BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

Percobaan ini dilakukan untuk mendapatkan data energi impak dan kekerasan pada baja AISI H13 yang diberi perlakuan panas hardening dan tempering. Berdasarkan data tersebut kemudian diamati pengaruh beberapa variabel perlakuan panas (temperatur austenitisasi, temperatur tempering, dan jumlah tempering) terhadap ketangguhan dan kekerasan baja. Selain itu juga dilakukan pengamatan terhadap kondisi struktur mikro untuk mempelajari mekanisme dan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya perubahan energi impak dan kekerasan pada setiap variabel tersebut. Sampel untuk uji impak yang berjumlah 18 sampel dipotong sesuai dengan standar ASTM E 23 dengan ukuran 55 mm x 10 mm x 10 mm. Sembilan buah sampel akan ditemper sebanyak satu kali (single tempering) sedangkan sembilan sampel lainnya ditemper hingga tiga kali (triple tempering). Sampel untuk uji kekerasan dan pengamatan struktur mikro yang berjumlah 21 sampel dipotong dengan ukuran 10 mm x 10 mm x 7 mm. Tiga buah sampel hanya diberi perlakuan hardening untuk mengamati struktur mikro dan kekerasan baja tanpa tempering dan sisanya diberi perlakuan hardening dan tempering dengan variasi temperatur austenitisasi, temperatur tempering, dan jumlah tempering. Prosedur percobaan secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.1.

3.1 MATERIAL UJI Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja Bohler W302 (AISI H13) berbentuk pelat yang diperoleh dari salah satu perusahaan pembuat baja Jerman, yakni Bohler. Baja ini diproduksi dalam kondisi annealed.

BAB III Percobaan dan Hasil Percobaan

47

Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Bohler W302 (5) Unsur Pemadu

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

0.39

1.1

0.4

5.2

1.4

0.95

Komposisi (% berat)

Tabel 3.2 Sifat Fisik Baja Bohler W302 (5) Temperatur Densitas (kg/dm3) Koefisien Termal Ekspansi ¾ Tempering temperatur tinggi Per oF dari 68 oF Per oC dari 20 oC

Konduktivitas Termal W/m.K (hardened dan tempered) Modulus Elastisitas N/mm2 Specific Heat (J/kg.K)

(20 oC) 7.8

(500 oC) 7.64

(600 oC) 7.6

-

12.9 x 10-6

13 x 10-6

-

27.7

27.5

215000 460

176000 550

165000 590

Tabel 3.3 Perbandingan Sifat Mekanik Baja Bohler W302 Terhadap Beberapa Baja Perkakas Pengerjaan Panas Lainnya (17)


48

Baja Perkakas Bohler W302 (AISI H13): 55 mm x 10 mm x 10 mmj (Uji Impak (UI), 18 sampel) 10 mm x 10 mm x 7 mm (Uji kekerasan (UK), 21 sampel)

Austenitisasi (13 Sampel, 6 UI+7 UK) T = 1020o C t = 30 menit



Air Cooling

Single Tempering (12 Sampel, 6 UI + 6UK) T = 540o C t = 2 jam

Single Tempering (12 Sampel, 6 UI + 3UK) T = 590o C t = 2 jam

Air Cooling

Single Tempering (12 Sampel, 6 UI + 6 UK) T = 620o C t = 2 jam

Air Cooling

Double Tempering

Air Cooling

Double Tempering

Air Cooling

Double Tempering

Air Cooling

Uji Kekerasan, Uji Impak & Pengamatan Struktur Mikro (6 Sampel, 3 UI + 3UK)

Triple Tempering (6 Sampel, 3 UI + 3UK) T = 540o C t = 2 jam

Air Cooling

Uji Kekerasan, Uji Impak & Pengamatan Struktur Mikro (6 Sampel, 3 UI + 3UK)



Pendinginan Udara Hingga Temperatur Kamar

Uji Impak (9 Sampel)

Uji Kekerasan (9 sampel)

Pengamatan Struktur Mikro

Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan


49

3.2 PERLAKUAN PANAS BAJA PERKAKAS AISI H13 3.2.1 Hardening Hardening dilakukan dengan tujuan untuk memperkeras baja AISI H13 karena baja tersebut diperoleh pada kondisi annealed, yaitu kondisi baja paling lunak. Pada penelitian ini hardening dilakukan pada tiga temperatur austenitisasi yang berbeda, yaitu 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC. Austenitisasi dilakukan dengan cara memanaskan baja dari temperatur kamar hingga temperatur austenitisasi. Waktu tahan (soaking time) pada temperatur austenitisasi adalah 30 menit. Untuk menghindari terjadinya retakan akibat thermal shock maka proses austenitisasi dilakukan melalui beberapa tahap pemanasan awal (pre-heating). Selain untuk menghindari terjadinya retakan akibat thermal shock, pre-heating juga berguna untuk memperpanjang masa pakai tanur. Pada percobaan ini pre-heating dilakukan dalam empat tahap, masingmasing pada temperatur 200 oC , 400 oC , 600 oC, dan 850 oC (17). Pada temperatur 200 oC dan 400 oC baja ditahan selama 10 menit sedangkan pada temperatur 600 o

C dan 850 oC baja ditahan selama 15 menit.

Setelah proses austenitisasi selesai, baja kemudian didinginkan dengan air cooling,

yaitu

dengan

mengeluarkan

sampel

dari

dalam

tanur

dan

mendinginkannya pada temperatur kamar. Teknik hardening seperti ini merupakan teknik standar yang umum dilakukan untuk memperkeras baja perkakas AISI H13. Alat yang digunakan untuk memanaskan baja hingga mencapai temperatur austenitisasi adalah tube furnace. Untuk menghindari terjadinya karburisasi selama proses hardening, tube furnace dihubungkan dengan tabung gas argon. Gas argon dialirkan dengan laju rata-rata aliran gas sekitar 5 mL/menit. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.2.


50

Seluruh sampel untuk uji impak dan uji kekerasan dimasukkan ke dalam tanur pada temperatur kamar kemudian sedikit demi sedikit temperatur dinaikkan. Temperatur yang ingin dicapai pertama kali adalah 200 oC. Pada temperatur ini baja ditahan selama sekitar 10 menit. Kemudian baja dipanaskan hingga 400 oC dan ditahan selama 10 menit. Pada temperatur 600 oC dan 850 oC baja ditahan lebih lama, yakni 15 menit. Hal ini dilakukan dilakukan untuk memastikan seluruh panas terdistribusi merata ke seluruh baja. Setelah pre-heating selesai, tahap selanjutnya adalah austenitisasi. Baja yang telah dipanaskan sampai temperatur 850 oC lalu dipanaskan lagi hingga temperatur austenitisasi, yakni 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC. Pada temperatur ini baja ditahan selama 30 menit. Selama proses pre-heating dan austenitisasi gas argon tetap dialirkan. Tahap terakhir adalah air cooling, yaitu pengeluaran baja dari tanur dan mendinginkannya pada udara hingga temperatur kamar. Pendinginan udara ini dilakukan dengan bantuan kipas angin agar proses pendinginan berlangsung lebih cepat.

Gambar 3.2 Tube Furnace Gambar 3.3 memperlihatkan secara skematik tahapan proses hardening pada baja perkakas AISI H13 yang dilakukan pada percobaan ini. Variasi proses hardening dapat dilihat pada tabel 3.4.


51

Tabel 3.4 Variasi Temperatur Hardening Temperatur

Waktu Tahan

Pendinginan

1020 oC

30 menit

Air Cooling

1050 oC

30 menit

Air Cooling

1080 oC

30 menit

Air Cooling

Austenitisasi

T 30’ 1020 15’ 850 15’ 600 10’ 400 10’ 200 25

10’ t Gambar 3.3 Skema Proses Pengerasan

3.2.2 Tempering Tabel 3.5 memperlihatkan variasi perlakuan panas tempering pada percobaan ini. Tabel 3.5 Variasi Temperatur dan Jumlah Tempering Temperatur Tempering 540 oC 590 oC 620 oC

Jumlah Tempering Single Triple Single Triple Single Triple


Waktu Tahan (Soaking Time) 2 jam 2 jam 2 jam 2 jam 2 jam 2 jam

Pendinginan Air Cooling Air Cooling Air Cooling Air Cooling Air Cooling Air Cooling

52

Pada percobaan ini seluruh sampel uji impak yang berjumlah 18 sampel diberi perlakuan panas tempering dengan variasi temperatur dan jumlah tempering (single dan triple tempering). Sembilan sampel ditemper sebanyak satu kali sedangkan sembilan sampel lainnya ditemper sebanyak tiga kali dengan waktu tahan selama dua jam untuk setiap tahap tempering. Sampel untuk uji kekerasan dan pengamatan struktur mikro yang berjumlah 21 buah juga diberi perlakuan panas yang sama dengan sampel uji impak. Tiga buah sampel hanya diberi perlakuan hardening saja untuk melihat struktur mikro dan kekerasan baja setelah pengerasan. Tempering dilakukan pada muffle furnace dengan kondisi udara terbuka. Gambar 3.4 memperlihatkan alat yang digunakan untuk melakukan tempering.

Gambar 3.4 Muffle Furnace Untuk lebih jelasnya, proses hardening dan tempering secara keseluruhan disajikan pada tabel 3.6.


53

Tabel 3.6 Parameter Perlakuan Panas Hardening dan Tempering

Taustenitisasi

Ttempering

540 oC 1020 oC (Sampel Nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6 )

593 oC

620 oC

540 oC 1050 oC (Sampel Nomor 7, 8, 9, 10, 11, 12)

593 oC

620 oC

540 oC 1080 oC (Sampel Nomor 13, 14, 15, 16, 17, 18)

593 oC

620 oC


Jumlah Tempering Single (Sampel 1) Triple (Sampel 2) Single (Sampel 3) Triple (Sampel 4) Single (Sampel 5) Triple (Sampel 6) Single (Sampel 7) Triple (Sampel 8) Single (Sampel 9) Triple (Sampel 10) Single (Sampel 11) Triple (Sampel 12) Single (Sampel 13) Triple (Sampel 14) Single (Sampel 15) Triple (Sampel 16) Single (Sampel 17) Triple (Sampel 18)

54

3.3 PENGUJIAN KETANGGUHAN 3.3.1 Prosedur Percobaan Jumlah sampel yang digunakan untuk pengujian ketangguhan adalah 18 buah sampel. Sampel-sampel tersebut diperoleh dari baja perkakas yang berbentuk pelat dengan ukuran 300 mm x 150 mm x 30 mm. Pelat ini kemudian dipotong menjadi 18 buah sampel berukuran 55 mm x 10 mm x 10 mm dengan jari-jari takikan (notch) sebesar 2,5 mm (gambar 3.5). Semua sampel tersebut kemudian diaustenitisasi pada temperatur 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC dan kemudian didinginkan melalui pendinginan udara. Setelah didinginkan sembilan buah sampel kemudian ditemper sebanyak satu kali sedangkan sisanya ditemper sebanyak tiga kali pada temperatur 540 oC, 590 oC, dan 620 oC.

Takikan (Notch) Gambar 3.5 Spesimen Untuk Uji Impak Pengujian ketangguhan dilakukan pada temperatur kamar dengan menggunakan mesin uji Charpy Impact Karl Frank GMBH di B4T Bandung. Kapasitas maksimum mesin ini adalah 48 ft-lb. Prosedur dan mesin yang digunakan untuk melakukan pengujian ketangguhan ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.


55

Gambar 3.6 Mesin Uji Charpy Impact Karl Frank GMBH

Gambar 3.7 Mekanisme Uji Impak Charpy


56

3.3.2 Hasil Percobaan Hasil pengujian ketangguhan pada setiap variabel perlakuan panas dapat dilihat pada tabel 34 dibawah ini. Tabel 3.7 Hasil Uji Impak Taustenitisasi

Ttempering

540 oC 1020 oC 593 oC

620 oC

540 oC 1050 oC 593 oC

620 oC

540 oC 1080 oC 593 oC

620 oC

Jumlah Tempering

Energi Impak (kgf-m)

Energi Impak (Joule)

Single

1,4

13,73

Triple

1,8

17,65

Single

2,0

19,61

Triple

3,6

35,30

Single

3,1

30,40

Triple

4,5

44,13

Single

0,8

7,85

Triple

1,4

13,73

Single

2,0

19,61

Triple

2,9

28,44

Single

3,0

29,42

Triple

3,7

36,28

Single

0,4

3,92

Triple

0,7

6,86

Single

0,5

4,90

Triple

0,9

8,83

Single

0,8

7,85

Triple

1,4

13,73


57

3.4 PENGUJIAN KEKERASAN 3.4.1 Prinsip Pengujian Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat Leco Micro Hardness Tester. Sistem yang digunakan adalah Vickers. Indentor yang digunakan adalah intan berbentuk prisma dengan sudut 136o (Gambar 3.9). Indentor dengan beban statik sebesar 300 GramForce ditekankan pada permukaan material yang diuji selama 10 detik. Pengujian dilakukan di tiga titik yaitu satu buah di tengah dan dua buah di pinggir (seperti pada gambar 3.10) kemudian hasilnya dirata-ratakan. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan data yang akurat. Gambar 3.8 merupakan gambar alat yang digunakan untuk menentukan besarnya kekerasan. Pada Gambar 3.9 diperlihatkan secara skematik bagaimana prinsip indentasi dan perhitungan kekerasan berdasarkan Vickers.

Gambar 3.8 Leco Micro Hardness Tester


58

d2

d1

¼ d√2 ½ d√2

permukaan logam uji 136o

68o

(d√2)/(4

o

sin68 )

Gambar 3.9 Model Pengujian Kekerasan Vickers

1 2 3 Gambar 3.10 Posisi Titik-Titik Pengujian Kekerasan Catatan : d = (d1 + d2) / 2


(3.1)

59

Persamaan yang digunakan dalam menghitung kekerasan adalah Persamaan 3.2. Persamaan 3.2 diperoleh dengan penurunan seperti yang ditunjukkan pada persamaan selanjutnya yaitu Persamaan 3.3 hingga 3.7.

HV =

1,854 P d2

HV

: kekerasan

P

: berat beban (kg)

d

: panjang jejak (mm)

(3.2)

(HVN)

HV = 0,102 F / A = P / A

(3.3)

A = 4 A’ = 4 kali luas bagian prisma

(3.4)

⎛1 ⎞ ⎡ 1 ⎛ d 2 ⎞⎟⎤ A’ = ⎜ d 2 ⎟ ⎢ ⎜⎜ 0 ⎥ ⎝2 ⎠ ⎢⎣ 2 ⎝ 4 sin 68 ⎟⎠⎦⎥

(3.5)

A=

d2 d2 = 2 sin 680 1,854

HV = P A =

P d2

1 ,854

=

1,854 P d2

(3.6)

(3.7)

Hasil uji kekerasan yang masih dalam sistem Vickers (HVN) kemudian dikonversikan ke dalam sistem Rockwell C (HRC). Caranya adalah dengan cara meregresikan data yang tersedia dari dua sistem pengukuran kekerasan, Vickers dan Rockwell C. Untuk lebih jelasnya mengenai hal ini dapat dilihat pada lampiran a.

3.4.2 Hasil Percobaan Hasil pengujian kekerasan pada setiap variabel perlakuan panas disajikan pada lampiran b.


60

3.5 FOTO STRUKTUR MIKRO 3.5.1 Preparasi dan Prosedur Percobaan Sampel dipreparasi dengan teknik metalografi standar yaitu dengan cara mengamplasnya dari grit 100 hingga 2000 kemudian dipoles dengan mesin poles mekanik menggunakan serbuk alumina. Selama proses pengamplasan dan pemolesan kondisi permukaan dipantau dengan mikroskop optik (Gambar 3.11) untuk menghindari overpolishing yang justru akan membuat permukaan tidak rata. Sampel yang telah halus permukaannya kemudian dietsa dengan larutan nital 5% yaitu campuran larutan HNO3 5% dan larutan etanol 95% sebagai pelarutnya. Sampel kemudian dicelupkan ke dalam larutan nital selama sekitar 1 hingga 2 menit. Sampel yang telah di etsa kemudian diamati kembali dengan mikroskop optik. Jika hasil pengamatan bagus, artinya struktur mikronya dapat terlihat dengan baik, selanjutnya diambil foto struktur mikro dengan perbesaran 300X, 500X, dan 600X.

Gambar 3.11 Mikroskop Optik


Gambar 3.12 Mesin Poles Mekanik

61

3.5.2 Hasil Percobaan

Gambar 3.13 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050oC, Tanpa Tempering. 600X

Gambar 3.14 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080oC, Tanpa Tempering. 600X


62

Gambar 3.15 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1020oC dan Single Tempering 540oC. 600X




63





64



Gambar 3.23 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1020oC dan Triple Tempering 620oC. 300X


65





66



Gambar 3.29 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050 oC, Tanpa Tempering. 300X


67

Gambar 3.30 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080oC, Single Tempering 620oC. 500X.

Gambar 3.31 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050 oC dan Single Tempering 540 oC. 300X

Gambar 3.32 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080 oC dan Single Tempering 593oC. 300X


68

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

Recommend Documents