBRata-rata kekerasan = = 85.6 HRB
Spesimen 1 (non treatment )Data berdasarkan tabel standar
konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA dengan
metode interpolasi sebagai berikut ; = y = 234 VHN
Spesimen 2 ( media pendinginan air )Data berdasarkan tabel
standar konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA
dengan metode interpolasi sebagai berikut ; = y = 266.25 VHN
Spesimen 3 ( media pendinginan oli )Data berdasarkan tabel
standar konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA
dengan metode interpolasi sebagai berikut ; = y = 172.85 HVN
Spesimen 4 ( normalizing )Data berdasarkan tabel standar
konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA, langsung
dikonersi sehingga mendapatkan hasilnya : = y = 152 HVN
LAMPIRAN BJAWABAN PERTANYAAN DAN TUGAS KHUSUS
Jawaban Pertanyaan1. Apa yang anda ketahui tentang proses
anealing? Jelaskan tiga tahapan dalam proses anealing!Jawab :
Proses annealing atau anil merupakan perlakuan panas yang dilakukan
pada logam hasil pengerjaan dingin ataucold working. Perlakuan
panas ini bertujuan untuk mendapatkan kembali atau merecoveri
sifat-sifat fisik yang berubah selama proses deformasi dingin dan
mendapatkan sifat-sifat mekanik yang lebih sesuai dengan
aplikasinya. Proses anil akan menurunkan sifat mekanik seperti kuat
tarik dan kekerasan, namun logam akan menjadi lunak dan ulet,
sehingga dapat diproses lebih lanjut. Logam yang telah mengalami
pengerjaan dingin,cold workingataucold forming, akan memiliki
kekerasan yang tinggi, kekuatan tarik yang tinggi, dan hambatan
listrik yang tinggi pula. Namun logam memiliki keuletan yang sangat
rendah atau logam menjadi sangat rapuh. Secara mikro, hal ini
disebabkan oleh meningkatnya jumlah dislokasi dan distorsi-distorsi
pada bidang struktur Kristal. Logam memiliki energy dalam yang
tinggi dan menjadi metastabil.Tahapan anealing yaitu :1. Pemulihan
atau recovery Panas yang diterima logam menjadi pendorong
tersusunnya kembali dislokasi-dislokasi ke susunan yang memiliki
energy lebih rendah dan stabil. Pada tahapan pemulihan ini,
dislokasi-dislokasi akan menyusun kembali menjadi dinding sel.
Fenomena ini disebut dengan poligonisasi. Poligonisasi merupakan
pembentukan sub batas butir dengan mekanisme pergerakan kekosongan
atauvacanciesdari atom untuk menghasilkan pergerakan dan pemanjatan
dislokasi. Pada proses pemulihan ini kekuatan logam sedikit
berkurang yang dibarengi dengan peningkatan keuletan.2.
RekristalisasiPada tahapan ini, kisi-kisi yang terdeformasi dingin
akan tergantikan oleh kisi-kisi baru yang bebas regangan melalui
nukleasi atau pengintian dan selanjutnya tumbuh membentuk struktur
rekristalisasi. Pembentukan struktur ini melalui pertumbuhan yang
sangat lambat, yaitu periode inkubasi. Mekanisme rekristalisasi
terjadi saatnucleusatau inti yang terisolasi membesar di dalam
butir dan adanya batas butir yang memiliki sudut besar bermigrasi
atau bergerak ke dalam daerah yang memiliki derajat deformasi yang
lebih besar. Batas butir akan bergerak menjauhi pusat. Pertumbuhan
butir baru akan mengeliminasi daerah terdeformasi yang memiliki
regangan dan energy dalam tinggi. Butir-butir baru ini merupakan
daerah bebas regangan yang memiliki energy dalam lebih rendah.3.
Pertumbuhan butir, grain growthPada tahapan ini butir-butir akan
tumbuh lebih lanjut secara perlahan dan menghasilkan butir yang
ralatif seragam. Pertumbuhan butir ini disebut sebagai pertumbuhan
butir normal. Proses pertumbuhan berjalan sangat lambat dan
merupakan pertumbuhan butir paling lambat selama proses annealing.
Gaya pendorong pertumbuhan ini adalah energy yang dimiliki oleh
batas butir. Pada butir yang sudah besar energy batas butir menjadi
kecil. Hal ini disebabkan oleh luas permukaan batas butir mengecil,
akibatnya energy batas butit menjadi lebih rendah. Factor lain yang
dapat menghambat laju pertumbuhan butir adalah terdapatnya fasa
kedua yang terdispersi atau tersebar pada butir. Inklusi dan
orientasi tekstur merupakan factor-faktor yang dapat memperlambat
pertumbuhan butir selama prosesannealing.
2. Apa yang dimaksud dengan temperatur rekristalisasi? Sebutkan
faktor-faktor yang mempengaruhi temperatur rekristalisai!Jawab
:Temperatur rekristalisasi adalah temperatur yang dibutuhkan agar
terjadi proses rekristalisasi tergangtung pada banyak logam,
seperti jenis logam dan besarnya deformasi yang diterima. Proses
rekristalisasi biasanya terjadi pada rentang temperature tertentu.
Semakin tinggi temperature, semakin cepat terjadinya rekritalisasi.
Ketika temperature minimumnya tercapat, maka kekuatan tarik akan
berkurang, tetapi keuletan bertambah. Temperatur rekristalisasi
dapat ditentukan dengan formula berikut:Tr = 0.4 TmSehingga dapat
disimpulkan bahwa temperature rekristalisasi dipengaruhi oleh jenis
logam dan dengan titik leleh logam tersebut.
3. Mengapa persen kelarutan karbon pada diagram Fe3C hanya
mencapai 6.67% saja? Jelaskan menggunakan perhitungan!Jawab :Gambar
diagram Fe3C menunjukkan diagram kesetimbangan untuk kombinasi
karbon dalam larutan padat dari besi. Diagram menunjukkan besi dan
karbon yang dikombinasikan untuk membentuk Fe - Fe3C pada akhir
6,67% C diagram. Sisi kiri dari diagram adalah besi murni
dikombinasikan dengan karbon , sehingga paduan baja . Tiga daerah
yang signifikan dapat dibuat relatif terhadap bagian baja dari
diagram . Mereka adalah E eutektoid , yang hypoeutectoid A , dan B.
hypereutectoid Sisi kanan garis besi murni adalah karbon dalam
kombinasi dengan berbagai bentuk besi besi yang disebut alpha (
ferit ) , besi gamma ( austenit ) , dan besi delta . Titik-titik
hitam menandai bagian diklik diagram .
Perubahan allotropic terjadi ketika terjadi perubahan dalam
struktur kisi kristal . Dari 2802 - 2552F besi delta memiliki
struktur kisi kubus berpusat badan . Pada 2552F , perubahan kisi
dari tubuh berpusat kubik untuk jenis kisi kubik berpusat muka .
Pada 1400F , kurva menunjukkan dataran tinggi tetapi ini tidak
menandakan perubahan allotropic . Hal ini disebut suhu Curie , di
mana logam perubahan sifat magnetik . Dua perubahan fase yang
sangat penting berlangsung di 0,83 % C dan 4,3% C. Pada 0,83 % C ,
transformasi adalah eutektoid , disebut perlit .gamma ( austenit )
- > alpha + Fe3C ( sementit )Pada 4,3 % C dan 2066F ,
transformasi adalah eutektik , yang disebut ledeburite .L ( cair) -
> gamma ( austenit ) + Fe3C ( sementit )Perhitungan
equilibrium1. Mengingat diagram fasa Fe - Fe3C , Gambar diagram
Fe3C. menghitung fase hadir pada garis komposisi eutektoid di : a .
T = 3000F b . T = 2200F c . T = 1333F d . T = 410F2. Hitung fase di
bagian besi dari diagram pada komposisi eutektik dari 4,3 % C dalam
kombinasi dengan 95,7 % ferit di : a . T = 3000F b . T = 1670F c .
T = 1333F3. Sebuah baja eutektoid ( sekitar 0,8 % C ) dipanaskan
sampai 800C ( 1472F ) dan didinginkan perlahan-lahan melalui suhu
eutektoid . Hitung jumlah gram karbida yang terbentuk per 100g baja
.4. Tentukan jumlah perlit dalam 99,5 % Fe - C paduan 0,5 % yang
didinginkan perlahan-lahan dari 870C diberi dasar 100g alloy .
Solusi :1. a . T = 3000F . Karena komposisi E adalah eutektoid ,
kandungan karbon 0.83 % .b . T = 2200F . Pada suhu ini , austenit
ada sebagai satu - fase padat .c . T = 1333F . Dua fase ada, ferit
dan austenit . Persentase ditentukan oleh tuas aturan : X ( X + Y )
= ( Cy - C ) ( Cy - Cx ) .ferit praeutektoid = ( 0,83-0,18 ) / (
0,83-0,025 ) x 100 = 80,7 %austenit = ( 0,18-0,025 ) / ( 0,83-0,025
) x 100 = 19,3 %a. T = 410F . Sejumlah kecil sementit akan
mengendap mengikuti garis kelarutan dari 0,025 % C pada 1333F
sampai 0,008 % C pada suhu kamar . Persentase keseluruhan ferit dan
sementit adalah :ferit = ( 6,67-0,18 ) / ( 6,67-0,01 ) x 100 =
97,4sementit = ( 0,18-0,01 ) / ( 6,67-0,01 ) x 100 = 2,6 %2. a . T
= 3000F . Pada suhu ini , eutektik adalah semua cairan .b . T =
1670F . Karena ada perubahan garis kelarutan , akan ada perubahan
komposisi austenit , yang akan mengubah ke eutektoid di 1333F .
Komposisi austenit dan sementit keseluruhan akan : austenit = (
6,67-4,3 ) / ( 6,67-1,2 ) x 100 = 43,3 % sementit = ( 4,3-1,2 ) / (
6,67-1,2 ) x 100 = 56,7 % c . T = 1333F . Pada suhu ini austenit
memiliki komposisi eutektoid dan akan berubah menjadi perlit .
Komposisi sementit praeutektoid dan austenit adalah : austenit
eutektoid = ( 6,67-4,3 ) / ( 6,67-0,83 ) x 100 = 40,6 %
praeutektoid sementit = ( 4,3-0,83 ) / ( 6,67-0,83 ) x 100 = 59,4 %
Austenit memiliki komposisi eutektoid yaitu: ferit eutektoid = (
6,67-0,83 ) / ( 6,67-0,025 ) x 100 = 88 % eutektoid sementit = (
0,83-0,025 ) / ( 6,67-0,025 ) x 100 = 12 %3. Interpolasi antara
alpha ( 0,02 % C ) dan Fe3C ( 6,7 % ) di 1333F Carbide = ( 0,8-0,02
) / ( 6,7-0,02 ) x 100 = 12g4. Karena perlit berasal dari austenit
dengan komposisi eutektoid , menentukan jumlah gamma sesaat sebelum
reaksi eutektoid . Dari 870C - 780C : austenit 100g dengan 0,5 % C
Dari 780C - 727C : ferit memisahkan diri dari austenit dan kadar
karbon austenit meningkat menjadi sekitar 0,8 % C Pada 727C ( + ) :
ferit praeutektoid : komposisi ferit = 0,02 % C , jumlah karbon =
38g Gamma yang mengubah ke perlit : compostion austenit = 0,8 % C.
Jumlah austenit = 62g . Pada 727C ( - ) : Jumlah perlit = 62g
4. Sebutkan reksi peritektik, eutektik, eutectoid, pada diagram
Fe3C!Jawab : 1. Reaksi peritektik Reaksi ini terjadi pada
temperatur 14950C dimana baja cair (liquid) dengan kandungan 0.53%C
bergabung dengan delta () kandungan 0.09%C bertansformasi menjadi
austenit () dengan kandungan 0.17%C. Delta () adalah fasa padat
pada temperatur tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan
panas.2. Reaksi eutektoidReaksi ini berlangsung pada temperature
7230C, austenit () padat dengan kandungan 0.83%C bertransformasi
menjadi ferit () dengan kandungan 0.025%C dan sementit (Fe3C) 3.
Reaksi eutektikReaksi ini terjadi pada temperatur 11480C, dalam hal
ini logam cair dengan kandungan 4.3%C membentuk austenit () dengan
2.11%C dan sementit (Fe3C)
5. Sebutkan dan jelaskan 3 perbandingan pengujian knoop dan
vickers!Jawab :Pengujian kekerasan knoop dan vickers keduanya
menggunakan indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk
geometri secara berurut yaitu layang-layang dan piramid. Perbedaan
keduanya yaitu :1. Jejak yang ditinggalkan oleh vickers mempunyai
penetrasi yang lebih dalam dua kali dari pengujian knoop.2.
Pengujian vickers mempunyai panjang diagonal yang 1/3 panjang
diagonal knoop.3. Knoop digunakan pada material yang akan diuji
yang mempunyai luas permukaan yang sempit dan bersifat getas.
Tugas khusus1. Cari jurnal tentang kekerasan wall-dome hasil
proses streching pada baja karbon rendah.2. Gambarkan secara manual
di A4 full diagram yang menunjukan perubahan fasa pada titik
eutectoid.3. Cari spesifikasi baja AISI 1045.
Jawab :3. Spesifikasi baja AISI 1045a. Komposisi kimiaCarbon=
0.45% Mangan= 0.8%Silikon = maks. 0.4%Sulfur= 0.02-0.04Cr + Mo+Ni=
maks. 0.63%b. Sifat mekanik Kekuatan tarik= 596 N/mm2Kekuatan
luluh= 380 N/mm2Elongation = 16% per 50 mmModulus elastisitas= 200
GPaMassa jenis= 7.87 gr/cm
LAMPIRAN CGAMBAR ALAT DAN BAHAN
Gambar C.1 Mesin uji kekerasanGambar C.2 Muffle furnace
Gambar C.3 Alat SafetyGambar C.4 Tang
Gambar C.5 KawatGambar C.6 Baja AISI 1045
LAMPIRAN DBLANKO PERCOBAAN
30