1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perlakuan panas (heat treatment) didefinisikan sebagai suatu kombinasi dari

pengendalian pemanasan dan pendinginan pada temperatur dan waktu tertentu untuk

menghasilkan logam dengan sifat mekanik yang diinginkan. Perlakuan panas

dilakukan untuk mendapatkan mikro struktur logam yang seragam, meningkatkan

kekuatan, kekerasan, keuletan, ketangguhan (untuk finishing product), serta sifat

mampu las, sifat mampu mesin, sifat mampu bentuk dan dapat mengurangi tegangan

sisa (untuk produk setengah jadi), yang muncul dari hasil pengerjaan logam tersebut

sebelumnya.

Beberapa jenis perlakuan panas antara lain normalizing, annealing,

spheroidizing, homogenizing, full annealing, stress relieving dan recristallization,

dapat meningkatkan keuletan dan ketangguhan logam, sedangkan quenching atau

hardening dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan logam. Sifat-sifat mekanik

yang dihasilkan ini didukung oleh mikro struktur yang terbentuk setelah perlakuan

panas, struktur mikro tersebut antara lain distribusi fasa ferit, perlit, martensit dan

fasa hasil transformasi lainnya.

Untuk mempelajari perlakuan panas maka terlebih dahulu harus mempelajari

karakteristik baja selama proses transformasi selama pemanasan maupun

pendinginan, karena hal ini dapat dilakukan untuk memprediksi struktur mikro apa

yang terbentuk. Mekanisme transformasi struktur dalam baja akan dipengaruhi

pengaturan temperatur pemanasan, waktu penahanan (holding time) dan unsur paduan

yang terkandung dalam baja. Tujuan perlakuan panas yaitu untuk menghasilkan

logam dengan sifat mekanik yang diinginkan.

1

2

1.2 Tujuan Penelitian

Memahami tujuan perlakuan panas dan pengaruhnya terhadap perubahan sifat

kekerasan logam. Perlakuan panas yang dilakukan adalah quenching dan normalizing.

1.3 Batasan Masalah

Dalam percobaan perlakuan panas kali ini dibatasi hanya dengan cara

quenching, dan normalizing serta variable sifat mekanik yang ditinjau adalah sifat

kekerasan.

1.4 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan ini terdiri dari enam bab. Bab 1, yaitu pendahuluan yang

berisi : latar belakang masalah, tujuan percobaan, batasan masalah, dan sistematika

penulisan. Bab II, yaitu tinjauan pustaka yang terdiri dari definisi perlakuan panas,

transformasi fasa pada saat pemanasan, transfor,asi pada saat pendinginan,

Pembentukan Perlit. Bab III, yaitu metode percobaan yang terdiri dari diagram alir

percobaan, alat dan bahan yang digunakan, serta prosedur percobaan. Pada bab IV,

data percobaan terdiri dari tabel hasil percobaan dan grafik hasil percobaan. Bab V

merupakan pembahasan. Pada bab VI terdiri dari kesimpulan hasil percobaan yang

telah dilakukan.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Pengujian Logam

Perlakuan panas (heat treatment) didefinisikan sebagai suatu kombinasi dari

pengendalian pemanasan dan pendinginan pada temperatur dan waktu tertentu untuk

menghasilkan logam dengan sifat mekanik yang diinginkan. Perlakuan panas

dilakukan untuk mendapatkan struktur mikro logam yang seragam, meningkatkan

kekuatan, kekerasan, keuletan, ketangguhan serta sifat mampu las, sifat mampu

mesin, sifat mampu bentuk, dan dapat mengurangi tegangan sisa (untuk produk

setengah jadi), yang muncul dari hasil pengerjaan logam sebelumnya.

Proses ini sangat dipengaruhi oleh kondisi awal material seperti komposisi

kimia serta struktur mikro, karena suatu baja atau paduan meski memiliki komposisi

yang sama, namun struktur mikronya berbeda, maka sifat mekaniknya pun berbeda

yang semua ini dipengaruhi oleh proses perlakuan panas yang dialami oleh material

tersebut.

Proses pemanasan biasanya dilakukan sampai suhu austenit yang akan

bertransformasi selama proses pendinginan, pemberian waktu tahan (holding time)

bertujuan untuk memberikan kesempatan atom-atom untuk berdifusi

menghomogenkan austenit. Pendinginan akan menyebabkan austenit bertransformasi

dan struktur mikro yang terbentuk akan sangat tergantung dari laju pendinginan.

Besi dikenal sebagai satu logam yang memiliki sifat allotropi, memiliki

bentuk lattice yang berbeda, besi memiliki tiga macam modifikasi allotropi.pada

gambar 1. menunjukan kurva pendinginan besi murni cair yang didinginkan akan

3

4

mulai membeku pada 1535 ºC menjadi besi delta (δ) dengan struktur BCC. Pada 1400

ºC akan mengalami transformasi menjadi besi gamma (γ) struktur FCC. Besi gamma

ini tetap stabil sampai temperatur 910 0C, dimana terjadi transformasi lagi menjadi

besi alpha non magnetik (α) yang berstuktur BCC. Pada pendinginan selanjutnya

sudah tidak ada lagi perubahan transformasi fasa. Pada 768 0C terjadi perubahan

menjadi besi alpha non magnetik menjadi alpha magnetik, tetapi tidak terjadi

perubahan pada struktur kristal.

Setiap proses transformasi selalu mengalami penghentian penurunan

temperatur yang ditandai oleh garis mendatar, yang menunjukan proses berlangsung

secara isothermal. Tiap bentuk allotropi besi mempunyai kemampuan melarutkan

karbon yang berbeda-beda.

1. Besi delta mampu melarutkan karbon sampai maksimum 0.10 %

pada 1500 C

2. Besi gamma mampu melarutkan karbon sampai maksimum 2.0 %

pada 1130 OC

3. Besi alpha mampu melarutkan karbon sampai maksimum 0.025 %

pada 723 OC

Gambar 1. Kurva pendinginan pada besi murni

5

Untuk mempelajari laku panas maka terlebih dahulu harus mempelajari

karakteristik baja selama proses transformasi selama pemanasan maupun

pendinginan, seperti pada Gambar 2, karena hal ini dapat dilakukan untuk

memprediksi struktur mikro apa yang terbentuk.

Gambar 2. Diagram fasa besi - karbon untuk baja

2.2 Transformasi Fasa Pada Saat Pemanasan

Transformasi fasa pada saat pemanasan dipengaruhi oleh pngaturan

temperatur pemanasan dan unsur paduan yang terkandung dalam baja. Pada

temperature kamar, baja hipoeutektoid terdiri dari butir kristal ferit dan perlit, bila

pemanasan mencapai garis A1 maka perlit akan mengalami reaksi eutektoid secara

isothermal, reaksinya yaitu:

6

Ferit + Fe3C Austenit

Dimana lamel-lamel ferrit dan sementit dari perlit akan bereaksi membentuk

austenit. Temperatur tidak akan mengalami kenaikan bila perlit belum habis, setelah

habis kenaikan temperatur akan terjadi dan ferrit proeutektoid akan mengalami

transformasi allotropi ferit yang BCC akan menjadi austenit yang FCC.

Bila pemanasan mencapai temperatur A1 maka akan terjadi reaksi eutektoid

seperti baja hipoeutektoid yaitu ferit dan sementit pada perlit akan bereaksi

membentuk austenit. Pada temperatur A1 austenit mengandung 0.8% C, sisanya

berada pada sementit, jika temperatur dinaikan diatas A1, maka kemampuan austenit

melarutkan karbon juga akan naik, sehingga karbon yang tadinya berada pada

sementit sedikit demi sedikit mulai larut kedalam austenit, jaringan austenit lama

kelamaan akan menipis dan akhirnya akan habis, struktur seluruhnya sudah menjadi

austenit.

Austenit yang terbentuk belum homogen, dimana pada baja hipoeutektoid

austenit dari perlit mengandung 0,8%C sedang yang berasal dari ferit kadar karbon

jauh lebih sedikit. Pada baja hipereutektoid austenit awalnya mengandung 0,8%C dari

perlit, namun akan bertambah dari karbon yang larut dari jaringan sementit yang

berada disekitar austenit.

2.3 Transformasi Fasa Pada Saat Pendinginan

Dalam suatu proses laku panas, setelah mencapai temperatur austenit dan

ditahan pada temperatur tersebut secukupnya maka selanjutnya dilakukan

pendinginan dengan laju pendinginan tertentu.

Struktur mikro yang terjadi setelah pendinginan akan tergantung pada laju

pendinginan. Sehingga akan dapat diprediksi sifat mekanik apa yang diharapkan.

Transformasi fasa pada saat pendinginan memegang peranan penting terhadap sifat

baja yang dikenal suatu proses laku panas. Austenit dari baja hipoeutektoid bila

didinginkan dengan lambat, pada temperatur kritis A3 mulai membentuk inti kristal

ferit yang tumbuh pada batas butir kristal austenit. Transformasi ini terjadi karena

7

austenit mengalami perubahan allotropi dari besi gamma menjadi besi alpha. Karena

ferit hanya dapat melarutkan karbon dalam jumlah sedikit maka kandungan karbon

dalam austenit akan semakin besar bila ferit yang tumbuh makin banyak (ditandai

dengan turunnya temperatur), besarnya kandungan karbon dalam austenit dengan

menurunnya temperatur mengikuti garis A3, sehingga pada temperatur mencapai titik

A1 komposisi sisa austenit sama dengan komposisi eutektoid dan selanjutnya austenit

akan bertransformasi menjadi perlit.

2.4 Mekanisme Pembentukan Perlit

Pembentukan perlit dimulai dengan tumbuhnya inti sementit pada batas butir

austenit. Untuk tumbuhnya sementit yang memiliki kadar karbon 6,67% diperlukan

sejumlah karbon yang diperoleh dari austenit disekitarnya, yang mengeluarkan

karbon untuk dapat menjadi ferit.

Karbon ini selanjutnya akan keluar kekanan dan kekiri dan sebagian kagi

mengumpul pada sementit untuk bertumbuhnya sementit yang sudah ada, dan yang

keluar ke sisi lain akan membentuk sementit baru. Proses ini berlangsung terus

menerus sehingga akan diperoleh struktur yang berlapis-lapis (lamellar) yang terdiri

dari ferit dan sementit yang disebut perlit. Gambar 3 menunjukaan skematis

pembentukan perlit.

Gambar 3. Skematis pembentukan perlit

Proses laku panas dapat dapat berlangsung pada kondisi equilibrium dan non

equilibrium.Beberapa jenis perlakuan panas yang terjadi pada kondisi equilibrium

8

antara lain full anneling, normalizing, speheroidizing, homogenizing, stress relieving,

dan recristalization dan pada kondisi non equilibrium antara lain yaitu thermal

hardening, tempering, austempering, martempering.

2.5 Perlakuan Panas Pada Kondisi Equilibrium

Perlakuan panas yang terjadi pada kondisi equilibrium akan menghasilkan

struktur mikro yang mendekati diagram fasanya. Annealing adalah suatu proses laku

panas yang dilakukan pada logam atau paduan dalam pembuatan produk. Prinsip

annealing ialah memanaskan baja sampai suhu tertentu, kemudian menahannya

selama waktu tertentu kemudian didinginkan dengan lambat.

Tujuan utama proses annealing ialah melunakan, menghaluskan butir kristal,

menghilangkan internal stress, memperbaiki machinability dan memperbaiki sifat

kelistrikan/kemagnetan.

Bentuk-bentuk perlakuan panas annealing :

1. Full annealing

2. Normalizing

3. Spherodizing

4. Stress relief annealing

5. Homogenizing

2.5.1 Full annealing

Tujuan dari proses full annealing adalah untuk membuat baja lebih lunak,

menghaluskan butir kristal, serta dapat memperbaiki sifat machinability. Berbagai

macam proses annealing dilakukan dengan memanaskan baja sampai temperatur

diatas A3 untuk baja hipoeutektoid dan diatas garis A1 untuk hipereutektoid.

Kemudian didinginkan dalam dapur atau ruang yang memiliki penyengat panas yang

baik sehingga memberikan efek pendinginan yang sangat lambat.

9

Baja dalam proses mengalami pemanasan yang cukup tinggi biasanya butiran

kristalnya terlalu besar atau kasar sehingga sifat mekaniknya kurang baik sehingga

perlu dihaluskan dengan proses annealing.

Selama pemanasan di bawah garis A1 belum nampak ada perubahan,

perubahan mulai terjadi setelah mencapai temperatur kritis A1 butir kristal perlit

bertransformasi menjadi kristal austenit yang halus. Pada baja hipoeutektoid bila

pemanasan lebih tinggi maka ferit akan bertransformasi menjadi austenit yang

berbutir halus sedang austenit yang berasal dari perlit hampir tadak berubah.

Perubahan akan selesai pada garis A3, pada saat ini austenit masih halus namun belum

homogen. Dengan menaikan temperatur sedikit diatas A3 dan memberi holding time

seperlunya akan diperoleh austenit yang halus dan homogen, sehingga bila

didinginkan lambat akan diperoleh kristal ferit dan perlit yang halus, begitu juga

sebaliknya.

Deformasi dingin atau pemanasan yang tinggi dan pendinginan yang cepat

akan meningkatkan kekerasan suatu baja, bila diinginkan sifat lunak tertentu baja

tersebut harus dilakukan full annealing, sehingga akan terbentuk ferit dan perlit serta

perlit dan sementit network (baja hipoeutektoid) yang lebih lunak sebelumnya.

2.5.2 Normalizing

Pemanasan untuk normalizing lebih tinggi dari pada pemenasan untuk full

anneling sampai sekitar diatas temperatur A3 untuk baja hipoeutektoid, pendinginan

dilakukan di udara, sehingga lebih cepat menyebabkan kecepatan pembentukan ferit

proeutektoid dan perlit akan lebih banyak.

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. Jadi normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang

halus, sehingga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yield

strength, kekerasan dan impak strength akan lebih tinggi dari pada hasil full

annealing.

10

Normalizing dapat juga dilakukan pada benda uji 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 begus dalam proses hardening sehingga

umumnya sebelum dihardening baja harus dinormalizing terlebih dahulu.

Pada normalizing pemanasan sebaiknya tidak terlalu tinggi karena butir kristal

austenit yang terjadi akan terlalu besar sehingga akan tumbuh didalam butir kristal

austenit kasar yang akan menurunkan keuletan atau ketangguhan suatu baja.

2.5.3 Sphereodizing

Baja hipoeutektoid yang dikenal memiliki struktur yang terdiri dari perlit yang

terbungkus oleh sementit network. Adanya jaringan sementit ini menjadikan baja

memiliki machinability yang rendah. Untuk memperbaikinya maka sementit network

tersebut harus dihancurkan dengan proses sphereodising.

Sphereodising dilaksanakan dengan memanaskan sampai disekitar temperatur

kritis bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperatur tersebut dalam

waktu yang lama baru kemudian didinginkan. Tingginya temperatur dan dalam

jangka waktu yang lama, maka sementit yang sebelumnya berbentuk plat akan hancur

menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut sphereodite yang tersebar dalam

bentuk ferit. Pada baja hiper eutectoid strukturnya terdiri dari perlit yang terbungkus

oleh jaringan sementt. Sphereodite akan tersebar apabila holding time semakin

panjang.

Sphereodising maupun annealing serta normalizing dapat digunakan untuk

memperbaiki machinability suatu baja. Untuk menentukan proses mana yang akan

digunakan utnuk machineability suatu baja, sangat tergantung pada karbon dalam

baja. Sphereodising sering kali dilakukan pada baja medium atau tinggi, seperti tabel

di bawah ini.

11

Tabel 1. Penggunaan proses sphereodizing pada berbagai baja karbon

% Karbon Optimum Microstructure

0,06-0,20

0,20-0,30

0,30-0,40

0,40-0,60

0,60-1,00

As Cold Rolled

Under 8” dia, normalized

Over 8” dia, as cold rolled

Annealed to give coarse perlit

Annealed to give coarse perlit or

sphereodite.

100% sphereodite, coarse to fine

2.5.4 Stress Relief Annealing

Prinsip dasar annealing adalah sama yaitu memanaskan baja sedikit dibawah

temperatur A1 yaitu antara 550 – 650 ºC. Stress relief annealing biasanya bertujuan

untuk menghilangkan tegangan dalan yang timbul sebagai akibat dari proses

pengerjaan dingin atau machining yang dialami sebelumnya, dimana adanya internal

stress akan menyebabkan material menjadi keras dan getas.

2.5.5 Homogenizing

Baja hasil tuangan berstruktur dendritik sehingga terjadi coring akibat

pendinginan yang tidak seimbang atau merata. Kondisi ini akan menurunkan sifat

mekanik dari benda coran tersebut. Sehingga perlu dilakukan homogenizing.

Cara melakukan homogenising dilakukan dengan memanaskan baja sampai

temperatur yang cukup tingi didaerah austenit dan membiarkannya dalam waktu yang

cukup lama, sehingga terjadi difusi dan struktur mikronya menjadi lebih homogen,

kemudian didinginkan dengan lambat. Pemanasan yang tinggi biasanya akan

mengkibatkan struktur mikro yang kasar pada saat pendinginan sehingga biasanya

dilakukan tahapan lagi berupa annealing.

12

2.6 Perlakuan Panas Pada Kondisi Non-Equilibrium

2.6.1 Thermal Hardening

Thermal hardening merupakan proses laku panas dengan kondisi non

equilibrium dengan pendinginan berlangsung pada kondisi non equilibrium sehingga

struktur mikro yang diperoleh juga adalah struktur mikro yang tidak equilibrium.

Proses thermal hardening antara lain yaitu

1. Hardening

2. Tempering

3. Austempering

4. Martempering

2.6.1 Hardening

Tujuan dari hardening adalah memperoleh struktur martensit yang keras.

Hardening dilakukan dengan memanaskan baja, tahap pertama yaitu preheating pada

550-650 0C dan tahap pemanasan akhir adalah 900-1050 atau pada 25-50 0C diatas

pemperatur kritis atas A3 untuk baja hipoeutektoid dan temperatur 25-50 0C diatas

temperatur kritis bawah A1 untuk baja hipereutektoid. Hal yang perlu diperhatikan

selama pemanasan termperatur preheating untuk mengurangi efek distorsi serta

kontrol terhadap kecepatan pemanasan sehingga tidak terjadi gradien temperatur yang

sangat tajam. Temperatur pemanasan yang hanya dibawah temperatur eutectoid tidak

akan menaikkan kekerasan yang berarti karena pada pemanasan tersebut tidak akan

terjadi austenit, sehingga pada pendinginan nantinya tidak akan diperoleh martensit.

Pemanasan yang hanya sampai antara temperatur A1 dan A3 memang sudah

menghasilkan austenit, tetapi masih ada ferrit, yang bila didinginkan kembali, ferrit

tersebut masih berupa ferrit lunak.

Bila pemanasan diteruskan ke temperatur yang lebih tinggi lagi, maka akan

diperoleh austenit dengan butiran yang terlalu kasar, sehingga bila didinginkan

kembali akan ada kemungkinan terjadi struktur yang terlalu getas dan juga tegangan

yang terlalu besar yang timbul sebagai akibat perbedaan temperatur antara bagian

13

permukaan dan bagian dalam benda kerja yang dapat menimbulkan distorsi bahkan

juga retak.Untuk baja hipereutektoid, bila temperatur pemanasan terlalu tinggi, maka

kadar karbon didalam austenitnya akan terlalu besar, sehingga pada pendinginan

kembali mungkin akan banyak tersisa austenit yang tidak bertransformasi, yang juga

akan mengakibatkan tidak tercapainya kekerasan maksimum, disamping itu juga

kemungkinan terjadinya distorsi/ retak akan lebih besar

2.6.2 Tempering

Baja yang dikeraskan dengan martensit pada kondisi setelah kuens (asquench)

memiliki sifat yang getas, serta menimbulkan tegangan sisa yang sangat tinggi dan ini

tidak memberikan manfaat bagi suatu design mesin. Sehingga diperlujan tempering

yang bertujuan untuk mengilangkan tewgangan sisa akibat pembentukan martensit

serta mengembalikan sebagian lagi keuletan dan ketangguhan dan sedikit mengurangi

kekerasan.

Proses tempering dilakukan dengan memanaskan baja hasil kuens pada

temperature kritis bawah dan menahannya beberapa saat ± 1 jam, baru didinginkan

kembali. Mekanisme yang terjadi selama pemanasan martensit sebagai struktur

metastabil ( yang akan berubah menjadi stabil) dengan struktur BCT ayng merupakan

lautan padat supersaturated dengan karbon yang terperangkap dalam karbon yang

terperangkap dalam struktur BCT akan mengeluarkan karbon dan akan berpresipitasi

keluar membentuk karbida besi, sihingga tegangan sisa berkurang sedang BCT

berangsur menjadi BCC semakin tinggi pemanasan dan penahanan maka

kekerasannyapun akan senakin berkurang, hal ini dapat dilihat dari hasil uji tarik,

namun akan berbeda jika dilakukan uji impak dimana baja yang distemper pada suhu

200-425 0C akan mengalami penurunan ketangguhan dan kekerasan, sehingga apabila

diinginkan suatu baja dengan kekerasan tinggi maka temperature tempernya di bawah

200 0C, sebaliknya apabila diinginkan ketangguhan yang tinggi, naka tempering

dilakukan pada temperature diatas 425 0C. Apabila benda kerja tidak terdapat stess

raiser atau takikan tempering pada temperature 200-425 0C tidak berakibat buruk.

14

2.6.3 Austempering

Austempering adalah proses laku panas yang dikembangkan langsung dari IT

diagram untuk memperoleh struktur ang seluruhnya bainit. Temperature

pemanasannya sama dengan proses annealing atau hardening, pendinginannya

dilakukan dengan kuens pada garam cair (salt bath 200-4250C) sampai temperature

diatas Ms dan dibarkan sampai transformasi menjafi bainit selesai. Sehingga

memperoleh kekuatan dan kekuatan Rc 45-55 debngan ketangguhan atau keuletannya

tinggi. Kekurangan dari austempering adalah apabila benda kerjanya memiliki

ukuran cukup besar, karena pendinginannya bias lebih lambat sehingga strukturnya

tidak lagi bainit. Untuk itu baja austempering harus memilki hardenability yang

cukup dan tebal benda kerja tidak lebih dari 0,5 inchi.

Pada austempering bahaya terjadinya distorsi atau retak dapat dihindari tidak

seperti pada proses kuens dan temper yang timbul akibat degaradasi temperature

antara permukaan dan bagian dalam.

2.6.4 Martempering

Untuk menghilangkan distorsi dapat dilakukan dengan tempering atau

maquenching, caranya pemanasan sampai suhu austeniting dilanjutkan dengan

pendinginan cepat sampai sedikit diatas temperature Ms dengan media garam cair dan

menahannya sesaat agar temperature merata atau homogen, kemudian sebelum terjadi

transformasi ke bainit segera didinginkan lagi di udara. Pendinginan di udara dengan

temperature sedikit diatas Ms sehingga gradient temperatunya hanya sedikit, maka

pembentukan martensit terjadi pada seluruh benda kerja secara bersamaan sehingga

tegangan yang terjadi hanya sedkit dengan kata lain disorsi dapat dihindari. Setelah

terbentuk martensit harus dilakuakan tempering untuk mengembalikan sebagian

keuletan atau ketangguhan pada tingkat kekerasan dan kekuatan yang diinginkan,

struktur akhir yang terbentuk adalah martensit temper.

15

BAB III

METODE PERCOBAAAN

3.1 Diagram Alir Percobaan

Gambar 4. Diagram alir percobaan

15

Menghidupkan muffle furnace dan memanaskan sampai 900 0C

Memasukan 3 buah benda uji (sample) dan membiarkannya selama 15 menit

Mengeluarkan masing–masing benda uji dan didinginkan dengan cepat dalam media air, udara bebas dan tidak di heat treatment

Pembahasan

Benda Uji 3 buah,Air, Oli, Udara

Melakukan Uji kekerasan Rockwell

Data Percobaan

Kesimpulan

literatur

16

3.2 Alat dan Bahan

1. Muffle Furnace

2. Thermocouple

3. Benda Uji

4 Media Pendingin

5. Tang penjepit

6. Sarung tangan kulit

7.Mesin uji Rockwell

8. Stopwatch

3.3 Prosedur Percobaan

1. Menyiapkan benda uji sebanyak 3 buah

2. Menghidupkan Muffle furnace sampai temperatur 900 0 C.

3. Setelah tercapai temperatur 900 0 C. memasukkan benda uji ke dalam dapur

bersamaan dengan meletakkan termocouple pada benda uji dan dapur

ditutup kembali

4. Melakukan penahanan temperatur pemansan selama 30 menit

5. mengeluarkan benda uji, benda yang pertama didinginkan dengan cepat

dalam media pendinginan (air). Sedangkan benda uji kedua didinginkan di

udara bebas, dan yang benda uji ketiga didinginkan pada oli.

6. Melakukan pengujian kekerasan untuk mengetahui nilai kekerasan ketiga

benda uji.

17

BAB IV

HASIL PERCOBAAN

Dari hasil percobaan perlakuan panas dengan metode quenching dan normalizing

diperoleh data-data sebagai berikut :

Tabel 2. Data hasil percobaan

No. Bahan Temperatur Holding PerlakuanHardness

( HRC)

Average

Hardiness

1. AISI 1045 900 0 C 10’ Q air

52

57

57

53

56

2. AISI 1045 900 0 C 10’ Q oli

48

49

48

47

48

3. AISI 1045 900 0 C 10’ Normal

38

41

42

38

39.75

4. AISI 1045 NON – TREATMENT

14

16

16

15

15.25

18

17

BAB V

PEMBAHASAN

Pada pengujian kekerasan dengan mesin uji rockwell. Pengujian kekerasan

pertama, yaitu benda uji tanpa perlakuan panas dan skala yang digunakan pada mesin

uji rockwell adalah HRB dengan beban yang di gunakan adalah 100 kgf dan

menggunakan indentor bola baja dan pengujian yang dilakukan sebanyak tiga kali

pada masing-masing benda uji menghasilkan kekerasan rata-rata 92,5 HRB.

Sedangkan pada benda uji yang di perlakukan panas secara normalizing memiliki

kekerasan rata-rata 95,5 HRB. Pada baja atau benda uji yang mengalami proses

quenching dengan media air pengujian kekerasan pada mesin uji Rockwell

menggunakan indentor intan dengan pembebanan sebesar 150 kgf dan kekerasan rata-

ratanya adalah 59,83 HRC. Dari hasil percobaan menunjukkan bahwa kekerasan

benda uji yang dilakukan perlakuan panas secara quenching dengan media air lebih

besar dari pada baja yang dilakukan panas secara normalizing dan baja yang tidak

dilakukan perlakuan panas, hal ini sesuai dengan teori bahwa quenching adalah salah

satu cara yang digunakan untuk menambah kekerasan pada suatu logam. Hasil

Quenching yang ideal adalah terbentuknya fasa martensit dengan struktur BCT

karena tidak terjadi difusi atom C terhadap besi akibat dari pendinginan yang sangat

cepat sehingga menghalangi ataom C ntuk berdifusi ke dalam besi secara lebih dalam

lagi.

Dari data percobaan juga diperoleh suatu fenomena bahwa apabila suatu

logam baja mengalami perlakuan normalizing, maka dapat dipastikan kekerasannya

menurun. Dalam percobaan ini variable pengujian hnya menggunakan pengujian

kekerasan, namun secara teori dapat diketahui bahwa dengan menggunakan metode

19

quenching, maka suatu logam akan mengalami peningkatan kekerasannya, namun

menurunkan sifat keuletan dan ketangguhannya.

BAB VI

KESIMPULAN

Dari percobaan perlakuan panas dan hasil penelitian yang dilakukan, maka

dapat disimpulkan :

1. Perlakuan panas yang diberikan kepada suatu material (baja) dapat mengubah

sifat mekanik dari material tersebut, dalam hal ini sifat mekanis yang

ditunjukkan yaitu kekerasan.

2. Kekerasan baja benda uji yang dilakukan perlakuan panas secara quenching

dalam media air lebih besar dari pada baja yang dilakukan panas secara

quenching dengan media oli, normalizing , dan benda uji yang tidak

mendapatkan perlakuan panas.

3. Sifat mekanik suatu baja seperti kekerasan yang dihasilkan dari perlakuan

panas sangat dipengaruhi oleh kondisi awal material seperti komposisi kimia

serta struktur mikro, karena suatu baja atau paduan meski memiliki komposisi

yang sama, namun struktur mikronya berbeda, maka sifat mekaniknya pun

berbeda yang semua ini dipengaruhi oleh proses perlakuan panas yang dialami

oleh material tersebut.

6. Untuk menghasilkan sifat mekanik baja yang maksimal, maka yang perlu

diperhatikan dalam perlakuan panas adalah temperatur austenizing,

homogenitas dari austenit yaitu pemberian waktu tahan (holding time) yang

sesuai, laju pendinginan yang tepat dan hardenability dari baja tersebut.

20

19

DAFTAR PUSTAKA

1. A.Alhamidi,Ali,St,MT. 2006. Panduan Praktikum Metalurgi. UNTIRTA.

Cilegon

2. A.Alhamidi,Ali,St,MT. 2006. Diktat Perlakuan Panas Pada Logam.

UNTIRTA. Cilegon

3. B.H. Amstead. 1993. Teknologi Mekanik. E

21

LAMPIRAN A.

Jawaban Pertanyaan

1. Sebutkan dan jelaskan teknik-teknik perlakuan panas dan fasa-fasa mikro

struktur yang terbentuk dari hasil perlakuan panas tersebut?

Jawaban:

1. Annealing adalah suatu proses laku panas yang dilakukan pada logam atau

paduan dalam pembuatan produk, dengan memanaskan baja sampai suhu

tertentu, kemudian menahannya selama waktu tertentu kemudian didinginkan

dengan lambat. Pada baja hipoeutektoid bila pemanasan lebih tinggi maka

ferit akan bertransformasi menjadi austenit yang berbutir halus sedang

austenit yang berasal dari perlit hampir tadak berubah.

2. Normalising adalah pemanasan yang dilakukan diatas temperatur A3 untuk

baja hipoeutektoid, pendinginan dilakukan di udara, sehingga lebih cepat

menyebabkan kecepatan pembentukan ferit preutektoid dan perlit akan

banyak

3. Sphereodising adalah perlakuan panas yang dilakukan dengan cara

memanaskan sampai sekitar temperatur kritis bawah atau sedikit dibawahnya

dan dibiarkan pada temperatur tersebut dalam waktu yang lama baru

kemudian didnginkan. Struktur mikro yang terbentuk dari proses perlakuan

panas sphereodising adalah perlit yang terbungkus oleh jaringan sementit.

4. Homogenisng adalah proses perlakuan panas dengan memanaskan baja

sampai temperatur yang cukup tinggi di daerah austenit dan membiarkannya

dalam waktu yang cukup lama sehingga terjadi difusi dan struktur mikro yang

terbentuk adalah menjadi lebih homogen, kemudian didinginkan dengan

lambat.

22

5. Quenching adalah proses perlakuan panas pada temperatur dan waktu tertentu

kemudian didinginkan secara cepat dengan media biasanya air. Struktur mikro

yang terbentuk adalah martensit.

2. Jelaskan Mengapa perlakuan panas quenching dapat menghasilkan kekerasan

yang lebih tinggi dari perlakuan normalising pada material baja?

Jawaban :

Karena quenching dilakukan pendinginan secara cepat langsung dibawah

temperatur kritis, sehingga pada material akan menghasilkan kekerasan bahan

yang cukup tinggi, tetapi getas, sedangkan normalising melakukan pendinginan

secara lambat dan struktur mikro yang terbentuk adalah austenit halus dengan

kekerasan dan keuletan yang cukup tinggi.

3. Jika sifat kekerasan baja berubah, bagaimana pengaruh terhadap :

a. Sifat kekuatan tarik dan kekuatan luluh

b. Sifat ketangguhan

Jawaban :

a. Pada sifat kekuatan tarik dan kekatan luluh tidak akan berubah, karena

kekuatan luluh tidak berpengaruh pada kekerasan baja, yang berpengaruh

adalah keuletan suatu logam (paling dominan).

b. Sedangkan pada sifat ketangguhan akan berubah karena kekerasan dan

ketangguhan adalah kemampuan suatu logam untuk menyerap energi pada

deformasi plastis.

4. Sebutkan dan jelaskan media-media apa saja selain air ( minimal 3 ) yang dapat

digunakan sebagai media pendingin pada quenching

Jawaban :

Minyak, salt bath, brine, oli, alkohol dan udara.

23

5. Jelaskan apa pengaruhnya terhadap nilai kekerasan hasil percobaan, jika:

a. Temperatur Quenching dan Normalising > 900 ºC

Pada baja, butir struktur kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar,

sehingga pada pendinginan cepat yang tumbuh didalam butir kristal austenit

kasar/besar akan membentuk struktur martensit dan sifatnya pun benar-benar

keras namun getas. Pada normalising akan terbentuk struktur austenit yang

halus dan sifat mekanisnya pun sesuai yang diharapkan.

b. Temperatur Quenching dan Normalising < 900 ºC

Pada baja SS 400, tidak akan memperoleh kekerasan yang tinggi dan struktur

mertensitnya pun rendah. Sedangkan pada normalizing terbentuk struktur

austenit kasar atau tidak halus, sehingga hasilnya pun kerang begitu baik.

c. Waktu penahanan pemanasan untuk Quenching dan Normalising > 30 menit

Pada quenching akan memperoleh struktur kristal ferit dan perlit yang halus,

sehingga kekerasannya pun kurang keras, tetapi ulet. Pada normalising kristal

austenit yang terjadi akan terlalu kasar, sehingga pada pendinginan akan

diperoleh ferit dan perlit yang kasar juga, sehingga akan membentuk struktur

martensit.

d. Waktu penahanan pemanasan untuk Quenching dan Normalising < 30 menit

Pada quenching akan memperoleh kristal austenit yang terjadi akan terlalu

kasar, sehingga akan membentuk struktur martensit. Sedangkan pada

normalising kristal austenit yang berbutir halus dan homogen sehingga bila

didinginkan lambat akan diperoleh kristal ferit dan perlit yang halus.

6. Unsur-unsur yang mempengaruhi peningkatan kekerasan dan kekuatan hasil

perlakuan panas dan jelaskan pengaruhnya

24

Jawabam :

a. Silikon ; menegangkan perlit dan cenderung menguatakan perlit selalu untuk

mengembang karena unsur ini digunakan sebagai oksida magnesit,

b. Chromium ; meningkatakan tegangan dan kekerasan, membentuk kekerasan

dan menstabilkan karbit,

c. Magnesit ; meningkatakan tegangan dan kekerasan, membentuk karbit,

meningkatkan hardenability, range perpindahan panas

d. Tungsten ; membentuk kekerasan dan menstabilkan karbit, menaikan range

dari temperatur dan temperatur tempering

e. Phospor ; meningkatakan tegangan dan hardenability, mengurangi ductility

dan ketangguhan.

f. Vanadium ; menguatkan karbit, membentuk element. Tidak digunakan

sebagai unsur yang berdiri sendiri, tapi untuk menggabungkan karbit ke

austenit pada stainless steel.

g. Molybdenum ; menguatkan karbit dan membentuk element, dan juga

meningkatkan temperatur tinggi pada gaya creep.

7. Jelaskan tentang Case Hardening (Surface Hardening) dan jenisnya serta

mekanismenya

Jawaban :

Case Hardening adalah proses perlakuan panas untuk mendapatkan

kekerasan pada bagian permukaannya saja, sedangkan pada bagian dalam tetap

berada pada sifat semula yaitu keuletan maupun ketangguhan yang tetap tinggi.

Dengan adanya perlakuan pengerasan permukaan maka menyebabkan lapisan

permukaan menjadi lebih keras, tahan aus, dan tegangan sisa yang berupa

tegangan tekan, sehingga disamping menaukan ketahanan lelah, aus dapat juga

menaikan fatique limit (batas kelelahan).

Jenisnya : 1. Karburusing

2. Nitriding

25

3. Cyaniding atau Carbonitriding

4. Pengerasan nyala api

5. Pengerasan induksi

8. Jelaskan mengapa perlu dilakukan teknik perlakuan panas dalam industri

metalurgi

Jawaban :

Teknik perlakuan panas sangat diperlukan dalam industri matalurgi karena

produk setengah jadi dalam proses metalurgi sifat mekaniknya masih rendah dan

dapat ditingkatkan yaitu dengan perlakuan panas sehingga menghasilkan produk

metalurgi yang memiliki sifat mekanik yang tinggi.

26

LAMPIRAN B. Gambar alat dan bahan

Gambar 5. Mesin ui kekerasan

Gambar 6. Muffle furnace