ROTASI Volume 8 Nomor 1 Januari

Transkripsi

1 ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

2 PENGARUH KECEPATAN AIR SIRKULASI SEBAGAI MEDIUM QUENCHING TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA BAJA AISI 4140 Gunawan Dwi Haryadi 1) Abstrak Baja karbon yang dipanaskan sapai pada suhu austenit keudian didinginkan secara cepat akan terbentuk struktur artensit yang eiliki kekerasan yang lebih tinggi dari struktur perlit aupun ferit, proses ini biasa dikenal dengan Quenching. Proses quenching sederhana enghasilkan selubung uap pada sekitar spesien yang pada gilirannya akan engakibatkan ketidak seragaan proses pendinginan yang pada akhirnya eunculkan fasa bukan artensit.penelitian ini diawali dengan perancangan dan pebuatan alat uji yang berupa siste quenching dengan air tersirkulasi, dilanjutkan dengan penyiapan spesien baja AISI 4140 dengan panjang 100 dan diaeter 35, keudian spesien diperlakukan panas hingga teperatur austenit keudian didinginkan pada ediu quenching dengan siste air tersirkulasi.variasi penelitian yang dilakukan antara lain dengan tanpa air tersirkulasi, v = 0,597 /s, v = 0,696 /s, v = 0,833 /s. Karakterisasi dan evaluasi dari penelitian ini dilakukan dengan uji kekerasan dan foto struktur ikro (ikrografi).. PENDAHULUAN Proses perlakuan panas (Heat-Treatent) uunya erupakan operasi peanasan dengan pendinginan secara terkontrol untuk endapatkan ikrostruktur khusus yang erupakan kobinasi dari penyusunnya. [Ref.14.hal. 1] Baja karbon yang dipanaskan sapai pada suhu austenit keudian didinginkan secara cepat akan terbentuk struktur artensit yang eiliki kekerasan yang lebih tinggi dari struktur perlit aupun ferit, proses ini biasa dikenal dengan Quenching. Berbagai ikrostruktur dapat terbentuk pada paduan baja, artensit erupakan yang paling keras dan kuat tetapi getas. Kekerasanya tergantung pada kandungan karbon yang ada pada paduan tersebut. Austenit lebih padat daripada artensit, bagaianapun pada waktu transforasi fasa dengan quenching voluenya akan berkurang. Konsekuensinya, sebagian besar quenching akan engalai keretakan (crack) karena pengaruh internal stresses. [Ref.1.Hal.331] Baja carbon AISI 4140 eiliki unsur pokok diantaranya karbon 0,38-0,45% berat, Croiu 0,5-1,1 % berat, Molibdenu 0,15 0,25 % berat.[ref.17.] Teperatur larutan pendingin pada bak harus tetap dijaga seraga, sehingga setiap bagian dari spesien baja yang di-quench tetap dapat didinginkan pada teperatur yang saa. Akibat adanya perpindahan panas dari spesien baja ke larutan pendingin aka terjadi pebentukan gelebunggelebung udara yang keudian berlanjut dengan terbentuknya selubung udara pada perukaan spesien tersebut, selubung udara tersebut perlu segera disingkirkan agar perpindahan panas dari spesien enuju larutan pendingin tetap baik. Untuk spesien yang berbentuk tidak teratur/ruit sangat tidak baik jika dilakukan proses quench hanya dengan pencelupan pada larutan pendingin, karena akan cenderung terjadi pebentukan lapisan uap pada bagian-bagian peruka- 1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin FT-UNDIP an tertentu, aka akan terjadi laju pendinginan yang tidak seraga. Masalah-asalah tersebut selalu dihadapi pada proses quenching, karena akan terjadi penurunan laju pendinginan spesien baja sehingga tujuan utaa pebentukan baja yang seluruh bagiannya berikrostruktur artensite tidak dapat tercapai. Untuk engatasi asalah diatas dapat dilakukan dengan dua cara, pertaa adalah dengan ebuat larutan pendingin pada bak tersirkulasi, atau dengan cara ebuat spesien bergerak berputarputar di dala bak larutan pendingin. Mebuat spesien bergerak berputar-putar di dala bak larutan pendingin sangat sulit jika spesien eiliki diensi yang besar. Sehingga ebuat larutan pada bak tersirkulasi adalah cara terbaik untuk engatasi asalah yang dihadapi pada etode quenching.[ref.19.] Setelah eperhatikan apa yang dipaparkan pada latar belakang diatas penulis tertarik elakukan penelitian untuk engaati fenoena yang terjadi karena pelakuan quenching dengan siste air tersirkulasi pada baja AISI 4140, dilihat dari tingkat kekerasan dan perubahan struktur ikro yang terjadi karena perlakuan tersebut. Tujuan yang hendak dicapai dala Tugas Akhir dengan pebuatan alat uji quenching dengan siste air tersirkulasi adalah : 1. Mengetahui siste kerja ediu quenching dengan siste air tersirkulasi. 2. Meahai fenoena perubahan kekerasan dan struktur ikro pada baja AISI 4140 yang didinginkan secara cepat dala ediu air tersirkulasi. Masalah yang dibahas dala Tugas Akhir ini dibatasai oleh beberapa hal diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Spesien yang digunakan erupakan baja AISI Diensi spesien yang digunakan dala penelitian ini eiliki adalah(diaeter (d)=35, dan panjang 100 ) ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

3 3. Mediu quenching adalah air tanah dengan volue yang ditentukan 4. Analisa hasil proses quenching dengan enggunakan uji kekerasan dan etalografi. DASAR TEORI 1. Baja AISI 4140 Baja erupakan aterial yang paling banyak dipakai dala dunia perancangan teknik bahkan encapai 90 % dari seluruh produk engineering enggunakan baja sebagai koponen utaanya. Kebanyakan baja karbon dan baja paduan yang dihasilkan oleh pabrikan perlu diberikan proses perlakuan panas sebelu siap digunakan di lapangan. Proses perlakuan panas yang dilakukan untuk engubah sifat aterial baja karbon dan baja paduan, seperti kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan korosi, serta untuk peningkatan keapuan lainnya. Baja AISI 4140 erupakan aterial yang banyak dipakai sebagai bahan dasar dari crankshaft, shaft, gear, gandar, dan berbagai part esin diana bagian bagian tersebut ebutuhkan sifat tahan aus, kekerasan yang tinggi dan tangguh, disaping itu pada industri perinyakan digunakan untuk pup liner [Ref.10.Hal. 25&29] Table 2.1. enunjukkan koposisi kiia dari baja AISI 4140.[Ref.10.Hal.20] 3. Perlakuan Panas (Heat Treatent) Proses perlakuan panas secara uu erupakan operasi peanasan dengan pendinginan secara terkontrol untuk endapatkan struktur ikro khusus yang erupakan kobinasi dari penyusunnya.[ref.14.hal. 1] Eleen pokok dari beberapa perlakuan panas adalah siklus peanasan (Heating Cycle), teperatur penahanan (Holding teperature), waktu. dan siklus pendinginan (Cooling cycle). Siklus peanasan dan tiga tipe siklus pendinginan secara skeatik digabarkan oleh gabar 2.2. [Ref.14.hal.1] Baja AISI 4140 Tabel 2.1 Koposisi kiia (%berat) baja AISI 4140 Koposisi Kiia (% berat) C Mn Si Cr Mo Ni P S 0,37 0,44 0,65 1,10 0,20 0,35 0,75 1,2 0,15 0,25 Perlakuan panas Noralising Austenisasi Tepering o C o C o C Gabar.1. Diagra sederhana siklus pendinginan [Ref.14.hal.2] T Tγ, tγ Meperhatikan koposisi dan penggunaannya diperlukan suatu treatent untuk eningkatkan sifat sifat baja AISI 4140 salah satunya adalah kekerasannya. Proses untuk enghasilkan baja sehingga lebih keras dengan terbentuknya artensit pada struktur ikronya dapat dilakukan dengan quenching. Naun proses quenching sederhana eiliki banyak kekurangan, dan tidak dapat dilakukan pada baja-baja karbon rendah, karena diperlukan pendinginan yang lebih cepat jauh elebihi laju pendinginan kritisnya. 2. Diagra Fasa Diagra fasa besi-karbon (Fe-C) erupakan sebuah peta yang dapat digunakan sebagai sebuah daftar rangkaian operasi yang enunjukkan fasa yang terbentuk pada besi-karbon dengan koposisi karbon dan teperatur tertentu. Diagra fasa besi-karbon hanya erupakan petunjuk, karena banyak jenis baja engandung eleen yang engubah posisi dari batas fasa. Gabar 2. Diagra skeatis proses quenching [Ref.8.Hal.4] Sebagian besar baja karbon dan baja paduan rendah engandung kurang dari 0,8% berat Carbon. Meiliki bentuk struktur ikro yang erupakan paduan dua fasa terdiri dari besi α (ferrite) dan pearlite, yang berstruktur kubus peusatan ruang, kpr (BCC) dan bila dipanaskan sapai teperatur austenit akan berubah strukturnya enjadi kubus peuasatan sisi, kps (FCC). Pendinginan yang labat akan enghasilkan koposisi fasa yang saa seperti sebelu peanasan yaitu pearlite dan ferrite, naun bila dilakukan proses pendinginan yang cepat diungkinkan untuk enghindari transforasi austenite enjadi ferrite dan pearlite dan enghasilkan struktur body centered tetragonal (BCT) yang dikenal dengan artensit. Martensit erupakan baja yang t ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

4 eiliki kekerasan paling tinggi pada koposisi yang saa. [Ref.14.] Secara skeatis proses perlakuan panas pada siste quenching ditunjukkan seperti pada gabar 2.Spesien dipanaskan sapai Tγ dan ditahan selaa tγ, pada proses ini diharapkan seua unsur paduan (karbon, kro, olybdenu) larut dala baja. Hasil akhir dari proses austenisasi adalah fasa austenit yang eiliki koposisi kiia yang hoogen diseua tepat dan ukurannya tertentu. Selanjutnya spesien didinginkan secara cepat kedala ediu pendingin. [Ref.8.Hal.4] Perubahan austenit enjadi artensite diulai saat teperatur tertentu yang disebut artensit start (Ms) teperature dan dilanjutkan dengan penurunan teperatur sapai artensit finish (Mf) teperature. Pada Mf reaksi dari austenit enjadi artensit berhenti. Ms dan Mf dipengaruhi oleh konsentrasi eleen penyusun, konsentrasi karbon, dan peisahan paduan yang terjadi selaa pebekuan. Pengaruh dari konsentrasi karbon terhadap Ms dan Mf teperatur seperti terlihat pada gabar 3. Teperatur Ms untuk beberapa baja dapat diperoleh dengan percobaan dan dapat pula didekati dengan enggunakan ruus epiris. Salah satu ruus yang buat oleh Grange and Steward adalah : [Ref.1.hal.8] Ms( o F) = x%C - 70x%Mn - 35x%Ni - 70x%Cr 50x%Mo (Pers.1) Seua konsentrasi eleen penyusun ditunjukkan dengan persen berat, dan (Pers.2.1) berlaku bila seua karbida enyebar pada austenite. Ruus epiris yang lain ditunjukkan oleh Atkins. [Ref.1.hal.8] Ms( o C) = x%C 30,4x%Mn 17,7x%Ni 12,1x%Cr 7,5x% Mo (Pers.2) Teperatur Mf penting ketika percobaan untuk einialisir tahanan austenit pada baja quench. Pengaruh konsentrasi karbon pada proporsi terbentuknya artensit pada teperatur yang diberikan dibawah Ms digabarkan pada Gabar. 4. Gabar. 4. Hubungan antara konsentrasi karbon pada baja dan proporsi artensit yang dibentuk pada teperature yang diberikan.[ref.14.hal.9] 4. Kurva Pendinginan Metode yang uu digunakan pada penguatan baja eliputi pendinginan tanpa henti (continuously cooling) dari teperatur austenite pada cairan yang cepat enyerap panas. Kecepatan pendinginan pada spesien enunjukkan karakteristik pengeluaran panas dari ediu pendingin, karakteristik theral paduan, dan ketebalan dari spesien. Kurva pendinginan digabungkan dengan kurva C erepresentasikan awal dan akhir dari transforasi. Titik diana kurva pendinginan berteu dengan awal dan akhir kurva erepresentasikan awal dan akhir dari transforasi sebagai indikasi kecepatan pendinginan. [Ref.14.hal.9] Diagra CCT seperti yang ditunjukkan pada gabar 5. diagra ini erupakan diagra CCT untuk baja AISI 4140 berikut kurva pendinginan dan perkerasan yang dicapai dengan teperatur austenisasi 850 o C serta waktu penahanan 10 enit, diana digabarkan bentuk pendinginan yang paling cepat seperti pada kurva A dan yang paling labat seperti pada kurva E, diana kurva A akan enghasilkan perkerasan aksiu karena strukturnya tersusun atas artensit sepurna dengan kekerasan 650 HVN, sedangkan pada kurva E akan enghasilkan perkerasan yang paling kecil dengan nilai kekerasan 500 HVN karena strukturnya tersusun atas artensit dan bainit yang tebal. Gabar. 3. Pengaruh karbon pada teperatur Ms dan Mf [Ref.14.hal.8] Gabar 5. Kurva CCT untuk baja AISI 4140 dengan teperatur austenizing 850 o C ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

5 Proses quenching enyebabkan transforasi fasa dari γ FCC enjadiα BCT. Kecepatan transforasi ini elebihi kecepatan suara sehingga fenoenanya susah untuk diaati dala eksperien. Hasil proses quenching adalah fasa α yang eiliki sifat sangat keras (65-66 HRC) tetapi getas. Sifat keras fasa α disebabkan oleh adanya distorsi kisi pada struktur kristal akibat : a. Adanya unsur karbon yang terjebak didala sisi oktahedral BCC. b. Adanya ato pengotor pada batas butir austenit. c. Terbentuknya karbida selaa quenching. d. Tibulnya tegangan sisa hasil quenching. [Ref..8.Hal.5.] 5. Perancangan siste Quenching Keseragaan kondisi ediu quenching penting untuk einialisir adanya cracking, distorsi, dan ketidakseragaan kekerasan, hal ini berarti bahwa selaa proses quenching sebisa ungkin perpindahan panasnya seraga atau dengan kata lain teperatur teperatur larutan pendingin pada bak harus tetap dijaga seraga, sehingga setiap bagian dari spesien yang diquench tetap didinginkan pada teperatur yang saa. Akibat adanya perpindahan panas dari spesien baja kelarutan pendingin aka terjadi pebentukan gelebung-gelebung udara yang keudian berlanjut dengan terbentuknya selubung udara pada perukaan spesien tersebut, selubung udara tersebut perlu segera disingkirkan agar perpindahan panasnya tetap baik. Perasalahan selubung udara diatas dapat diatasi dengan dua cara, pertaa adalah dengan ebuat larutan pada bak pendingin tersirkulasi, atau dengan cara ebuat spesien bergerak berputarputar didala bak larutan pendingin. Mebuat spesien bergerak dala larutan pendingin cukup sulit apalagi jika spesiennya besar dan tidak beraturan, sehingga ebuat larutan pada bak quench tersirkulasi erupakan cara yang paling baik. [Ref.17.] Pengaruh agitasi pada hasil quench dengan evariasikan kecepatan aliran enunjukkan adanya peningkatan kekerasan dengan eningkatnya kecepatan aliran.[ref.14.hal ] Gabar 7. Mekanise pendinginan pada spesien yang di-quench. [Ref. 14 hal. 70 ] Quenching yang dilakukan pada loga spesien panas (setelah proses austenisasi) pada ediu pendingin akan engalai ekanise pendinginan seperti pada Gb. 7. yang eperlihatkan laju pendinginan panas dari loga sebagai fungsi dari teperatur perukaan loga. Gb. 7. juga enghubungkan teperatur perukaan loga dan koefisien perpindahan panas terhadap ekanise pelepasan panas. Awal pencelupan, loga pertaa kali akan diseliuti oleh selubung uap, yang akan pecah saat loga endingin. Perpindahan panas saat terbentuknya selubung uap ini buruk, dan loga akan endingin dengan labat pada tahap ini. Tahap kedua dari kurva pendinginan dinaakan tahap didih nukleat dan pada tahap ini terjadi perpindahan panas yang cepat karena loga langsung bersentuhan dengan air. Pada tahap ini, loga asih sangat panas dan air akan endidih dengan hebatnya. Kecepatan pebentukan uap air enunjukkan sangat tingginya laju perpindahan panas. Pada tahap ketiga, erupakan tahap pendinginan konveksi dan konduksi, diana perukaan loga telah berteperatur dibawah titik didih air. Tahap ini hanya engalai perpindahan panas elalui konveksi dan konduksi. Gabar. 8. Bentuk siste quench untuk quenchant air atau air gara (Ref.17) Gabar 6. Efek agitasi pada kurva pendinginan [ref. 14. hal. 241] Instalasi quenching dengan agitasi telah banyak dibuat oleh para ahli aterial, bahkan telah dijual bebas dipasar. Perbedaan setiap instalasi eiliki kelebihan sendiri-sendiri, dan dibuat ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

6 berdasarkan jenis edia pendingin dan enghindari terbentuknya selubung uap pada spesien panas yang dicelup. Gabar. 9. Siste quenching yang lain [Ref.14.Hal.349] Siste quenching pada gabar 9. diatas enggunakan popa sentrifugal sebagai pengatur sirkulasi. Instalasi bak penapung edia pendingin terdapat dibagian atas dan popa diletakkan pada bagian bawahnya. Air yang diseburkan langsung engenai spesien uji yang tercelup pada bak. Kecepatan seburan air yang nantinya akan epengaruhi kecepatan pendinginan eiliki hubungan dengan debit aliran yang apu dialirkan oleh popa dan hal tersebut dipengaruhi oleh kecepatan putaran popa. Sedangkan untuk popa sentrifugal yang tidak dapat diatur kecepatan putarannya, aka diberikan siste by pass untuk engatur aliran yang keluar dari pipa utaa yang selanjutnya enyebur spesien benda uji. Koponen penting yang lain dala perancangan siste quenching adalah posisi penepatan aterial (keranjang spesien). Rekoendasi uu yang dapat dipakai untuk enentukan posisi penepatan aterial yang tepat antara lain :[Ref.14. Hal.360] Part harus ditepatkan untuk endapatkan aliran edia pendingin secara aksiu dan selalu bersinggungan selaa quench berlangsung. Mencegah tergelincir Untuk benda-benda sietris seperti bearing, silinder, dapat disusun pada rak Part datar seperti ata gergaji, plat kopling, bagus untuk ditepatkan pada batang slot horisontal yang terpisah satu saa lain untuk eudahkan fluida bersinggungan. Gulungan kawat dapat ditopang dengan bentuk vertikal seperti sarang laba-laba atau secara horisontal yang ditopang oleh batang. Part yang kecil dapat ditepatkan pada keranjang untuk ebuat selalu bersinggungan dengan ediu quenching selaa pencelupan. Sederhana, (bila ungkin bebas dari las), dan udah untuk dikelola. Total berat dari spesien dan peralatan harus sebisa ungkin apu enapung perpindahan panas selaa quench untuk engurangi kenaikan teperatur ediu quenching. Perancangan sebuah bak penapung edia pendingin pada instalasi quenching dengan agitasi eiliki pertibangan berupa diensi dan besar volue edia pendingin yang ditapung. Seakin besar volue edia yang ditapung oleh bak, aka seakin besar pula panas yang dapat diserap oleh edia pendingin, selain itu faktor faktor yang enjadi pertibangan adalah : a. Sifat theral dari spesien benda uji b. Sifat uu dari edia pendingin, seperti kapasitas panas, densitas, viskositas dan lainnya. Karakteristik pebentukan selubung uap dari edia pendingin pada perukaan spesien panas. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini terdiri dari berbagai aca kegiatan yaitu antara lain : studi literatur, perancangan dan pebuatan alat uji quenching, proses perlakuan panas, dan pengujian aterial hasil perlakuan. Urutan penelitian ditunjukkan pada gabar 10. Gabar 10. Diagra alir penelitian PERANCANGAN ALAT QUENCHING DENGAN METODE SISTEM AIR TERSIRKULASI 1. Siste uu quenching dengan air tersirkulasi Melalui tahap studi literatur perancangan instalasi quenching dengan siste air tersirkulasi aka dapat ditentukan ekanise sirkulasi yang ditentukan, volue bak quench, dan bentuk keranjang spesien ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

7 yang tepat spesien benda uji. Gabar 11. erupakan diagra instalasi quenching dengan agitasi yang dibuat pada penelitian ini, diana didalanya terdapat katub dengan siste by pass untuk evariasi debit aliran yang asuk kedala edia pendingin. Siste by pass digunakan karena popa sentrifugal yang digunakan pada instalasi tidak dapat diatur kecepatan putarannya. Gabar 11. Siste uu quenching dengan air tersirkulasi 2. Proses Pebuatan Instalasi Quenching dengan Siste Air Tersirkulasi Langkah-langkah yang dilakukan dala proses perakitan instalasi quenching dengan air tersirkulasi adalah sebagai berikut : 1. Mengukur panjang besi siku yang akan digunakan sebagai rangka dari instalasi alat ini. Keudian eotong dan engelas sehingga ebentuk sebuah rangka dengan diensi 65c x 65c x 110c (p x l x t). 2. Measang roda-roda pada bagian bawah rangka. 3. Measang pipa galvaniz pada bak penapung ediu pendingin dengan elubangi dasarnya tepat ditengah-tengah dengan diaeter 2 inci, lalu engelas pipa tersebut hingga enyatu dengan bak penapung ediu pendingin. 4. Mepersiapkan bak penapung ediu pendingin dengan eratakan seluruh bagiannya, dan endepul bagian dasarnya. 5. Melubangi bak penapung ediu pendingin dengan diaeter 1 inci sebanyak dua buah. Satu dibagian dasar bak penapung ediu pendingin sebagai saluran isap enuju popa air, dan satu di dinding bak penapung ediu pendingin sebagai saluran asuk sebagai by pass. 6. Meletakkan bak penapung ediu pendingin pada rangka, dan eastikan sudah tepat ditengah-tengah. 7. Measang popa air dibagian bawah rangka dengan tabahan rangka penyangga. 8. Measang pipa PVC untuk saluran isap dari bagian dasar bak penapung enuju popa air. 9. Measang pipa PVC untuk saluran keluar popa, easang water flow eter, dan ball valve sebagai by pass. Dengan enggunakan sabungan T sebagai pebagi aliran, satu bagian dialirkan enuju lubang di bagian dinding bak penapung ediu pendingin dengan elewati sebuah ball valve sebagai pengatur julah aliran. Dan satu bagian lainnya enuju bagian dasar bak pada pipa galvaniz, dan aliran elewati water flow eter untuk engetahui debit aliran yang engalir enuju pipa galvanis yang nantinya akan enyeburkan air ke spesien uji. 10. Mengecat seluruh bagian rangka dan bak penapung ediu pendingin. 11. Mengukur panjang kawat steinless steel, keudian eotong dan engelasnya enjadi berbentuk keranjang dengan diaeter 9c, dan tinggi 25 c. 12. Mengukur lebar plat seng, keudian eotong dan engelingnya sehingga ebentuk seliut tabung, dengan diaeter 11 c, dan tinggi 30 c. 13. Mengecat plat seng tersebut. 14. Measukkan plat seng tersebut sebagai selubung keranjang. 15. Meletakkan keranjang di dala bak penapung ediu pendingin, tepat diatas pipa galvaniz penyebur air. 16. Melakukan pengecekan dan pengujian pada instalasi quenching dengan siste aliran tersebut. 3. Pengujian Alat Pengujian alat dilakukan untuk engetahui kapasitas dan keapuan alat quenching dengan etode air tersirkulasi sehingga dala penggunaan dala pengujian dapat diketahui paraeter yang epengaruhinya. Paraeter yang diuji antara lain : a. Kapasitas aliran b. Kapasitas aksiu siste quenching c. Perhitungan kecepatan pendinginan 4. Pengukuran kapasitas aliran Pengaturan kecepatan aliran dilakukan dengan engatur bukaan by pass yang terpasang pada siste ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

8 aliran, beberapa variasi yang dilakukan pada penelitian ini antara lain : a. Katup by pass tertutup penuh V 2 = 0,833 s b. Katup by pass terbuka ¼ bagian V 2 = 0,696 s c. Katup by pass terbuka penuh V 2 = 0,597 s 5. Perhitungan Kapasitas aksiu siste quenching a. Bak ediu pendingin (quenchant) φ bak = 57,5 c tinggi (t) = 40 c Volue = A Alas. t = 0,104 3 Kenaikan teperatur yang diijinkan adalah 5 0 C, Sehingga ΔT = 5 o C Diasusikan pada percobaan didapatkan data sebagai berikut : T rata-rata = (32+27)/2 T 1 T 2 = 29,5 o C = 27 o C = 32 o C Sehingga, ρ = dan ρ. V V diana ρ air pada 29,5 o C = 995,3 kg = 995,3 3 = 103,38 kg. 0,104 3 kg = 3 Jadi berat air yang ditapung oleh bak adalah 103,38 kg. Sesuai persaaan 2.6. aka : T r = Q / (W q. C pq ) C pq pada 29,5 o C = 4,1765 Q = T r. W q. C pq kj o kg C = 5 o C. 90,46 kg. 4,1765 kj o kg C = 2158,85 kj Julah kalor yang diteria oleh air sebesar 2158,85 kj b. Loga (Spesien Uji) Data yang didapat pada penelitian ini adalah : T 1 = 850 o C T 2 = 50 o C Baja AISI 4140 eiliki kadar karbon 0,4 % diketahui : C p baja karbon 0,4%C = 0,46 kj/kg o C Q = C p. W. (T 1 -T 2 ) W = C p Q.( T 1 T2 ) W = 5,46 kg (Berat spesien aksiu) 6. Perhitungan Kecepatan Pendinginan a. Katup tutup penuh t = 26,79 detik b. Katup terbuka ¼ bagian t = 27,96 detik c. Katup buka penuh t = 27,98 detik d. Tanpa Siste Aliran t =38,99 detik DATA DAN ANALISA HASIL PENGUJIAN MATERIAL BAJA AISI 4140 Hasil pengujian terhadap spesien perlakuan quench dengan siste air tersirkulasi berupa koposisi spesien uji, kekerasan, dan struktur ikro yang pebahasanya adalah sebagai berikut: 1. Koposisi spesien uji Hasil pengujian koposisi kiia terhadap spesien awal yang digunakan dala penelitian ini ditunjukkan oleh tabel 2. Tabel 2. Koposisi kiia hasil pengujian dan standar Unsur C Si Mn P S Cr Mo Ni Pengujian 0,4 0,26 0,84 0,012 0,03 0,94 0,16 - Standar ,44 0,30-0,35 0,65-1, ,75-1,20 0,15-0,25 Dari pengujian koposisi kiia diatas enunjukkan bahwa spesien yang digunakan untuk pengujian ini erupakan baja AISI Analisis kekerasan Hasil pengujian kekerasan dengan enggunakan hardness vickers tester terhadap spesien benda uji adalah sebagai berikut : Perlakuan Tabel 3.Harga Kekerasan Vickers Jarak dari tepi() VHN Ratarata Q Q , Q Q Q ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

9 Kekerasan (VHN) Grafik Hubungan antara Kekerasan terhadap Jarak dari Spesien Jarak Pengukuran dari Tepi() Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Keterangan : Q0 : Noralising Q1 : Quenching tanpa agitasi (V = 0 /s) Q2 : Quenching dengan agitasi by pass bukaan penuh (V= 0,597 /s) Q3 : Quenching dengan agitasi by pass buka ¼ (V = 0,696 /s) Q4 : Quenching dengan agitasi by pass tutup penuh (V = 0,833 /s) Gabar 12. Grafik hubungan antara kekerasan terhadap jarak dari tepi spesien Gabar 12. eperlihatkan bahwa dengan perlakuan quenching aterial akan eiliki peningkatan kekerasan yang besar bila dibandingkan dengan aterial yang dinoralising, serta pada saat dipergunakan ekanise quenching dengan aliran grafik kekerasanya juga terus eningkat seiring dengan pertabahan kecepatan aliran. Berdasarkan gabar 5. baja AISI 4140 yang engalai perkerasan artensit akan eiliki kekerasan diatas 650 VHN dan dari Tabel 5.2. terlihat bahwa seua quenching yang dilakukan baik dengan air dia aupun tersirkulasi akan enghasilkan aterial dengan kekerasan artensit, terutaa bagian tepinya walaupun pada bagian yang tengah untuk quench tanpa agitasi dan dengan agitasi by pass bukaan penuh (V=0,597 /s) belu terbentuk artensit sepurna karena kekerasannya asih dibawah 650 VHN. 3. Analisis struktur ikro Mikrografi enghasilkan gabar-gabar seperti pada gabar 13 gabar 17. diana fasa tersebut diunculkan dengan dietsa oleh larutan HNO 3 dan pebesaran yang diabil adalah 500x, dari pebesaran tersebut 10 garis yang terdapat dala foto ewakili jarak 20 μ. Gabar 14. Struktur ikro spesien Q1, Tγ = C, t γ = 83 enit dengan pebesaran 500X Gabar 13. enunjukkan spesien aterial baja AISI 4140 yang dinoralising, yaitu dengan peanasan sapai teperatur 900 o C ditahan selaa 30 enit keudian didinginkan diudara bebas. Terlihat bagian atas lebih bura dibanding bagian bawah hal ini terjadi karena aterial tidak rata yang disebabkan oleh kesalahan pengaplasan. Masih sangat jelas terlihat batas butir antar fasa yang terjadi. Ferit (α proeutectoid) ditunjukkan oleh butir yang berwarna terang sedangkan pearlite ditunjukkan oleh butir yang berwarna gelap, Perlit sendiri sebenarnya tersusun dari karbida (Fe 3 C) dan α eutectoid (ferit eutektoid) julah ferit pada aterial ini terlihat lebih banyak bila dibandingkan dengan pearlite. Gabar 14. enunjukkan spesien baja AISI 4140 yang diquench dengan tanpa aliran (V = 0 /s), terlihat adanya bagian yang lebih gelap hal ini diakibatkan oleh spesian uji yang tidak rata yang disebabkan oleh kesalahan pengapelasan. Bintik bintik hita yang napak erupakan void atau kotoran yang terbentuk karena polising yang tidak sepurna. Gabar ini tidak terlihat batas butir secara jelas, yang napak adalah jaru kecil-kecil yang strukturnya tidak beraturan sebagai indikasi terbentuknya struktur artensit. Masih terlihat adanya daerah berwarna putih yang erupakan fasa α eutectoid yang tidak berubah enjadi artensit secara sepurna. Terbentuknya artensit dan α eutectoid engakibatkan spesien ini lebih keras dibandingkan dengan spesien yang dinoralising. Gabar 13. Struktur ikro spesien Q0, Tγ = C, t γ = 30 enit dengan pebesaran 500X Gabar 15. Struktur ikro spesien Q2, t = 83 enit dengan pebesaran 500X Tγ = C, γ ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

10 Gabar 16. Struktur ikro spesien Q3, t = 83 enit dengan pebesaran 500X Tγ =850 0 C, γ Spesien uji baja AISI 4140 yang diberikan proses quenching dengan aliran katup by pass buka penuh (V i = 0,597 /s) diperlihatkan pada Gb. 15. Disini terlihat juga void banyak tertinggal karena ketidak sepurnaan polishing. Foto hasil peotretan juga tapak bagian yang bura karena spesien uji yang tidak rata. Tidak napak adanya bulatan putih seperti pada aterial yang diquench tanpa aliran, yang napak secara jelas adalah struktur ikro artensit yang ditandai dengan bentuk seperti jaru yang tersusun secara acak. Terbentuknya struktur artensit engakibatkan spesien yang diquench dengan aliran by pass buka penuh (V i = 0,597 /s) enjadi lebih keras bila dibanding dengan aterial yang diquench sederhana aupun yang dinoralising. Foto Struktur ikro spesien uji baja AISI 4140 dengan proses quenching dengan aliran pada katup by pass terbuka ¼ bagian (V i = 0,699 /s) diperlihatkan Gb. 16 Pada foto tapak bagian yang bura dikarenakan spesien uji yang tidak rata yang disebabkan ketidaksepurnaan pengaplasan. Tidak napak adanya bulatan putih seperti pada aterial yang diquench tanpa aliran, yang napak secara jelas adalah struktur ikro artensit yang ditandai dengan bentuk seperti jaru yang tersusun secara acak. Terbentuknya struktur artensit engakibatkan spesien yang diquench dengan aliran katup by pass terbuka ¼ bagian (V i = 0,699 /s) enjadi lebih keras bila dibanding dengan aterial yang dinoralising. Gabar 17. Struktur ikro spesien Q4, Tγ = C, t γ = 83 enit dengan pebesaran 500X Foto struktur ikro spesien baja AISI 4140 yang diquench dengan aliran pada katub by pass tutup penuh (V = 0,833 /s) diperlihatkan oleh gabar 17., terlihat adanya bagian yang lebih gelap hal ini diakibatkan oleh spesian uji yang tidak rata yang disebabkan oleh kesalahan pengapelasan. Bintik bintik hita yang napak erupakan void atau kotoran yang terbentuk karena polising yang tidak sepurna. Gabar ini tidak terlihat adanya batas butir, tidak napak adanya bulatan putih seperti pada aterial yang diquench tanpa aliran, yang napak secara jelas adalah struktur ikro artensit yang ditandai dengan bentuk seperti jaru yang tersusun secara acak. Terbentuknya struktur artensit engakibatkan spesien yang diquench dengan aliran katub by pass tutup penuh (V = 0,833 /s) enjadi lebih keras bila dibanding dengan aterial yang dinoralising. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesipulan Dari perancangan alat dan penelitian yang dilakukan dengan engabil aterial baja AISI 4140 yang diquench dengan etode siste air tersirkulasi dapat diabil kesipulan : 1. Alat quenching dengan etode siste air tersirkulasi ini dapat digunakan untuk eng-quench baja sebanyak 5,46 kg pada kondisi volue air 0, Seakin cepat laju aliran kecepatan pendinginannya seakin tinggi. 3. Quenching dengan etode air tersirkulasi pada baja AISI 4140 apu eningkatkan kekerasan. 4. Quenching dengan etode air tersirkulasi pada baja AISI 4140 enunjukkan peningkatan keseragaan kekerasan artensit pada perukaan dari aterial yang diquench. 5. Quenching pada baja AISI 4140 akan enghasilkan struktur ikro artensit. 2. Saran Penelitian ini asih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki dan disepurnakan pada penelitian berikutnya, untuk itu penulis enyarankan beberapa hal untuk dilakukan pada penelitian selanjutnya, antara lain : 1. Alat quenching yang kai buat ini asih dapat ditingkatkan keapuanya dengan eperbaiki siste alirannya. 2. Keranjang spesien dapat dibuat lebih kecil dengan selubung aliran saa dengan pipa out put. 3. Teperatur ediu pendingin perlu dikontrol untuk enghasilkan penelitian dengan kondisi yang seraga pada seua perlakuan. 4. Pengukuran kekerasan dari ujung terdekat dengan aliran sapai yang terjauh perlu dilakukan untuk elihat tingkat perkerasan sepanjang spesien. ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari

11 DAFTAR PUSTAKA 1. Callister,Willia D. Materials Science and Engineering John Willey & Sons,Inc. USA Dieter, George E. Metalurgi Mekanik. Erlangga. Jakarta Giir.CH, Tuncer.BO, Investigating the Microstructure-Ultrasonic Property Relationships in Steel, jurnal Welding tech & NDT Center, Ankara, Turkey 4. Holan JP, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta, Incopera.P, De Witt PD, Fundaental of Heat Treatent and Mass Transfer John willey and Son. Canada, Krauss.G, Steel : Heat Treatent and Processing Principles 7. Meyrick.G, Physical Metallurgy of Steel, Class Notes and Lecture Material, USA, Nugroho.Sri, Karakterisasi Austenit Sisa dan Kekerasan pada Baja Bantalan SAE 52100, Tesis Magister, Progra Pascasarjana, Teknik Mesin, ITB Bandung Okuura, Toshie.Teknologi Pengelasan Loga. PT. Pradnya Paraitha. Jakarta Parker.ER, Material Data Book, For Engineer and Scientiests, Mc.Graw-Hill Book Copany, New york, Petty,ER. Physical Metalurgy of Engineering Materials. George Allen and Unwin Ltd.London RAJAN, T.V., Heat Treatent Principles and Techniques, Prentice-Hall of India, New Delhi- India, Suryanarayana.A.V.K. Testing of Metalic Material. Prentice hall of India. New Delhi Totten,GE,Bates,CE,Clinton,NA, Handbook of Quenchant and Quenching Technology, ASM International,USA, Van Vlack, Lawrence H, Ilu dan teknologi Bahan. Erlangga.Jakarta Quench Syste for Oil and Water Machinery s 1924 Handbook ROTASI Volue 8 Noor 1 Januari