HARDENABILITY VURI AYU SETYOWATI, S.T., M.Sc TEKNIK MESIN - ITATS
PRINSIP PERLAKUAN PANAS T e m p e r a t u r 723 o C 910 A 3 Anil sempurna dan pengerasan Penormalan A 1 A cm A 3 A 1 T e m p e r a t u r Pemanasan Pendinginan Fe 0,8 C W a k t u
DEFINISI Hardenability adalah kemampuan baja dapat dikeraskan dengan membentuk martensit. Biasanya dinyatakan dengan jarak suatu titik di bawah permukaan dimana strukturnya terdiri dari 50% martensit. Kekerasan suatu titik pada benda dari baja, setelah dikeraskan tergantung pada: Kekerasan martensitnya Banyaknya martensit yang terjadi Kekerasan martensit tergantung pada kadar karbon dalam austenitnya Banyaknya martensit yang terjadi tergantung pada: Banyaknya austenit pada waktu pemanasan Laju pendinginan (relatif terhadap critical cooling rate)
TRANSFORMASI AUSTENIT KE MARTENSIT Austenit Martensit Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 4
Hubungan antara kadar karbon, jumlah martensit dan kekerasan Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 5
Hardenability menunjukkan: Kekuatan pendinginan untuk melakukan pengerasan (tinggi rendahnya CCR) Dalamnya (tebalnya) pengerasan Tebal/diameter benda yang seluruh penampangnya dapat menjadi keras Hardenability diukur dengan: Grossmann hardenability test Jominy hardenability test Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 6
DISTRIBUSI KEKERASAN BATANG ф100 mm DARI BEBERAPA JENIS BAJA Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 7
The depth of hardening depends on the following factors: 1. Shape and size of the cross section 2. Hardenability of the material 3. Quenching conditions Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 8
DISTRIBUSI KEKERASAN BATANG BERBAGAI DIAMETER SETELAH DICELUP MINYAK Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 9
The quenching intensity (severity) factor H Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 10
METODE PENENTUAN HARDENABILITY Metode Grossmann Jominy Pita Hardenability Perhitungan kekerasan berdasar komposisi kimia Berdasar Software : The Minitech Predictor Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 11
I. Grossmann hardenability test 1. Dari baja yang akan diuji dibuat sejumlah batang uji berbentuk batang silindrik berbagai diameter 2. Semua batang uji dikeraskan dengan cara yang sama (temperatur pemanasan dan cara pendinginanya sama) 3. Dengan pengamatan strukturmikro atau pengukuran kekerasan pda penampangnya dicari batang yang mana yg mengalami pengerasan tepat sampai di sumbunya 4. Diameter batang tsb dinamakan diameter kritis (Do) dari baja ybs, menunjukkan hardenabilitynya 5. Harga Diameter kritis Do tergantung pada cara pendinginan, severity of quench H H = f/k (in. -1 ) f = heat transfer factor K = thermal conductivity Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 12
Grossmann hardenability test 6. Penulisan Diameter kritis harus menuliskan juga harga H- nya 7. Diameter kritis ideal DI: diameter kritis untuk pendinginan yang ideal (H = ) 8. Hubungan antara diameter kritis dengan diameter kritis ideal dinyatakan pada grafik di belakang 9. Hardenability lebih tepat dinyatakan dengan diameter kritis ideal karena tidak lagi perlu menyatakan untuk pendinginan yang bagaimana (kekuatan pendinginannya sama, ideal) Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 13
Pada pengujian grossman hardenability menggunakan batang berbentuk silinder dari bermacam-macam ukuran diameter. Kemudian baja tersebut dikeraskan dengan pendinginan pada media tertentu. Diameter yang tepat terdapat 50% martensit dinamakan diameter kritis (Do) Kalau mau menunjukkan nilai Do harus disertakan nilai H, sehingga tau diameter kritis tersebut yang diperoleh dengan pendinginan media tertentu. Sedangan Do dapat dikonversi menjadi diameter kritis ideal (DI) yang menunjukkan bahwa logam yang dikeraskan dengan berapapun nilai H nya. Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 14
Diagram yang menunjukkan hubungan antara D o, D i, dan H Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 15
Diagram yang menunjukkan hubungan antara D o, D i, dan H Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 16
SOAL 1. Tentukan diameter kritis batang, jika diameter kritis ideal adalah 8 in, yang didinginkan menggunakan medium air tanpa agitasi 2. Apabila seorang production engineer ingin membantuk struktur martensit dengan diameter kritis ideal 1,7 in dan diameter ideal 1,4 in. Medium apa yang harus digunakan untuk mendinginkan batang dengan kondisi tersebut? 3. Tentukan diameter kritis ideal, jika diameter kritis batang sebesar 8 in didinginkan cepat menggunakan medium dengan nilai H sebesar 0,4 Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 17
KURVA A : Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 18
FAKTOR PENGALI UNTUK UNSUR PADUAN (PERHITUNGAN HARDENABILITY) KURVA B Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 19
PERHITUNGAN HADENABILITY GROSSMANN Data yang digunakan adalah komposisi baja yang meliputi : Kadar Karbon = Lihat Kurva Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit KURVA A Elemen Paduan = Lihat Kurva FAKTOR PENGALI UNTUK UNSUR PADUAN KURVA B Lakukan perhitungan dengan cara mencari faktor pengali untuk masing-masing unsur paduan Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 20
PERHITUNGAN HADENABILITY Contoh : GROSSMANN Suatu baja komposisi kimia C = 0,25%, Si = 0,3%, Mn = 0,7%, Cr = 1,1%, dan Mo = 0,2% ukuran butir ASTM no 7. Tentukan diameter kristis ideal (DI) Jawab : - Cari faktor pengali (FP) untuk C di Kurva A - Cari faktor pengali (FP) pengali untuk masing-masing unsur paduan di Kurva B Jadi DI = FP (C) x FP (Si = 0,3%) x FP (Mn = 0,7%) x FP (Cr = 1,1%) x FP (Mo = 0,2%) DI = 0,17 x 1,2 x 3,3 x 3,4 x 1,6 = 3,7 in Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 21
II. Jominy hardenability test 1. Dari baja yang akan diuji hardenabilitynya dibuat sebuah batang uji berbentuk silindrik Ø 1" (25 mm) panjang 4" (100 mm) 2. Batang uji diaustenitisasi, kemudian dgn cepat dikeluarkan dari dapur diletakkan pada Jominy Apparatus, dimana batang uji akan mendapat pendinginan hanya melalui ujung 3. Setelah dingin, sepanjang batang uji diukur kekerasannya pada setiap 1/16". 4. Hasil pengukuran diplot kurva Jominy
Pita Hardenability
Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 24
II. A. Perhitungan Hardenability Jominy Mengasumsikan bahwa Metode : Field 1. Kekerasan titik jominy pertama (1/16 dari ujung) dinamakan Initial Hardness (IH), hanya tergantung pada kadar C (Kurva C) 2. Kekerasan pada titik Jominy selanjutnya, Distance Hardness (DH), adalah fungsi dari Di, besarnya 3. Harga (IH/DH), disebut faktor pembagi, DF 4. Ditabulasikan DH IH IH DH Kurva D
Contoh : Baja AISI 4140 dengan komposisi C = 0,4%; Mn = 0,83%; Si = 0,31%; Ni = 1,07%; Cr = 0,99%; Mo = 1,52% dengan ukuran butir austenit ASTM no 7. Penyelesaian : 1. Cari nilai DI dari komposisi karbon dan unsur kimia 2. Tentukan kekerasan di titik awal Kurva C 3. Tentukan nilai IH/DH berdasarkan posisinya 4. Tentukan kekerasan selanjutnya, membagi IH dengan IH/DH 5. Tabulasikan 26
TABULASIKAN NILAI KEKERASAN 1.18 : 1.08 = 1.09 51.8 : 1.08 = 47.5 Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 27
Kurva C Initial Hardness IH Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 28
Kurva D Faktor Pembagi (IH/DH) 29
II. B. Perhitungan Hardenability Jominy 1. Kekerasan utk Jarak Jominy 0 6 mm: J o = 60 C + 20 HRc.( C < 0,6 %) 2. Kekerasan utk jarak Jominy 6 80 mm: J 6-80 = 95 C 0,0028 s 2 C + 20Cr + 38Mo + 14Mn + 6Ni + 6Si + 39V + 96P - 0,8K - 12 s + 0,9s 13 HRc J = Jominy hardness (HRc) s = Jominy distance (mm) Metode : Just K = ASTM grain size number Symbol unsur = persentase unsur ybs Berlaku untuk baja dengan komposisi: C<0,6%; Cr<2%; Mn<2%; Ni<4%; Mo<0,5%; V<0,2%
Perhitungan Hardenability Jominy Metode : Just Untuk Case Hardening Steel: J 6-40 = 74 C + 14Cr + 5,4Ni + 29Mo + 16Mn 16,8 s + 1,386s + 7 HRc Untuk Hardening & Tempering Steel: J 6-40 = 102 C + 22Cr + 21 Mn + 7Ni + 33Mo 15,47 s +1,102s 16 HRc Menggunakan persentase kandungan unsur
Asumsi: Pemakaian Hardenability Setiap titik Jominy mengalami pendinginan dengan laju tertentu, besarnya sama untuk setiap titik Jominy pada posisi yang sama pada batang Jominy lainnya. Baja dengan komposisi kimia yang sama yang mengalami pemanasan dan pendinginan yang sama akan mempunyai strukturmikro yang sama, sifatnya sama, kekerasannya sama Suatu titik pada suatu benda yang diquench, yang mengalami pendinginan yang sama dengan laju pendinginan pada suatu titik Jominy akan mempunyai kekerasan yang sama dengan kekerasn titik Jominy tsb
PEMAKAIAN KURVA HARDENABILITY (Kesetaraan jarak jominy dengan jarak di suatu titik di bawah permukaan Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 33
PEMAKAIAN KURVA HARDENABILITY (Kesetaraan titik di bawah permukaan batang dengan H tertentu) Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 34
PEMAKAIAN KURVA HARDENABILITY (Kesetaraan titik di bawah permukaan batang dengan H tertentu) Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 35
PEMAKAIAN KURVA HARDENABILITY (Kesetaraan titik di bawah permukaan batang dengan H tertentu) Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 36
PEMAKAIAN KURVA HARDENABILITY (Kesetaraan titik di sumbu batang dengan H tertentu) Teknik Mesin - ITATS Perlakuan Panas Vuri Ayu Setyowati, S.T., M.Sc. 37