BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

1 BAB I PENDAHULUAN 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

2 1.2 Tujuan Percobaan Tujuan 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 Masalah Dalam 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 Penulisan Penulisan 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.

3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Defenisi 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]. 2.2 Mengenal proses Heat treatment Heat 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. 2.3 Klasifikasi Heat treatment 2.3.1 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

4 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 Annealing 3. Process annealing 4. Spheroidizing 5. Normalizing 6. Homogenizing.

5 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) 2.4 Jenis-jenis pengerasan permukaan 2.4.1 Karburasi Cara 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 Karbonitriding Karbunitriding 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 Sianiding Sianiding adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan. 2.4.4 Nitriding Nitriding adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai

6 ± 510 c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu. 2.5 Diagram Transformasi Isotermal Diagram fasa Fe 3C 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. 2.6 Efek pada Struktur Mikro Pada 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 1350 0 C, 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

7 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 Menerus Jika 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.

8 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. 2.8 Jenis Perlakuan Heat treatment 2.8.1 Quenching Perlakuan 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

9 minimum ± 50 C 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 100 o F diatas temperatur kritis atas sekitar temperatur 1000 o F-1250 o F. Tujuan proses ini adalah untuk menghasilkan baja yang lebih kuat dan keras diibandingkan dengan baja

10 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.

11 2.8.3 Temper Baja 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 150-230 o C tidak akan menghasilkan penurunan kekerasan yang berarti, karena pemanasan akan menghilangkan tegangan dalam terlebih dahulu. Bila menjadi martensit terurai lebih cepat dan sekitar 305 o C perubahan fasa menjadi martensit temper berlangsung dengan cepat. Proses temper terdiri dari prespitasi dan penggumpalan atau pertumbuhan sementit. Pengendapan sementit terjadi pada 315 o C 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.

12 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 M s akan tetapi dibawah 430 o C. 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.

13 BAB III METODE PERCOBAAN 3.1 Diagram Alir Percobaan Berdasarkan 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 9000C Menahan temperature selama 20 menit Mendinginkan sampel dengan media air oli dan udara Menghaluskan specimen dengan ampelas atau grinding Melakukan uji kekerasan Data percobaan Literatur Pembahasan Kesimpulan Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan

14 3.2 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat yang digunakan 1. Muffle furnace 2. Stopwatch 3. Tang penjepit 4. Sarung tangan 5. Mesin grinding/ampelas 6. Alat pengujian kekerasan 7. Crusible 3.1.2 Bahan yang digunakan 1. 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 900 0 C. 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 C 8. Memasang indentor dan meletakkan benda uji pada tempatnya. 9. Melakukan proses pengujian kekerasan. 10. Mencatat hasil yang didapat

15 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Percobaan Berdasarkan hasil percobaan perlakuan panas yang telah dilakukan pada laboratorium metalurgi didapatkan data sebagai berikut. Tabel 4.1 Data hasil percobaan No 1 2 3 4 Bahan AISI 1045 AISI 1045 AISI 1045 AISI 1045 Temperature ( C) Holding (menit) 900 20 900 20 900 20 25 - Perlakuan Quenching media air Quenching media oli Normalizin g Non Heat treatment Hardness 24 HRC 22 HRC 29 HRC 84 HRB 86 HRB 87 HRB 79 HRB 79 HRB 80 HRB 97 HRB 98 HRB 97.5 HRB Vickers Average Hardness Hardness (VHN) 97.5 HRC 266.25 25 HRB 172.85 85.6 HRB 152 79.3 HRB 234 Dibawah ini adalah diagram batang yang diperoleh dari percobaan perlakuan panas :

16 Diagram hasil percobaan 300 200 100 0 VHN Quenching air Quenching oli Normalizing Non treatment Gambar 4.1 Diagram Batang Hasil Heat treatment 4.2 Pembahasan Berdasarkan 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

17 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 0 0 C 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

18 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 V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

19 Pada 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 Saran Pada 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

20 DAFTAR PUSTAKA Jakarta Alexander, W.O., 1991 Dasar Metalurgy Untuk Rekayasawan, Gramedia: 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 <http://www.scribd.com/doc/443 50603/Bab-i-Heat- TreatmentFelly-Acc-Tulis>, 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. 20

21 LAMPIRAN A CONTOH PERHITUNGAN 21

22 Menghitung rata-rata kekerasan Benda Uji 1 ( Non Heat treatment ) Pengujian 1 = 97 HRB Pengujian 2 = 98 HRB Pengujian 3 = 97 HRB Rata-rata kekerasan = Benda Uji 2 ( Normalizing ) Pengujian 1 = 79 HRB Pengujian 2 = 79 HRB Pengujian 3 = 80 HRB 97+98+ 97.5 3 Rata-rata kekerasan = 79+79+80 3 Benda Uji 3 ( Quenching air ) Pengujian 1 = 24 HRC Pengujian 2 = 22 HRC Pengujian 3 = 29 HRC Rata-rata kekerasan = Benda Uji 4 ( Quenching oli ) Pengujian 1 = 84 HRB Pengujian 2 = 86 HRB Pengujian 3 = 87 HRB Rata-rata kekerasan = 24 +22+29 3 84+86+ 87 3 = 97.5 HRB = 79.3 HRB = 25 HRC = 85.6 HRB Spesimen 1 (non treatment ) Data berdasarkan tabel standar konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA dengan metode interpolasi sebagai berikut ; 97.5 96.7 98.1 96.1 = y 230 240 230 y = 234 VHN 22

23 Spesimen 2 ( media pendinginan air ) Data berdasarkan tabel standar konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA dengan metode interpolasi sebagai berikut ; 25 24.8 25.6 24.8 = y 265 270 265 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 ; 85.6 85 87.1 85 = y 170 180 170 y = 172.85 HVN Spesimen 4 ( normalizing ) Data berdasarkan tabel standar konversi yang ada di laboratorium metalurgi FT.UNTIRTA, langsung dikonersi sehingga mendapatkan hasilnya : 79.3 78.7 81.7 78.7 = y 150 160 150 y = 152 HVN 23

24 LAMPIRAN B JAWABAN PERTANYAAN DAN TUGAS KHUSUS 24

25 Jawaban Pertanyaan 1. 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 atau cold 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 working atau cold 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 atau vacancies dari atom untuk menghasilkan pergerakan dan pemanjatan dislokasi. Pada proses pemulihan ini kekuatan logam sedikit berkurang yang dibarengi dengan peningkatan keuletan. 2. Rekristalisasi 25

26 Pada 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 saat nucleus atau 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 growth Pada 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 proses annealing. 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 26

27 terjadinya rekritalisasi. Ketika temperature minimumnya tercapat, maka kekuatan tarik akan berkurang, tetapi keuletan bertambah. Temperatur rekristalisasi dapat ditentukan dengan formula berikut: Tr = 0.4 Tm Sehingga dapat disimpulkan bahwa temperature rekristalisasi dipengaruhi oleh jenis logam dan dengan titik leleh logam tersebut. 3. Mengapa persen kelarutan karbon pada diagram Fe 3 C 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 equilibrium 27

28 1. 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 = 410F 2. 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 = 1333F 3. 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 = 97,4 sementit = ( 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 : 28

29 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 = 12g 4. 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 Fe 3 C! Jawab : 1. Reaksi peritektik Reaksi ini terjadi pada temperatur 1495 0 C dimana baja cair (liquid) dengan kandungan 0.53%C bergabung dengan delta (δ) kandungan 0.09%C bertansformasi menjadi austenit (γ) dengan kandungan 0.17%C. Delta (δ) adalah fasa padat pada temperatur tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas. 2. Reaksi eutektoid Reaksi ini berlangsung pada temperature 723 0 C, austenit (γ) padat dengan kandungan 0.83%C bertransformasi menjadi ferit (α) dengan kandungan 0.025%C dan sementit (Fe 3 C) 3. Reaksi eutektik Reaksi ini terjadi pada temperatur 1148 0 C, dalam hal ini logam cair dengan 29

30 kandungan 4.3%C membentuk austenit (γ) dengan 2.11%C dan sementit (Fe 3 C) 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 khusus 1. 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 1045 a. Komposisi kimia Carbon = 0.45% Mangan = 0.8% Silikon = maks. 0.4% Sulfur = 0.02-0.04 Cr + Mo+Ni = maks. 0.63% b. Sifat mekanik Kekuatan tarik = 596 N/mm 2 Kekuatan luluh = 380 N/mm 2 Elongation = 16% per 50 mm Modulus elastisitas = 200 GPa Massa jenis = 7.87 gr/cm 30

31 LAMPIRAN C GAMBAR ALAT DAN BAHAN 31

32 Gambar C.1 Mesin uji kekerasan Gambar C.2 Muffle furnace Gambar C.3 Alat Safety Gambar C.4 Tang 32

33 Gambar C.5 Kawat Gambar C.6 Baja AISI 1045 33

34 LAMPIRAN D BLANKO PERCOBAAN 34