BAB 1 MTB fix

LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN

Laporan Semester Ganjil 2015/2016

1

Kelompok 03 Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Teori Dasar Pengujian Bahan

1.1.1 Pengujian Bahan

Pengujian bahan adalah pengujian suatu material untuk mengetahui sifat

mekanik, cacat, dan lain-lain suatu material. Dalam pengujian bahan ini ada 2

macam jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut, yaitu :

a. Pengujian Destruktif

Pengujian destruktif adalah pengujian suatu material, tapi hasil

akhirnya akan menyebabkan cacat atau rusak. Pengujian ini dilakukan

dengan cara merusak benda uji dengan cara pembebanan atau penekanan

sampai benda uji tersebut rusak, dari pengujian ini akan diperoleh sifat

mekanik bahan. Pengujian destruktif terdiri dari :

1. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan adalah pengujian suatu material

dengan mengukur ketahanan suatu material terhadap deformasi

plastis. Nilai kekerasan adalah ketahanan suatu material terhadap

penetrasi.

2. Pengujian Tarik

Pengujian tarik adalah pengujian suatu material dengan cara

memberikan beban gaya yang berlawanan arah dalam satu garis

lurus. Pengujian ini digunakan untuk mengukur ketahanan suatu

material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.



2


Gambar 1.1 : Pengujian tarik

Sumber : Richard Gedney (2005)

3. Pengujian Impact

Pengujian impact adalah pengujian suatu material untuk

mengetahui kekuatan impactnya. Kekuatan impact adalah kekuatan

suatu material untuk menahan beban dinamik yang diberikan secara

mendadak yang menyebabkan patah atau rusak. Ada 2 metode

dalam pengujian ini, yaitu charpy dan izod.

4. Pengujian Struktur

Pengujian struktur adalah pengujian yang digunakan untuk

melihat struktur logam. Prosesnya adalah material dipotong dan

dikikis pada permukaannnya hingga halus, kemudian dilakukan

analisa visual secara makroskopis dan juga secara mikroskopis.

Dalam pengujian mikroskopik, spesimen diamati secara khusus

menggunakan mikrsokop metalurgi untuk mengetahui struktur

spesimen dan juga rasio dari tiap tiap komponen dalam spesimen.

b. Pengujian Non-Destruktif

Pengujian non-destruktif adalah salah satu teknik pengujian

material tanpa merusak benda ujinya. Pengujian bertujuan untuk

mendeteksi secara dini timbulnya crack atau flaw pada material secara

dini. Dari tipe keberadaan crack pada material uji dapat dibedakan menjadi

2 macam, yaitu inside crack dan surface crack. Pengujian non-destruktif

antara lain adalah :



3


1. Pengujian Visual

Metode ini bertujuan untuk menemukan cacat atau retak

serta melihat korosi pada permukaan. Digunakan alat bantu optikal

untuk dapat melihat cacat atau retakan pada permukaan secara

jelas.

2. Pengujian Cairan Penetran

Metode ini digunakan untuk menemukan cacat permukaan

terbuka dari permukaan solid, baik logam maupun non logam.

Metode ini menggunakan 3 jenis cairan untuk melihat cacat pada

permukaan, yaitu penetrant, cleaner, dan developer. Proses

pengujian ini adalah :

a. Pembersihan permukaan.

b. Penetration, pada tahap ini diberikan cairan penetran pada

permukaan benda kerja yang diperiksa, kemudian ditunggu

beberapa saat, sehingga cairan dapat masuk ke dalam celah

retakan.

c. Cleaning, yaitu pembersihan cairan penetran, pembersihan

tidak boleh berlebihan, karena dapat menyebabkan

penetrant yang meresap akan terbilas semua.

d. Development, yaitu pemberian developer pada permukaan

yang telah bersih, cairan developer akan menyerap cairan

penetran kembali ke permukaan.

e. Inspection, setelah penyemprotan cairan developer, maka

cacat

pada permukaan akan tampak.

f. Pembersihan akhir.

3. Pengujian Partikel Magnet

Pengujian partikel magnet yaitu pengujian yang dilakukan

untuk mengetahui cacat permukaan dan permukaan bawah suatu

komponen dari bahan feromagnetik. Dengan menggunakan prinsip

garis medan magnet. Caranya adalah dengan menaburkan partikel

magnetic di permukaan. Partikel-partikel tersebut akan berkumpul



4


pada daerah kebocoran medan magnet atau arah medan magnet

akan berbelok sehingga terjadi kebocoran fluks magnetik. Bocoran

fluks magnetik akan menarik butir-butir feromagnetik di

permukaan sehingga lokasi cacat dapat ditemukan.

4. Pengujian Radiografi

Pada pengujian ini diletakkan film dibelakang objek,

kemudian objek akan disinari sinar laser x atau sinar gamma.

Apabila pada objek terdapat cacat, maka akan terjadi variasi

intensitas pada film.

5. Pengujian Eddy Current

Metode ini memanfaatkan prinsip elektromagnetik dimana

arus yang dialirkan pada kumparan akan menghasilkan gaya

elektromagnetis yang dikenakan pada benda uji, hingga terbentuk

arus eddy. Arus ini menandakan adanya induksi magnet pada

logam dan bila terdapat cacat besarnya impedansi yang diukur

sensor arus eddy akan berubah. Metode ini hanya dapat diterapkan

pada logam saja.

6. Pengujian Ultrasonik

Pada pengujian ini gelombang suara dirambatkan pada

spesimen uji dan sinyal yang ditransmisikan atau dipantulkan akan

diamati. Gelombang suara akan terganggu jika terdapat retakan

atau delaminasi pada material. Gelombang ini akan dibangkitkan

transducer piezoelectric dan akan diterima kembali untuk

dikonversikan menuju energi listrik kembali.

1.2 Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik logam adalah sifat yang menyatakan kemampuan suatu

logam untuk menerima beban atau gaya tanpa mengalami kerusakan. Sifat

mekanik logam merupakan salah satu sifat terpenting dari logam. Selain itu sifat

mekanik juga digunakan untuk membandingkan pilihan bahan dengan kebutuhan

dari peralatan.



5


Sifat – sifat mekanik logam antara lain :

1. Kekuatan (strength)

Yaitu kemampuan bahan untuk menerima gaya berupa tegangan

tanpa mengalami patahan pada bahan.

2. Kekerasan (hardness)

Yaitu kemampuan material logam menerima gaya berupa penetrasi,

indentasi, serta pengikisan atau penggoresan.

3. Kekakuan (stiffness)

Yaitu kemampuan suatu bahan menerima beban tegangan tanpa

menyebabkan perubahan bentuk / defleksi.

4. Ketangguhan (toughtness)

Yaitu sifat yang menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap

sejumlah energi tanpa menyebabkan kerusakan.

5. Elastisitas (elasticity)

Yaitu kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa

mengakibatkan perubahan bentuk permanen setelah beban atau tegangan

dihilangkan.

6. Plastisitas (plasticity)

Yaitu kemampuan suatu bahan untuk mengalami sejumlah

deformasi permanen tanpa mengalami kerusakan dimensi.

7. Kelelahan (fatigue)

Yaitu kecenderungan logam untuk patah jika menerima tegangan

atau beban secara berulang-ulang.

8. Keuletan (ductility)

Yaitu kemampuan suatu material untuk diregang atau ditekuk

secara permanen tanpa mengakibatkan pecah atau patah.

9. Kegetasan (brittleness)

Yaitu sifat kerapuhan pada material, yang berarti material tersebut

pecah dengan sedikit pergeseran permanen.

10. Mulur (creep)

Yaitu kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi

plastis apabila diberikan gaya dalam jangka waktu tertentu.



6


11. Keausan

Yaitu hilangnya sejumlah lapisan permukaan material karena

adanya gesekan antara permukaan dengan benda lain.

Dalam sifat mekanik terdapat beberapa macam pembebanan, yaitu :

1. Pembebanan statik, yaitu pembebanan yang sifatnya statik atau besarnya

tetap dari waktu ke waktu.

2. Pembebanan dinamik, yaitu pembebanan yang besarnya beban dapat

berubah-ubah atau bisa disebut dinamis.

1.3 Perlakuan Panas

Perlakuan panas adalah pengubahan sifat-sifat bahan dengan pemanasan

dan pendinginan tertentu untuk menghasilkan sifat bahan tertentu dan sesuai batas

kemampuan dari masing-masing bahan. Proses dalam perlakuan panas ada 3,

yaitu heating, holding, dan cooling. Pada proses heating, material dipanaskan

sampai terjadi pembentukan butir, kemudian material diholding, yaitu dipanaskan

pada suhu tetap untuk menyamakan butir yang terbentuk, kemudian material

dicooling / didinginkan, untuk membentuk struktur yang kita inginkan.

A. Perlakuan Panas Fisik

1. Hardening

Hardening adalah perlakuan panas yang bertujuan untuk

memperoleh kekerasan maksimum pada logam baja. Baja tersebut

dipanaskan hingga suhu tertentu antara 20-50°C di atas garis A3

(tergantung dari kadar karbon) dan selanjutnya ditahan pada suhu

tertentu, kekerasan maksimum yang dicapai tergantung kadar

karbon, kemudian didinginkan dengan cepat (quenching), media

pendingin yang digunakan antara lain air, oli, lempung, dll.

2. Annealing

Annealing adalah perlakuan panas yang digunakan untuk

meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan dalam,

menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan sifat mampu mesin.

Prosesnya adalah dengan memanaskan material sampai suhu

sekitar 50°C di atas garis A3, holding beberapa saat kemudian



7


didinginkan secara perlahan dalam dapur pemanas atau media

terisolasi.

3. Normalizing

Normalizing adalah perlakuan panas yang digunakan untuk

menghaluskan struktur butiran, menghilangkan tegangan dalam.

Prosesnya dengan pemanasan sampai 30-40°C di atas garis A3 dan

didinginkan pada udara temperatur ruang.

4. Tempering

Tempering adalah Tempering digunakan untuk mengurangi

tegangan dalam dan melunakkan bahan setelah di Hardening dan

meningkatkan keuletan.

Adapun macam-macam Tempering adalah :

a. Martempering

Martempering adalah perbaikan dari prosedur

quenching dan digunakan untuk mengurangi distorsi selama

pendinginan. Pada proses pendinginan, baja diquenching

hingga sedikit di atas garis Ms, lalu ditahan hingga suhu

pada inti sama dengan suhu pada permukaan, kemudian

didinginkan dalam suhu kamar.

Gambar 1.2 Diagram prosedur martempering

Sumber : R. E. Smallman (1991:448)

b. Austempering

Austempering bertujuan untuk meningkatkan

keuletan, ketahanan impact, dan mengurangi distorsi.



8


Struktur yang dihasilkan adalah bainit. Pada proses

pendinginan, baja didinginkan dalam media garam pada

suhu di atas garis Ms.

Gambar 1.3 Diagram prosedur austemper


B. Perlakuan panas Kimiawi

1. Carburizing

Carburizing merupakan suatu proses penjenuhan lapisan

permukaan besi dengan karbon. Baja yang diikuti dengan

Hardening akan mendapatkan kekerasan yang sangat tinggi, sedang

bagian tengahnya tetap lunak.

2. Nitriding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja

dengan nitrogen, yaitu dengan cara melakukan holding dalam

waktu yang agak lama pada temperatur 480˚C - 650˚C dalam

lingkungan amoniak ( NH3 ). Nitriding digunakan untuk

meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek dan fatigue.

3. Cyaniding

Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja

dengan unsur karbon dan nitrogen, bertujuan untuk meningkatkan

kekerasan, ketahanan gesek, dan kelelahan. Bila proses ini

dilakukan diudara disebut carbon nitriding.

4. Sulphating



9


Perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan

ketahanan gesek dari bagian bagian mesin maupun alat-alat tertentu

dari bahan HSS dengan cara penjenuhan permukaan dengan sulfur.

C. Perlakuan Panas pada Permukaan

1. Flame Hardening

Flame Hardening adalah pengerasan yang dilakukan

dengan memanaskan baja pada nyala api. Permukaan baja

dipanaskan hingga suhu di atas suhu kritis atas, lalu di quenching

dengan semprotan air.

2. Induction Surface Hardening

Pemanasan yang dilakukan dengan menggunakan arus

listrik frekuensi tinggi. Pendinginan dilakukan dengan

penyemprotan air setelah pemanasan selesai.

3. Electrolite Bath Hardening

Pemanasan yang dilakukan dalam suatu larutan elektrolit,

yang biasanya digunakan adalah 5% - 10% sodium karbonat dan

digunakan arus DC. Prosesnya yaitu baja dipakai sebagai katoda,

sehingga terbentuk gelembung gelembung hidrogen tipis. Karena

konduktivitas dari gelembung hidrogen rendah maka arus

meningkat cepat pada katoda, akibatnya katoda mengalami

pemanasan pada temperatur yang sangat tinggi. Logam yang

dikeraskan dicelupkan dalam elektrolit sedalam bagian yang akan

dikeraskan. Setelah proses dipanaskan, aliran listrik diputus dan

elektrolit digunakan sebagai media quenching.



10


1.4 Diagram Fasa Fe-Fe3C

Gambar 1.4 Diagram Baja Karbon

Sumber : Dokumentasi pribadi (2015)

Dari Diagram diatas, dapat kita lihat pada proses pendinginan perubahan

struktur kristal dan struktur makro sangat bergantung pada komposisi kimia. Pada

Kandungan karbon 0,83% sampai 6,67% terbentuk struktur makro yang

dinamakan cementit Fe3C.

Penjelasan tentang diagram fasa Fe- Fe3C akan dijelaskan sebagai berikut :

0,008%C : batas kelarutan maksimum karbon pada ferrite dengan

temperature kamar.

0,025%C : batas ketentuan maksimum karbon pada ferrite

temperature7230C.

0.83%C : titik eutectoid

Garis A0 : garis temperature dimana terjadi perubahan magnetic pada

cementit.

Garis A1 : garis temperature dimana terjadi perubahan austenite

menjadi



11


ferrite pada pendinginan.

GarisA2 : garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada

ferrite.

Garis A3 : garis dimana terjadi perubahan ferrite menjadi austenite

(gamma)

pada pemanasan.

a. Reaksi pada diagram Fase Fe-Fe3C

1. Reaksi Baja eutectoid 0,83% C

Baja pada jenis ini apabila ferrite dipanaskan diatas suhu

austenite (723oC – 1333oC) maka akan berubah menjadi fasa

austenite. Dan apabila didinginkan lagi perlahan-lahan maka akan

menjadi fasa pearlite. Jadi fasa terakhir pada baja eutectoid ini

adalah 100% pearlite.

Gambar 1.5 Kurva TTT untuk eutektoid


2. Reaksi pada Baja Hypoeutectoid (%C<0,8%)

Baja pada jenis ini apabila ferrite dipanaskan maka akan

menjadi fasa austenite. Dan apabila didinginkan akan berubah

menjadi fasa ferrite + austenite. Dan apabila didinginkan terus

maka austenite akan berubah fasa menjadi pearlite. Dari

kandungan karbon 0.025% yang mengandung 100% ferrite dan



12


semakin bertambah kandungan karbonnya maka akan semakin

bertambah pula fasa pearlite yang terbentuk. Hingga ke batas akhir

baja karbon hypoeutectoid adalah 0.083% C.

3. Reaksi pada Baja Hypereutectoid

Baja pada jenis ini adalah baja dengan kandungan karbon

tertinggi. Apabila dipanaskan akan menjadi fasa austenite. Dan

ketika didinginkan pada batas butir terjadi perubahan fasa menjadi

cementite. Apabila pendinginan secara terus menerus maka fasa

austenite akan menjadi pearlite. Dari kandungan karbon 0.83%

yang mengandung 100% pearlite akan berkurang jumlah dan fasa

cementite akan bertambah jumlah semakin banyak kandungan

karbonnya hingga batas akhir kandungan karbon baja

hypereutectoid adalah 2% C.

b. Fase- fase yang terdapat pada diagram fase Fe-Fe3C

1. Ferit

Adalah larutan padat karbon yang strukturnya kristal BCC (Body

Centered Cubic).

Sifat ferite :

- Stabil dibawah suhu 810˚C

- tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbon sedikit,

kandungan maksimum 0,025% C pada suhu 723˚C

- Lunak, liat, tahan karat

- BHN = 60-100 BHN

2. Austenit

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur FCC (Face

Centered Cubic). Sifat dari austenit :

- Stabil pada suhu sekitar 1350˚C

- Dapat dikeraskan dengan 2% C

- Dapat Ditempa dimana tegangan tarik sekitar 5000 Psi

- Spesifik volume rendah dibanding mikrostruktur lain

- Lunak, Non Magnetic, moldable, tidak ductile

- BHN = 170-200 BHN



13


3. Cementit

Adalah senyawa besi dan karbon dengan kandungan karbon 6,67%

disebut juga carbide.

Sifat cementit

- Stabil dibawah suhu 1500˚C

- Rapuh, magnetis

- Campuran cementit dan austenit disebut ledeburit

- Campuran cementit dan ferite disebut Pearlit

- BHN = 620 BHN

4. Ledeburit

Disebut besi eutectoid yang tersusun atas 2 fase yaitu Austenit dan

Cementit dengan kandungan karbon 0,83%.

Sifat ledeburit :

- Keras, rapuh , dan getas

- BHN= 700 BHN

5. Pearlit

Adalah baja eutectoid yang tersusun atas 2 fasa yaitu Ferite dan

Cementit dengan kandungan karbon 0,83%. Sifat pearlit :

- Keras, tidak tahan panas

- BHN = 160-200BHN

6. Besi Delta

Terbentuk pada temperatur 1400-1500 ˚C, kandungan karbon 0,1 %.

Sifat besi delta :

- Lunak

- Dapat Ditempa

c. Jenis - jenis reaksi yang terdapat pada diagram fase Fe-Fe3C

1. Reaksi Eutectoid

Reaksi yang terjadi pada daerah dengan kadar karbon 0,8 % dan

temperatur 723 ˚C. Reaksi ini terdapat dua padatan yaitu α dan β

menjadi padatan baru yaitu α, begitu juga sebaliknya, padatan harus

bereaksi menjadi α dan β.

α + β -> ɤ



14


solid 1 + Solid 2 ->Solid 3

Ferite + Pearlit ->Austenit

2. Reaksi eutektik

Reaksi yang terjadi pada karbon 4,3% dan pada temperatur 1148˚C.

Reaksi ini terdapat dua fasa padat yaitu A dan B kemudian bereaksi

menjadi fase cair L, begitu juga sebaliknya.

A + B -> L

solid 1 + Solid 2 ->Liquid

Ledeburit + Cementit

3. Reaksi Peritektik

Reaksi yang terjadi pada temperatur 1493˚C daerah eutectoid.

Reaksi ini terdapat dua padatan ɤ dan δ yang bereaksi dan berubah

menjadi fase cair (L), begitu juga sebaliknya.

ɤ + δ -> L

solid 1 + Solid 2 ->Liquid

Austenit + Delta

1.5 Diagram TTT (Time Temperature Transformation)

Diagram TTT merupakan salah satu jenis diagram material yang bisa

digunakan untuk memprediksi hasil akhir dari suatu transformasi. Banyak ahli

metalurgi berpendapat bahwa waktu dan temperatur transformasi austenit

mempunyai pengaruh yang besar terhadap produk hasil trasnformasi dan

properties baja. Karena austenit tidak stabil dibawah suhu kritis bawah, sangat

penting untuk diketahui berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk austenit selesai

bertransformasi, dan bertransformasi menjadi apa pada akhirnya austenit tersebut

pada temperatur konstan dibawah temperatur kritis bawah. Proses transformasi

tersebut dinamakan Transformation Temperature Time (TTT).



15


Gambar 1.6 : Diagram TTT

Sumber : Dokumentasi Pribadi (2015)

1.1.6 Diagram CCT (Continuous Cooling Transformation )

Diagram Continous Cooling Transformation atau biasa disebut CCT

diagram, merupakan diagram yang menggambarkan hubungan antara laju

pendingin kontinu dengan fasa atau struktur yang terbentuk setelah terjadinya

transformasi fasa secara teoritis. Kurva pendinginan CCT tidak terdapat pada TTT

diagram dan berlangsung kontinyu. Diagram TTT hanya menunjukkan hubungan

waktu, temperatur untuk transformasi austenit yang terjadi pada temperatur

konstan.

Hubungan pendinginan secara kontinyu terdapat pada tansformasi di

diagram CCT. CCT diagram pada hakekatnya adalah turunan dari TTT diagram,

yaitu dengan menggeser nose (merupakan titik penting terjadinya CCT) ke bawah.



16


Gambar 1.7 : Diagram CCT

Sumber: H. Boyer (1977:376)

1.1.7 Pergeseran Titik Eutetectoid

Diagram fase Fe-Fe3C dibuat tanpa unsur paduan, jika terdapat unsur

paduan maka diagram akan mengalami pergeseran, sedangkan pergeseran yang

terjadi pada diagram ini dapat ditentukan dengan bantuan diagram berikut ini.

Gambar 1.8 : Pengaruh paduan Terhadap Suhu Dan Komposisi Eutectoid


Dari diagram diatas terlihat komposisi unsur paduan mempengaruhi

komposisi eutectoid dan suhu pada gambar (b). Unsur paduanmenggeser



17


temperatur eutectoid dari 723˚C menjadi naik atau turun tergantung jenis dari

besarnya unsur paduan yang ditambah. Pergeseran dari diagram Fasa dapat

dihitung dari pergeseran titik eutectoid (perpotongan AC3 dan Acm pada diagram

fasa) dengan rumus :

𝑇𝐶 = ∑ 𝑇𝐶𝑥 %𝐶∞

𝑐=𝑎

∑ %𝐶∞𝑐=𝑎

%𝐶 = ∑ 𝑇𝐶𝑥 %𝐶∞

𝑐=𝑎

∑ 𝑇𝐶∞𝑐=𝑎

Contoh soal :

Diketahui komposisi kimia suatu spesimen Cr = 1,2%, Mn = 0,3%, Si =

0,2%. tentukan pergeseran titik eutectoidnya. Penyelesaiannya :

Tabel 1.1 Komposisi Kimia Bahan

Unsur Paduan % paduan Suhu Eutectoid % C

Cr 1,2% 740˚C 0,65

Mn 0,3% 720˚C 0,76

Si 0,2% 730˚C 0,74

Sumber : Dokumen Pribadi

𝑇𝐶 = ∑ 𝑇𝐶𝑥 %𝐶∞

𝑐=𝑎

∑ %𝐶∞𝑐=𝑎

= (740 𝑥 0,65) + (720𝑥0,76) + (730𝑥0,74)

0,65 + 0,76 + 0,74

𝑇𝐶 = 729,49 ˚C

%𝐶 = ∑ 𝑇𝐶𝑥 %𝐶∞

𝑐=𝑎

∑ 𝑇𝐶∞𝑐=𝑎

= (740 𝑥 0,65) + (720𝑥0,76) + (730𝑥0,74)

740 + 720 + 730

%𝐶 = 0,76%



18


Keterangan : Fe – Fe3C

Pergeseran Titik Eutectoid

Gambar1.33 :Grafik Pergeseran Tititk Eutectoid

Sumber : Dokumen Pribadi

BAB 1 MTB fix

Documents

Transcript of BAB 1 MTB fix