PENGARUH SUHU TEMPERING TERHADAPSKD 11 MOD. Rianti Dewi Sulamet Ariobimo

Transkripsi

1 PENGARUH SUHU TEMPERING TERHADAPSKD 11 MOD Rianti Dewi Sulamet Ariobimo ABSTRACT Tofulfill the demand ofhigher toughness and hardness, a chemical composition modification is made to SKD-ll. and the modification result is known as SKD-l I Mod. Since the modification is done at the chemical composition then automatically it will change everything, including the heat treatment process and result. This research, first ofall. is conducted in view ofthe modification factors, whilst, at the same time to examine whether the producer's specification can be achieved. Kata kunci : chemical composition modification, SKD-l I Mod. heat treatment PENDAHULUAN Komposisi kimia suatu logam akan membentuk struktur mikro dan sifat-sifat dari logam tersebut. Komposisi kimia dapat juga dikatakan sebagai DNA suatu logam karena dengan berubahnya komposisi kimia logam tersebut maka secara otomatis akan berubah pula struktur mikronya dan ini akan berarti sifat-sifatnya pun berubah. Cara inilah yang digunakan oleh Daido Steel dalam upayanya menyempurnakan baja SKD-l 1 sehingga terbentuk suatu jenis baja baru yang dikenal dengan nama SKD-l 1 Mod. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat komposisi kimia dari SKD-l 1 Mod selain juga untuk melihat sampai sejauh mana data-data teknis yang diberikan dapat dicapai. Penelitian ini juga akan melihat kecenderungan kurva hasil nilai keras yang berbanding dengan suhu tempering dari baja SKD-ll Mod. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan baja SKD-ll Mod dengan kondisi suhu austenisasi 1030 C, media pendingin yang digunakan adalah udara dengan kondisi konvensional dan variasi suhu temper. Selain yang disebutkan di atas, semuanya dilakukan sesuai acuan yang diberikan. STUDI PUSTAKA BajaSKDll Mod Baja SKD-ll Mod atau SKD-ll modifikasi ini, seperti telah disebutkan di atas, adalah baja yang dihasilkan oleh Daido Steel - Jepang dengan nama pabrik DC-531'1, yang merupakan hasil penyempurnaan dari baja SKD-ll atau DC-11. Penyempurnaan dilakukan dengan melakukan perubahan pada komposisi kimia dari baja DC-11, dan komposisi kimia itu sampai saat ini masih dalam kondisi patent pending*1x3] atau hanya boleh diketahui oleh Daido Steel saja. Tujuan penyempurnaan ini adalah untuk mengatasi masalah nilai keras dan ketangguhan yang tidak sesuai yang dialami oleh DC-11 pada pemudaan dengan suhu tinggi. Selain itu juga *) Staf PengajarJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 165

2 diharapkan agar kelak dapat mengantikan penggunaan DC-11 sebagai bahan pembuatan dies umum dan dies presisi. Dengan melihat pada struktur mikronya, Gambar i, maka dapat dikatakan bahwa karbida-karbida yang terbentuk terlihat halus dan lebih mcrata. Sedangkan sifal mekanisnya, yang juga menjadi keunggulan SKD-ll Mod adalah sebagai berikut: 1. Nilai keras dan ketangguhannya setelah proses pengerasan dan pemudaan tinggi Terjadi peningkatan hardenability Terjadi peningkatan mach'mability Setelah wire process, tegangan dalam yang dimiliki kecil Mampu lasnya baik. Selain itu sifat tlsis dari DC-53 dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 : Sifat fisis baja SKD-l I Mod '" Spesifw (/rarity Koejisien ELspansi (pelunakan) Konduktivita s Panas (pengerasan dan pemudaan) Modulus Young Modulus Kekakuan t : * g/mm 7.87 X I0''7 C ioo"c 12.2 cal/cm.sec. C 200"C 12.0 ~300 C 12.3 ~400 C C 13.2 ~600 C C 13.0 suhu ruang I00 C C "C C UC E G 8480 Ratio Poisson 0.28 m Gambar 1 : Struktur mikro awal baja SKD-l 1 Mod1'1, Pembesaran 400X, putih = ferit dan bulat-bulat hitam = karbida Peningkatan-peningkatan ini dapat dilakukan dengan mengatur kadar-kadar unsur kimia tertentu sesuai dengan pengaruh yang diberikannyakepada baja,yaitu: '45'^ 1. unsur-unsur yang meningkatkan kekerasan, kekuatan, dan sifat mampu keras atau hardenahility, yaitu: silikon, mangan, chromium, molybdenum, vanadium, dan nikel. 2. unsur-unsur pembentuk karbida, yaitu 166 chromiun dan vanadium KarakteristikSKD-ll Mod Baja SKD-l 1 Mod. ini dapat disetarakan dengan DIN dan AISI-D2 [2X1\ dan termasuk dalam kelompok baja perkakas untuk pengerjaan dingin dengan kadar chromium dan kadar carbon yang tinggi. Kekerasan awal yang dimiliki adalah maksimum 255 BHN dengan struktur mikronya ferit dan karbida sebagaimana terlihat pada Gambar I. Baja ini dapat digunakan baik sebagai alat perkakas seperti shear hledes maupun sebagai cetakan. Proses Perlakuan Panas pada SKD-ll Mod1281 Proses perlakuan dilakukan kepada SKD-l panas yang senng I Mod adalah proses MESIN, Volume 8 Nomor3. Oktober

3 pengerasan-pemudaan dan proses pengerasan permukaan. Suhu austenisasi dari baja ini adalah berkisar antara 1000 C sampai 1050 C, dengan suhu austenisasi yang paling sering digunakan adalah l030 C'",j seperti terlihat pada Gambar 2. Ada 2 mctode proses pengerasan yang dapat diterapkan pada baja SKD-ll Mod. ini, yaitu : proses pengerasan konvensional dan proses pengerasan di dalam dapur vakum dengan tahapan proses sebagaimana terlihat pada Gambar 3 dan Austenitizing temp. ( C) Gambar 2 : Diagram suhu austenisasi vs nilai keras'2' C 'Heating (Refer to the right table) 500 "C _hot bath 1 Air-cooling Air or oil-cooling Dia. thickness (mm) Immersing time (min) Gambar 3 : Diagram proses pengerasan secara konvensional'2,3' c/ C Heating (refer to the right table) Gas cooling Standard heating time Thickness (mm) 100 mm and under Over 100 mm Heating time min /25 mm min /25 mm Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 167

4 Media pendingin yang digunakan pada proses pengerasan konvensional adalah oli dan udara. Sedangkan untuk pengerasan dengan menggunakan dapur vakum media gas. Pada proses pengerasan konvensional, seperti yang terlihat pada Gambar 3. pemanasan awal dilakukan sehanyak 2 (dua) tahap, yaitu tahap pertama di bawah suhu 800UC dan tahap kedua pada suhu ( V"C. Sedangkan untuk proses pengerasan di dalam dapur vakum. pemanasan awal hanya perlu dilakukan I (satu) tahap. yaitu pada suhu ( ) C. Untuk proses pendinginan atau pencelupannya. pada pengerasan konvensional bisa dilakukan dalam 1 (satu) tahap maupun 2 (dua) tahap. Kalau pada proses pengerasan di dalam dapur vakum hanya dapat dilakukan 1 (satu) tahap proses pendinginan atau pencelupan saja'2'. Struktur mikro yang akan terjadi dapat dilihat dengan mengacu pada diagram CCT, Gambar 5. Pada diagram CCT ini terlihat struktur mikro yang akan terjadi dan nilai keras yang dicapainya. Terlihat juga pada diagram tersebut bahwa semakin rendah kecepatan pendinginannya maka struktur mikronya akan bergeser dari martensit menuju bainit, dan nilai kerasnya pun berkurang dari 63,8 HRc sehingga menjadi 49,8 HRc. Proses pemudaan baja SKD-ll Mod. baik untuk yang mengalami pengerasan secara konvensional maupun untuk yang mengalami proses pengerasan di dalam dapur vakum mempunyai tahapan yang sama sebagaimana terlihat pada Gambar 6, dan proses pemudaan itu harus dilakukan sebanyak 2 (dua) kali. Proses pemudaan baja ini dapat dilakukan baik pada suhu rendah, yaitu ( ) C maupun pada suhu tinggi, yaitu lebih besar atau sama dengan 520 C. Hasil nilai keras yang diperoleh dari proses pemudaan pada suhu-suhu tersebut dapat dilihat pada Gambar 7. Pada gambar tersebut terlihat bahwa nilai keras akan menurun terus pada suhu rendah, sampai dicapai titik minimum pada suhu pemudaan 300 C lain berbalik naik hingga dicapai nilai keras maksimum pada suhu 520 C Time (mmj ^:-i^ Gambar 5 : Diagram CCT SKD-l I Mod. dan perubahan struktur mikronya'2' Untuk pengaruh kecepatan pendinginan dapat dilihat pada Gambar 8. Pada gambar ini 68 MESIN. Volume ft Nomor 3. Oktoher

5 -. ZP - - terlihat bahwa perbedaan kecepatan pendinginan dengan kondisi suhu austenisasi yang samaternyata menimbulkan fluktuasi nilai keras yang cukup tinggi pada daerah suhu pemudaan rendah dan ketika setelah nilai keras maksimum dapat dicapai di setiap kecepatan pendinginan maka untuk selanjutnya nilai keras akan turun secara drastis. Untuk melihat pengaruh jumlah proses pemudaan terhadap nilai keras dapat dilihat pada Gambar 9. Dan struktur mikro hasil pemudaan, baik dengan suhu pemudaan rendah maupun tinggi, dapat dillihat pada Gambar C min/25mm \Air Xcooling o cc I orgox/min ja: l7*c/min jo: 8 C/min 40 As 100 quenched -L. Austenitt2tng,, 1030 Cx1 hrj 1030 Cx1hrj 1O30'Cx1 hrj 1030 Cx1hr! Tempering temp. (Tx 1 hrx2 times) Gambar 8 : Diagram pengaruh kecepatan pendinginan terhadap nilai keras SKD-ll Mod121 i Repeated twice Gambar 6 : Diagram proses pemudaan'2' o DC53 DC53 A DC53 D DC C Air cooled 1030 C Air cooled 1020 C Air cooled 1040 C Air cooled cc n 58 1 M 54 ^»l xj ^ -..s-- - "" % 1 ^jjl *?' " \"-»^ i\._-y \ > > 52 1 i i i As : quenched Tampering lemo. l*cx1hrx2 times) Gambar 7 : Diagram pengaruh suhu pemudaan terhadap nilai keras SKD-l 1Mod[2'31 j.i_l.;j A* 700 SW0 SZO MO 5M (wtbooas 200' W0 MO (SCO TcnifVHinr) lumii ("Cx I hf> tyloucitca TnmiKMifMi lore; re* i *»i Gambar 9 : Diagram pengaruh jumlah proses pemudaan terhadap nilai keras SKD-l 1Mod121 Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 169

6 Austenitizing As quenched Low temperature tempering High temperature tempering \ :.. 10IO C -*.'.*;" $.* "' "-12 'V." T s^tvr ^. ^:-.:..^...i-:a:*-.'c. v 1030 C. ' Li :-:,:;'.-".^^ov;.-»> 1060 C.»'*** V.". " ' «..*.-'.'»" ^jtf"i 1080 C ;>^ 'V;' '«' >' Gambar 10 : Struktur Mikro SKD-l 1 Mod. setelah proses pengerasan -pemudaan'21 TATA KERJA Alur Penelitian Penelitian dilakukan mengikuti alur seperti pada Gambar 11. (30X30X10) mm sebanyak 25 (dua puluh lima) buah. Kondisi awal dari benda uji, adalah yang ferit dan karbida. Kondisi ini dapat dilihat pada struktur mikro hasil pengujian awal. Benda Uji Benda uji yang digunakan, masingmasing diambil dari sebuah batang, lalu dibuat menjadi kotak-kotak kecil dengan ukuran Tahapan Proses Pada penelitian ini diambil proses pengerasan dengan metode konvesional dan proses pendinginan 1 (satu) tahap 170 MESIN, I o/ume 8 Somor 3. Oktober

7 Pengujian Struktur Mikro Uji Keras Rockwell 200 C SKD 11 Mod. Preheating 1 T = 650 C."reheating 2 I = 850 C t = 30" Austenisasi T=I030 C t = 60" Quenching media udara Tempering t = 30" 2 kali TT2-300 C TT4 = 550 C TTJ = 600 C Pengujian Struktur Mikro llji Keras Rockwell Data zrz Pembahasan Kesimpulan dan Saran Gambar 11 : Alur penelitian Walaupun terlihat pada diagram alir setiap jenis baja mempunyai tahapan prosesnya masing-masing, tetapi proses dasarnya sama, yaitu : tahap persiapan benda kerja, tahap proses, dan tahap pengujian. Pengujian Komposisi Kimia Struktur Mikro llji Keras Rockwell Tt, = 400 C Pada tahap persiapan benda kerja dilakukan proses pemotongan dan proses pembersihan dengan amplas. Setelah itu lalu dilakukan pengujian untuk memperoleh kondisi awalnya. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian komposisi kimia, pengamatan struktur mikro, dan pengujian kekerasan. Setelah itu semua benda kerja baru akan memasuki tahap prosesnya masingmasing, yang kalau dikelompokan secara garis besar meliputi : pemanasan awal, dilanjutkan dengan pemanasan sampai suhu austenisasi, penahanan pada suhu austenisasi, dan pendinginan di dalam media udara. Setelah proses pendinginan selesai, sebagian benda kerja dikeluarkan untuk dilakukan pengujian, sedangkan sisanya kembali dipanaskan untuk proses tempering dengan tahapan pemanasan sampai suhu pemudaannya masingmasing,, ditahan pada suhu tersebut, dan kemudian didinginkan pada atmosfir ruangan. Pada tahap pengujian, semua benda kerja baik yang sudah mengalami proses tersebut akan mengalami pengamatan struktur mikro dan pengujian kekerasan. Pada penelitian ini diambil proses pengerasan dengan metode konvesional dan proses pendinginan 1 (satu) tahap. Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 171

8 H2 T2-1 T2-2 Data Proses yang Dilakukan Tabel 2 : Data proses HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Proses Pemanasan awal Austeni sasi Media pendingin Pemudaan tahap 1 tahap 2 Waktu proses tetap Parameter variasi pada suhu proses dilakukan sebanyak 2 kali t = 650 C T - 30" t = 850 C T = 30" t=1030 C T = 60" udara T = 60" ti = 200 C 12= 300 C 13= 400 C t4=500 C 15= 550 C 16= 600 C Hasil pengujian komposisi kimia: Tabel 4 : Hasil uji komposisi kimia Komposisi Kimia (%) Unsur Hasil Standar Pengujian carbon 0,945 silikon 0,914 sulfur 0,004 phosfor 0,022 mangan Patent 0,324 chrom Pending 8,237 nikel molybdenum 1,907 vanadium 0,169 wolfram cuprum 0,032 barium neobium Kondisi Proses Tabel 3 : Penamaan sampel Komposisi SAMPEL UNTUK Struktur Nilai Kimia Mikro Keras Awal Al A2 A3 Pengerasan - - Pemudaan Var.l Var.2 - H3 T3-1 T3-2 Var.3 T2-3 T3-3 Var.4 T2-4 T3-4 Var.5 T2-5 T3-5 Var.6 T2-6 T MESIN, Volume 8 Nomor 3. Oktober

9 Hasil pengamatan struktur mikro: wbefm V m,* * Gambar 12 : Struktur Mikro Awal SKD-11 Mod. Pembesaran 500X Keterangan: putih - ferit, hitam - karbida,9] Gambar 13 : Struktur Mikro SKD-ll Mod. setelah proses pengerasan. Pembesaran 500X. Keterangan : karbida di dalam matriks [9] martensit Gambar 14 : Struktur Mikro SKD-l 1 Mod. setelah proses pemudaan Pembesaran 500X Keterangan : hitam - martensit temper, putih - karbida 9) a. 200UC b. 300UC c. 400UC d. 500UC e. 550UC f. 600 C Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 173

10 ; ' '.ji/rf'ys Kondisi Awal A3 Tabel 5 : Hasil uji keras Nilai keras Rockwell Standar Hasil Pengujian (255) maks maks.,0) 24,62 Pengerasan H Pemudaan T T T T T T Pembahasan Dari hasil analisa komposisi kimia dengan menggunakan EDAX, terlihat bahwa baja SKD 11 Mod. ini untuk kelompok unsur utamanya, mempunyai kadar carbon yang tinggi, yaitu: 0,945%. Dengan kadar carbon yang tinggi ini maka kemungkinan untuk memperoleh martensit pada saat proses pengerasan semakin besar. Sedangkan dari kelompok unsur-unsur pengiring, terlihat kadar silikon yang besar, yaitu 0,914%. Kadar ini cukup besar sehingga harus diperhitungkan karena akan menghalangi proses pembentukan karbida. Selain itu juga akan mempengaruhi sifat mampu keras atau hardenability dan kekuatan151. Juga terlihat adanya kadar mangan yang cukup tinggi, yaitu 0,324%. Kadar mangan ini akan berpengaruh pada kekerasan, sifat mampu keras atau hardenability, dan juga pada kekuatan161. Dari hasil pengujian komposisi kimia ini terlihat bahwa baja SKD-l 1 Mod mengandung unsur-unsur paduan berikut: chrom, nikel, molybdenum, vanadium, wolfram, cuprum, barium, dan neobium. Dari unsur paduan ini, yangkadar kandungannya harus diperhitungkan adalah: chrom dan molybdenum. Sedangkan unsur paduan lain yang pengaruhnya harus diperhatikan adalah nikel dan vanadium. Lainnya kadar kandungannya sangat kecil, sehingga pengaruhnya dapat diabaikan. Kadar chrom yang tinggi itu akan berpengaruh kepada kekuatan, ketahanan aus dan kekerasan,4,6j. Sedangkan molybdenum akan berpengaruh pada kekuatan tarik, keuletan, regangan, dan ketahanan terhadap suhu tinggi'41. Untuk kadar nikel akan mempengaruhi kekuatan, ketangguhan, ketahanan terhadap suhu tinggi, dan sifat mampu keras atau hardenability^. Dan vanadium selain berpengaruh kepada kekuatan tarik, keuletan, dan ketahanan terhadap suhu tinggi, juga akan mempengaruhi pertumbuhan dari karbida bersama-sama dengan chromium. Dari hasil pengamatan struktur mikro terlihat sebagaimana biasanya pada kondisi awal yang terbentuk adalah karbida di dalam matriks ferit, dan dengan melihat pada hasil uji komposisi kimia maka dapat diketahui bahwa karbida yang terbentuk adalah karbida chrom. Jika hasil pengamatan ini kita bandingkan dengan Gambar 1, maka terlihat adanya kesamaan pada struktur mikro yang terbentuk. Setelah mengalami proses pengerasan maka terlihat melalui Gambar 13 terjadi perubahan struktur mikro, yaitu: karbida di dalam matriks martensit. Perubahan ini juga sudah sesuai jika kita bandingkan dengan Gambar 10. Lalu 174 MESIN, Volume 8 Nomor 3. Oktober

11 Standar SKD -11 Mod -«- Hasil Penelitian Temperatur Temper C Gambar 15 : Diagram pengaruh suhu pemudaan terhadap nilai keras SKD-l I Mod setelah proses pemudaan, terlihat juga terjadinya perubahan struktur mikro menjadi karbida di dalam matriks martensit temper. Jika dibandingkan kembali dengan Gambar 10. maka terlihat perbedaan yang ada hanya terjadi untuk suhu temper yang rendah. Perbedaan ini diduga terjadi karena terjadinya proses over heating.ntuk hasil nilai keras, nilai keras awal baja ini masuk di dalam standar yang ditentukan. Sedangkan untuk nilai keras setelah proses, terjadi perbedaan pada proses pemudaan dengan suhu 200 C, dan untuk suhu pemudaan 500 C, dengan perbedaan terbesar terjadi pada suhu pemudaan 500 C. Untuk penyimpangan nilai keras pada suhu pemudaan 200 C jika dilihat pada struktur mikronya, memang struktur yang terjadi berbeda dengan yang seharusnya. Sedangkan untuk suhu 500 C, tidak terlihat perbedaan pada struktur mikronya. Setelah mengalami fluktuasi, maka nilai keras untuk suhu pemudaan 60()'C turun drastis walaupun belum kembali ke nilai keras awal. Kecenderungan bentuk grafik yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 15, dan jika dibandingkan dengan bentuk grafik standar, sudah terlihat kecenderungan yang sama. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari penelitian ini dapat disimptilkan bahwa komposisi kimia SKD-ll Mod mempunyai unsur-unsur carbon, siiikon, mangan. chromium, dan vanadium yang dominan. yang memang merupakan unsurunsur yang akan meningkatkan kekerasan,kekuatan, dan pembentukan karbida.. Jika dibandingkan antara struktur mikro dan nilai keras yang diberikan dengan struktur mikro dan nilai keras yang dihasilkan didalam penelitian ini. untuk yang belum mengalami proses perlakuan panas apapun. data yang diperoleh sesuai. Sedangkan untuk yang telah mengalami proses perlakuan panas baik pengerasaan maupun pemudaan juga ada Pengaruh suhu tempering terhadap SKD 11 MOD (Rianti D.S.A.) 175

12 kesesuaian kecuali untuk proses pemudaan pada suhu 200 C dan 500 C. Kecenderungan grafik suhu pemudaan vs nilai keras yang diperoleh di dalam penelitian ini sesuai dengan kecenderungan grafik yang diberikan oleh referensi. Saran Disarankan agar dapat dilakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan suhu pemudaan 200 C dan 500 C untuk melihat penyebab-penyebab terjadinya penyimpangan. Setelah itu diadakan penelitian lagi untuk melihat pengaruh suhu pemudaan yang rendah. DAFTARPUSTAKA 1. Daido Steel Co. Ltd., DC 53 - New General Purpose Cold Die Steel, Nagoya, Jepang 2. Daido Steel Co. Ltd., Heat Treatment Manualfor DC 53, Nagoya, Jepang 3. Daido Steel Co. Ltd., DC 53 Technical Data, Nagoya, Jepang. 4. Thelning, K., Steel and its heat treatment* 2nd ed.: p , London, Great Britain: Butherworth 5. Avner, Introduction tnri Metallurgy, 2n<1 ed.: p , to Singapore: McGraw Hill Book Co.. Physical 6. Groover, M. P., Fundamentals ofmodern Manufacturing, p New Jersey, United State of America: Prentice-Hall Inc ASM Handbook Committee, Metals Handbook. 8,h ed., vol. 2. Heat Treatment, 1978, Metals Park, Ohio, United State of America: American Society for Metals. 9. ASM Handbook Committee, Metals Handbook, 8,h ed., vol. 7, Atlas of Microstructure of Industrial Alloy, 1978, Metals Park, Ohio, United State of America: American Society for Metals. 10. Hardness Conversion Chart For Hardened Steel and Hard Alloys - ASTM E MESIN, Volume 8 Nomor 3. Oktober