Bab IV Hasil Eksperimen dan Analisis
IV.1 Hasil Eksperimen TFC Eksperimen TFC dilakukan sebanyak dua kali. Pada eksperimen yang pertama belum menghasilkan sambungan di permukaan rongga cacat sedangkan pada eksperimen yang kedua telah menghasilkan sambungan. Hasil eksperimen tersebut seperti pada Gambar IV.1.
Sebelum Cetakan Dibongkar
Setelah Cetakan Dibongkar
Gambar IV.1 Hasil Eksperimen TFC
IV.2 Analisis Hasil Eksperimen TFC Untuk mengetahui perbandingan sifat-sifat antara logam sambungan dengan logam induk, maka dilakukan analisa hasil uji struktur mikro dan uji kekerasan mikro pada spesimen.
IV.2.1 Analisis Gambar Struktur Mikro Dari gambar struktur mikro spesimen (Gambar IV.2 dan IV.3) dapat dianalisa bahwa proses penyambungan yang terjadi adalah gabungan antara proses fusi dan difusi. Proses fusi ditandai dengan adanya daerah solid-liquid interface seperti ditunjukkan pada Gambar IV.2.
40
Gambar IV.2 Struktur Mikro Solid-Liquid Interface Sepanjang Rongga Cacat Pada Gambar IV.2 daerah yang lebih terang adalah daerah sambungan (solid liquid
interface) dan yang berwarna lebih gelap adalah daerah weld pool dan logam induk.
Sedangkan proses difusi ditandai dengan adanya perbedaan fraksi volume karbida daerah sambungan dengan fraksi volume karbida logam induk dan weld pool seperti yang ditunjukkan pada Tabel IV.1.
41
Tabel IV.1 Hasil Perhitungan Fraksi Volume Menggunakan Program Fovea No
Daerah
1 2 3 4 5 6
LI1 LI2 LI3 LI4 LI5 LI6 Rata-rata Std.deviasi Batas atas Batas bawah
No 1 2 3 4 5 6
Daerah
IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 Rata-rata Std.deviasi Batas atas Batas bawah
%Volume Karbida
%Volume Ferit
52,17 50,03 42,30 44,00 45,44 46,24 46,70 3,73 42,97 50,42
47,82 49,96 57,69 55,99 54,55 53,75 53,29 3,73 49,57 57,02
%Volume Karbida 31,61 28,41 28,20 20,74 21,28 21,82 25,34 4,62 20,72 29,97
%Volume Ferit 68,38 71,58 71,79 79,25 78,71 78,17 74,65 4,62 70,02 79,27
Daerah WP1 WP2 WP3 WP4 WP5 WP6
%Volume Karbida
%Volume Ferit
56,82 50,99 54,04 60,57 48,91 47,88 53,20 4,89 48,31 58,09
43,17 49,00 45,95 39,42 51,08 52,11 46,79 4,89 41,90 51,68
Keterangan: LI
= logam induk
WP = weld pool IN
= interface
Gambar struktur mikro spesimen pada daerah interface, weld pool dan logam induk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar IV.2.
42
20X
50μm
(a) Struktur Mikro Solid-Liquid Interface
20X
50μm
(b) Logam Induk
43
20X
50μm
(c) Weldpool
0,95 mm
0,55 mm
200 μm
(d) Ukuran Ketebalan Interface Gambar IV.3 Struktur Mikro Spesimen Hasil Eksperimen TFC Fasa-fasa yang terdapat pada struktur mikro tersebut adalah fasa ferit (α) dan karbida (M23C6). Kesimpulan ini berdasarkan diagram fasa pseudobiner Fe-25%Cr-C pada 44
garis 1%C seperti ditunjukkan pada Gambar IV.4. Dari diagram fasa tersebut terlihat bahwa fasa-fasa yang terbentuk pada temperatur kamar ( ) adalah ferit dan karbida (M23C6).
25% Cr
Gambar IV.4 Diagram Fasa Fe-Cr-C (Pseudobiner) Untuk Kandungan Khrom 25%
(Thermo-Calc Demo Version) Bila ditinjau dari ukuran butirnya, pada daerah interface memiliki ukuran butir yang lebih besar bila dibandingkan dengan ukuran butir pada daerah weld pool dan logam induk. Hal ini terlihat jelas pada Gambar IV.3(a-c). Berturut-turut ukuran butir tersebut adalah ASTM 6,8 (interface), ASTM 8 (weld pool) dan ASTM 7,8 (logam induk). Ukuran butir dihitung menggunakan program image analyzer Lince. Perbedaan ukuran butir tersebut disebabkan oleh kecepatan pembekuan yang berbeda antara daerah interface dengan daerah weld pool selama proses penyambungan. Pada daerah sambungan kecepatan pembekuannya lebih lambat di bandingkan dengan pembekuan pada weld pool. Hal ini disebabkan oleh temperatur preheat yang tinggi pada logam induk. Sehingga perbedaan temperatur antara logam induk dengan daerah interface lebih kecil bila dibandingkan dengan perbedaan temperatur antara 45
weld pool dengan cetakan. Oleh sebab itu perpindahan panas dari interface ke logam induk lebih lambat bila dibandingkan dengan perpindahan panas weld pool ke cetakan. Dan dari pengamatan proses eksperimen TFC temperatur spesimen sesaat setelah penuangan logam cair mencapai 1150°C (diukur dengan termometer digital yang terdapat pada thermostate). Dengan adanya kedua kondisi tersebut memungkinkan terjadinya difusi atom C dan Cr pada karbida ke dalam butir ferit sehingga terjadi pertumbuhan butir ferit. Akibat proses difusi tersebut, maka jumlah karbida pada daerah interface lebih sedikit bila dibandingkan dengan jumlah karbida pada weld pool dan logam induk. Hal ini didukung dengan hasil perhitungan fraksi volume ferit dan karbida seperti yang ditunjukkan pada Tabel IV.1. Dari tabel tersebut terlihat bahwa fraksi volume karbida daerah interface lebih kecil bila dibandingkan dengan fraksi volume karbida daerah weld pool dan logam induk. Sedangkan pada daerah weld pool dan logam induk fraksi volume karbida dan feritnya relatif sama. Hal ini terlihat dari nilai standar deviasi fraksi volume karbida dan ferit pada daerah weld pool dan logam induk dimana batas atas dan batas bawahnya masih saling beririsan.
Dari Gambar IV.3(d) terlihat bahwa rata-rata ketebalan daerah solid-liquid interface adalah 0,75 mm, sedangkan dari hasil perhitungan ketebalan penetrasi logam cair adalah 0,91 mm. Maka dapat disimpulkan bahwa persamaan yang digunakan untuk menentukan kedalaman penetrasi logam cair yang diturunkan oleh Muki[18] dapat digunakan untuk memperkirakan ketebalan daerah solid-liquid interface proses TFC pada baja cor khrom 25%.
Untuk melihat sebaran inklusi atau pengotor pada daerah interface, weld pool dan logam induk dilakukan dengan cara mengambil gambar struktur mikro sebelum dietsa. Sebaran inklusi tersebut dapat dilihat pada Gambar IV.5.
46
(a) Sebaran Inklusi Pada Interface
(b) Sebaran Inklusi Pada Weld Pool
(c) Sebaran Inklusi Pada Logam Induk Gambar IV.5 Sebaran Inklusi Pada Spesimen Setelah dibandingkan dengan gambar standar ASTM E-45[3] (Lampiran 3) maka sebaran inklusi pada daerah interface, weld pool dan logam induk termasuk ke dalam tipe D (globular type oxides) thin series. Oleh sebab itu dapat disimpulkan bahwa inklusi tersebut adalah oksida hasil reaksi antara logam cair dengan oksigen yang terbawa saat penuangan. Sebaran inklusi tipe D tersebut menunjukkan bahwa kualitas coran tinggi yang artinya bahwa pengaruh inklusi terhadap kualitas coran sangat kecil.
IV.2.2 Analisis Hasil Uji Keras Hasil uji kekerasan mikro spesimen eksperimen TFC ditunjukkan pada Tabel IV.1.
47
Tabel IV.2 Data dan Hasil Perhitungan Uji Kekerasan Mikro (Beban 0,2 kgf) Spesimen TFC No 1 2 3 4
No 1 2 3 4
Interface Rata-Rata 34,50 35,25 36,50 35,50 Rata-rata Standar deviasi Batas bawah kekerasan Batas atas kekerasan
VHN 311,00 297,75 277,50 293,50 294,94 13,81 281,13 308,75
Logam Induk d1 d2 Rata-Rata 35 34 34,50 36 36 36,00 36 37 36,50 34 35 34,50 Rata-rata Standar deviasi Batas bawah kekerasan Batas atas kekerasan
VHN 311,00 285,00 277,50 311,00 296,13 17,45 278,68 313,57
d1 34 36 37 35
d2 35 35 36 36
No 1 2 3 4
Weld Pool Rata-Rata 35,50 36,50 35,50 34,25 Rata-rata Standar deviasi Batas bawah kekerasan Batas atas kekerasan d1 36 37 36 35
d2 35 36 35 34
VHN 293,50 277,50 293,50 315,50 295,00 15,61 279,39 310,61
Keterangan: d1
= panjang diagonal-1
d2
= panjang diagonal-2
VHN = Vickers Hardness Number
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa kekerasan daerah interface, weld pool dan logam induk perbedaannya sangat kecil (tidak significant). Dan dari standar deviasinya terlihat bahwa sebagian besar nilai kekerasan daerah interface berada di antara batas bawah dan batas atas nilai kekerasan weld pool maupun logam induk. Sehingga dikatakan nilai kekerasan pada daerah sambungan, weld pool dan logam induk adalah sama. Jadi dapat disimpulkan bahwa logam sambungan hasil proses TFC mempunyai kekuatan yang sama dengan logam induknya.
48
