181 Laboratorium Pengujian Bahan BAB V PENGUJIAN JOMINY 5.1. Tujuan Pengujian a. Mengetahui kemampukerasan suatu bahan. b. Mengetahui pengaruh suhu pemanasan terhadap kemampukerasan bahan. c. Mengetahui pengaruh waktu penahanan terhadap kemampukerasan bahan. d. Mengetauhi cara menentukan kemampukerasan bahan. 5.2. Teori Dasar Pengujian 5.2.1.Sifat Kemampukerasan (hardenability) Baja Adalah sifat yang menentukan kedalaman dan distribusi kekuatan pada baja bila dilakukan pendinginan cepat (quenching) dari kondisi austenite. Bila sebuah benda kerja didinginkan dengan suatu media pendingin maka yang paling cepat dingin yaitu yang paling dekat dengan permukaan. Dengan kata lain bahwa laju pendinginan dipermukaan akan paling tinggi sehingga daerah yang paling dekat dengan permukaan mempunyai kekerasan yang lebih tinggi daripada yang jauh dari permukaan dan dari ujung pendinginan. Suatu batang baja setelah di quenching, dipotong kemudian diukur kekerasannya da hasilnya di plot maka akan Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
181Laboratorium Pengujian Bahan
BAB V
PENGUJIAN JOMINY
5.1. Tujuan Pengujian
a. Mengetahui kemampukerasan suatu bahan.
b. Mengetahui pengaruh suhu pemanasan terhadap kemampukerasan
bahan.
c. Mengetahui pengaruh waktu penahanan terhadap kemampukerasan
bahan.
d. Mengetauhi cara menentukan kemampukerasan bahan.
5.2. Teori Dasar Pengujian
5.2.1. Sifat Kemampukerasan (hardenability) Baja
Adalah sifat yang menentukan kedalaman dan distribusi
kekuatan pada baja bila dilakukan pendinginan cepat (quenching)
dari kondisi austenite. Bila sebuah benda kerja didinginkan dengan
suatu media pendingin maka yang paling cepat dingin yaitu yang
paling dekat dengan permukaan. Dengan kata lain bahwa laju
pendinginan dipermukaan akan paling tinggi sehingga daerah yang
paling dekat dengan permukaan mempunyai kekerasan yang lebih
tinggi daripada yang jauh dari permukaan dan dari ujung
pendinginan. Suatu batang baja setelah di quenching, dipotong
kemudian diukur kekerasannya da hasilnya di plot maka akan
didapatkan kurva distribusi kekerasan dari baja tersebut, kurva ini
disebut hardness penetration.
Karena didinginkan cepat, maka permukaan baja yang
didinginkan memiliki struktur martensite. Dan struktur martensite
inilah yang menyebabkan permukaan baja tersebut menjadi keras.
Semakin jauh dari jarak quenching maka kekerasan baja tersebut
semakin rendah. Grafik kemampukerasan yang baik adalah seperti
dibawah ini :
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
182Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 5.1 : Grafik kekerasan
Sumber : Anonymous 40 : 2008
5.2.2. Perubahan Mikrostruktur Pada Pergeseran Baja
Apabila baja eutectoid dianaskan sampai fase austenite maka
bentuk Kristal berubah BCC menjadi FCC. Pada Kristal BCC jarak
antar atom lebih besar daripada Kristal FCC, sehingga daya larut
atomnya lebih besar, jadi sewaktu pemanasan seluruh karbon akan
larut dalam austenite.
Pada proses pendinginan terjadi dekomposisi austenite dan
apabila dekomposisi berjalan lancar maka dekomposisi austenite
akan membentuk ferrite dan karbid, hal ini berarti ada waktu bagi
karbon yang larut untuk berdifusi membentuk ferrite dan karbid.
Karena ferrite dan karbid terbentuk bersama maka keduanya akan
bercampur dengan baik. Bentuk mikrostruktur campuran yang
disebut pearlit dan mempunyai sifat lebih kuat dan lebih keras dari
pada ferrite namun getas dan kurang liat.
Bila pendinginan dilakukan dengan cepat, maka tidak akan ada
waktu bagi atom karbon untuk berdifusi menjadi ferrite dan karbid,
karena Kristal telah menjadi struktur FCC secara serentak, maka
didalam reaksi ini tidak terjadi difusi. Tetapi hanya terjadi
pergeseran. Karena perubahan ini berlangsung sangat cepat, semua
karbon tetap berada dalam larutan padat dan struktur yang terjadi
berbentuk tetragonal, fase ini disebut martensite. Karena martensite
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
183Laboratorium Pengujian Bahan
mempunyai struktur bukan kubik maka karbon akan terperangkap
dalam inti dan slip sulit terjadi.
Pembentukan martensite terjadi karena baja yang telah
dipanaskan sampai suhu austenite kemudian didinginkan secara
cepat, sehingga atom tidak sempat berdifusi dan hanya sempat
bergeser mengisi rongga-rongga tetrahedral dan oktahedral pada
struktur FCC austenite. Karena terisinya rongga-rongga tersebut
sehingga mengakibatkan tidak teraturnya bentuk struktur FCC
sehingga terjadi distorsi latis menjadi BCT. Oleh karena itu
martensite keras dan kuat namun rapuh.
Gambar 5.2 : Grafik mikrostruktur baja
Sumber : Anonymous 41 : 2010
5.2.3. Macam- macam Pengujian Kemampukerasan
Ada 3 macam atau metode dalam pengujian kemampukerasan
material, yaitu:
1. Metode Grossman
Seperti yang terlihat pada gambar (hardness penetration
diagram) bahwa material grossman merupakan suatu metode
untuk mengetahui pengaruh rapid cooling terhadap sifat
mampukeras baja. Pada metode ini baja yang akan diuji sifat
mampukerasnya dibuat menjadi sejumlah spesimen berbentuk
batang silindris dari berbagai diameter dengan panjang masing-
masing paling sedikit 5 kali diameternya.
Selanjutnya semua spesimen dipanaskan hingga
temperature austenite kemudian di-quenching dalam suatu media
pendingin. Setelah itu setiap spesimen dipotong melintang dan
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
184Laboratorium Pengujian Bahan
dilakukan pengamatan mikroskopik untuk struktrur yang
terbentuk pada pendinginan itu, selain itu juga dilakukan proses
pengukuran bentuk pada penampang itu dan dilakukan proses
pengukuran kekerasan sepanjang batang dan dari sini dapat
digambarkan penetrasi kekerasannya.
Gambar 5.3 : Hubungan antara diameter dan kandungan martensite
dari metode grossman
Sumber : Anonymous 41 : 2010
2. Appearance of Fracture
Pada metode ini sifat kemampukerasan baja dapat dilihat
dari patahan yang terjadi pada baja tersebut. Seperti yang kita
ketahui, patah pada material dapat dibagi 2 yaitu :
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
185Laboratorium Pengujian Bahan
a. Patah ulet : disebabkan oleh tegangan geser. Ciri – cirinya
antara lain terdapat garis – garis benang serabut, menyerap
cahaya, terjadi deformasi plastis.
b. Patah getas : disebabkan oleh tegangan normal. Ciri – cirinya
permukaan patah berbentuk granular, berkilat, memantulkan
cahaya dan tidak didahului deformasi plastis.
c. Patah campuran : merupakan campuran antara patah getas
dan patah ulet.
Baja yang mempunyai sifat kemampukerasan yang baik
adalah baja yang, mengalami patah getas. Karena biasanya
material yang mengalami patah getas ini adalah material yang
memiliki komposisi karbon yang sangat tinggi (contohnya adalah
martensite) sehingga memiliki kemampukerasan yang baik.
Gambar 5.4 : Salah satu bentuk patahan
Sumber : Anonymous 42 : 2011
3. Metode Jominy
Pada uji jominy di material dipanaskan dalam tungku
sampai suhu transformasinya (austenite) dan terbentuk
sedemikian rupa sehingga dapat dipasangkan pada apparatus
jominy. Kemudian air di semprotkan dari bawah, sehingga
menyentuh permukaan bawah spesimen. Dengan ini didapatkan
kecepatan pendinginan di setiap bagian berbeda – beda. Pada
bagian yang terkena air mengalami pendinginan yang cepat dan
semakin menurun ke bagian yang tidak terkena air. Dari hasil
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
186Laboratorium Pengujian Bahan
pengukuran, kita akan mendapatkan nilai kekerasan yang berbeda
– beda pada tiap bagian.
Gambar 5.5 : Hubungan antara jarak pendinginan dan kekerasan
Sumber : Anonymous 43 : 2011
Tabel 5.1 : Kelebihan dan Kekurangan masing-masing pengujian
Metode
Pengujian
Kelebihan Kekurangan
Grossman Pengamatan kekerasan
berdasarkan diameter
spesimen
Pengamatan dilakukan
dengan mikroskop
sehingga data yang
diperoleh signifikan
Adanya pemotongan
Spesimen
Butuh baynak
Spesimen sehingga
pengujian berkali-
kali
Appearance of
Fracture
Mudah karena pengamatan
dilakukan dengan visual
Pengamatan
kekerasan hanya
berdasarkan retakan
yang ada
Jominy Test Meggunakan satu
Spesimen
Tanpa melakukan
pemotongan
Butuh alat uji
kekerasan
5.2.4. Faktor- faktor yang Mempengaruhi Kemampukerasan Baja
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
187Laboratorium Pengujian Bahan
1. Komposisi Baja
Meliputi kandungan karbon dan unsur paduan. Semakin
tinggi kandungan karbon maka semakin keras baja tersebut.
Karena kandungan karbon sendiri berfungsi untuk menjalankan
reaksi-reaksi kimia seperti substitusi (pergantian), adisi
(penambahan), dan eliminasi (pengurangan). Begitu juga dengan
unsur-unsur paduan baja, semakin banyak unsur kimia yang
menyusun baja maka semakin keras baja tersebut.
2. Ukuran Butir
Dengan bentuk butiran yang kecil maka menyebabkan
tingkat kekerasa material lebih tinggi karena kerapatan butiran
lebih tinggi sehingga ikatan antar butiran lebih kuat. Sedangkan
bentuk butiran yang lebih besar akan menyebabkan tingkat
kekerasan material lebih rendah karena kerapatan butiran lebih
rendah sehongga ikatan antar butiran kurang kuat.
3. Homogenitas Butiran
Suatu logam yang memiliki struktrur homogen akan
memiliki sifat kemampukerasan/ hardenability lebih tinggi
dibandingkan dengan yang tidak homogen.
4. Dimensi Baja
Laju pendinginan pada benda yang besar lebih lambat dari
benda kerja dengan ukuran kecil. Suatu baja yang dibuat dengan
ukuran yang kecil dapat mencapai kekerasan yang lebih tinggi
sampai bagian tengahnya. Jadi pada baja yang dimensinya lebih
kecil memiliki kecepatan pendinginan lebih besar sehingga
kemampukerasan akan lebih besar.
5. Konduktivitas Termal Bahan
Semakin tinggi kemampuan benda menghantarkan panas
yang diterima akan menyebabkan laju pendinginan semakin
cepat sehingga benda yang memiliki sifat konduktivitas termal
yang tinggi lah yang dapat mempercepat laju pendinginan
sehingga material semakin keras.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
188Laboratorium Pengujian Bahan
6. Kecepatan Pendinginan
Setelah logam dipanaskan, lalu didinginkan secara cepat
maka kekerasan logam tersebut akan semakin meningkat karena
banyaknya martensit yang terbentuk pada material.
7. Media Pendingin
Setiap media pendingin yang dipakai akan menghasilkan
kekerasan yang berbeda juga. Semakin tinggi viskositas /
kekentalan maka semakin lambat proses pendinginannya
sehingga semakin berkurang sifat kemampukerasannya.
Begitupun sebaliknya, semakin encer media pendinginan maka
semakin cepat waktu pendinginannya.
5.3. Pelaksanaan Pengujian
5.3.1. Alat yang Digunakan Dalam Pengujian
1. Kertas gosok
Digunakan untuk menghilangkan kotoran dan kerak pada
benda uji.
2. Penjepit
Digunakan untuk memindahkan benda uji setelah
pemanasan dalam dapur.
3. Dapur listrik
Digunakan untuk memberikan pemanasan pada benda uji.
Spesifikasi alat
Merk : Open Bauticfman
Tipe : E/90
Voltage : 220 volt
Daya : 3,3 kW
Suhu maksimal : 1100o C
Buatan : Austria
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
189Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 5.6 : Dapur listrik
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
4. Bejana Pendingin
Digunakan untuk mendinginkan benda uji dengan
menyemprotkan air kepada salah satu ujung benda uji.
Gambar 5.7 : Bejana pendingin
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
5. Elektrical Brinell Hardness Test
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
190Laboratorium Pengujian Bahan
Digunakan untuk mengukur nilai kekerasan suatu material.
Gambar 5.8 :Electrical Brinell Hardness Test
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
6. Stopwatch
Digunakan untuk mengukur waktu holding.
Gambar 5.9 :Stopwatch
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
191Laboratorium Pengujian Bahan
Komposisi Kimia Spesimen
Bahan : Baja Assab 760
Pergeseran Titik Eutectoid
Tabel 5.2 : Komposisi Kimia Bahan
KomposisiProsentase
Bahan% C TC
Mn 0,5 0,72 % 723oC
Si 0,25 0,75 % 735oC
Gambar 5.10 : Pergeseran titik Eutectoid
A. Titik Eutectoid
B. Pergeseran Eutectoid
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
192Laboratorium Pengujian Bahan
Bentuk dan Dimensi Spesimen
Gambar 5.11 : Bentuk dan Dimensi Spesimen
5.3.2. Prosedur Pengujian
1. Permukaan benda uji dibersihkan dari kotoran dan kerak dengan
kertas gosok.
2. Spesimen dipanaskan dan di-holding dengan suhu dan waktu
tertentu.
3. Spesimen dipindakan dari dapur listrik ke bejana pendingin
untuk proses pendinginan. Pendinginan dimulai dari ujung salah
satu spesimen.
4. Setelah pendinginan selesai, spesimen dibersihkan dengan kertas
gosok.
5. Spesimen dibagi menjadi 10 bagian dengan jarak – jarak 2; 4; 6;
8; 10; 15; 20; 30; 40; 60 mm dari ujung spesimen yang
disemprot.
6. Kekerasan spesimen diukur dengan electrical brinell hardness
tester pada jarak – jarak tersebut.
5.4. Hipotesa
Semakin lama waktu holding, akan meningkatkan homogenitas butiran
sehingga daya ikat antar butiran menigkat dan kemampukerasan tinggi.
Sedangkan untuk pemanasan dengan suhu yang semakin tingi maka fase
austenite yang terbentuk semakin banyak dan kemampukerasannya
meningkat.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
193Laboratorium Pengujian Bahan
5.5. Pengolahan Data
5.5.1. Data Kelompok
Tabel 5.3 Data Tanpa Perlakuan
yi
(BHN) xi (BHN) ln yi xi2 xi ln yi
241 2 5.485 4 10.970
248 4 5.513 16 22.054
241 6 5.485 36 32.909
239 8 5.476 64 43.812
235 10 5.460 100 54.596
240 15 5.481 225 82.210
240 20 5.481 400 109.613
241 30 5.485 900 164.544
244 40 5.497 1600 219.887
240 60 5.481 3600 328.838
2409 195 54.843 6945 1069.431
∑ X1 ln Y1 – a ∑ X12 – b ∑ X1 = 0
1069.431 – ( a x 6945 ) – ( b x 195 ) = 0
195b = 1069.431 - 6945a
b = 5.484 – 35.62a …. (1)
∑ ln Y1 – a X1 – nb = 0
54.843 – ( a x 195 ) – 10 b = 0
195 a + 10 b = 54.843 …. (2)
Substitusi persamaan ( 1 ) ke ( 2 ), sehingga:
195a + 10b = 54.843
195a + 10(5.484 – 35.62a) = 54.843
195a + 54.84 – 356.2 a = 54.843
-161.2 a = 54.843 – 54.84
-161.2 a = 3 x 10-3
a = - 1.861 x 10-5
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013
194Laboratorium Pengujian Bahan
Nilai a di-substitusi kan ke persamaan ( 1 ), sehingga:
b = 5.484 – 35.62a
b = 5.484 – 35.62 (- 1.861 x 10-5)
b = 5,485
jadi nilai y dapat diketahui dengan jarak ditentukan sebagai
berikut :
ln Y = ln ( θ ax + b )
ln Y = a(x) + b
nilai y1 pada x=2
ln y1 = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
ln y1 = 5,484963
y1 = 241,040
nilai y2 pada x=4
ln y2 = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
ln y2 = 5,48493
y2 = 241,032
nilai y3 pada x=6
ln y3 = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
ln y3 = 5,484888
y3 = 241,022
nilai y4 pada x=8
ln y = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
ln y4 = 5,484851
y4 = 241,013
nilai y5 pada x=10
ln y5 = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
ln y5 = 5,484814
y5 = 241,004
nilai y6 pada x=15
ln y6 = - 1.861 x 10-5 ( x )+ 5,484
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2012/2013