PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO LOGAM ST 60

PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO LOGAM ST 60 Rina Dwi Yani, Tri Pratomo, dan Hendro Cahyono Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Pontianak, 78124

ABSTRACT This research aim to know the transformation of microstructure and it influence to ST 60 when its heated by heat treatment process. Specimen heated and arrested at temperature 800°C during 30 minutes, then is cooled with water coolant. Hardness of test piece is measured [by] before and after heat treatment by using method Rockwell C. Microstructure of metal photograph take by using special camera, and it presenting in millimeter block to calculate ferrite and pearlite content percentage. Result of research indicates that heat treatment to metal ST 60 causing microstructure change and percentage of ferrite was increase, directly causes material hardness value increase too. Keyword : Microstructure, Heat Treatment, ST 60 metal PENDAHULUAN Metalurgi adalah ilmu yang mempelajari sifat logam dan paduannya melalui analisa terhadap strukturnya. Struktur dan paduan logam merupakan faktor yang menentukan dari susunan mikro baja yang mempengaruhi sifat logam. Untuk mendapatkan struktur mikro yang memperbaiki siat logam dapat diupayakan melalui proses perlakuan panas. Perlakuan panas (Heat Treatment) merupakan proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat fisis logam. Untuk melakukan perlakuan panas yang tepat, susunan kimia baja harus diketahui karena pada proses ini terjadi perubahan komposisi kimia teruta unsur karbon yang mempengaruhi sifat fisis logam. Besi dan baja memiliki sifat yang bervariasi, dari yang paling lunak dan mudah dibentuk sampai yang paling keras. Karena itu kedua bahan ini paling banyak digunakan sebagai bahan industri. Struktur mikro logam dapat dianalisa sehubungan dengan sifat logam dan paduannya dengan meneliti susunan terkecil pada logam yang terdiri dari ferrite dan pearlite setelah dikenakan perlakuan panas. Penelitian ini sangat bermanfaat bagi pekembangan pengetahuan mengenai struktur/susunan suatu logam, tingkat kekerasan yang dimiliki dan proses yang tepat dalam meningkatkan ketangguhan logam, sehingga diperoleh suatu acuan 96

Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, Vol. 11, No. 1, 2008: 96 - 109

atau pegangan yang jelas dalam memilih dan menentukan logam yang tepat dalam suatu pengerjaan.

METODOLOGI PENELITIAN Dalam penelitian ini ada beberapa prinsip dasar yang harus diperhatikan yaitu : Perlakuan Panas (Heat Treatment), yaitu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam. Perlakuan panas yang tepat dapat menghilangkan tegangan dalam, besar butir dapat diperbesar atau diperkecil, peningkatan ketangguhan atau dapat menghasilkan permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet. Secara umum heat treatment dibagi dalam tiga tahap, yaitu: 1. Pemanasan sampai suhu tertentu sesuai dengan proses heat treatment dan dengan kecepatan tertentu tergantung dari dimensi dan konduktifitas perpindahan panas benda kerja. 2. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu, sehingga temperaturnya merata pada seluruh bagian benda kerja. 3. Pendinginan dengan media pendingin yang bergantung pada proses heat treatment dan benda kerja. Pada baja karbon rendah dan sedang biasanya digunakan air sebagai media pendingin, karena laju pendinginannya cukup cepat sehingga terbentuk martensit. Sedangkan pada baja karbon tinggi dan baja paduan digunakan minyak sebagai media pendingin dengan laju pendinginan yang lebih lambat.

Gambar 1. Diagram Transformasi Kekerasan, menyatakan tahanan suatu benda terhadap penetrasi atau daya tembus dari benda lain yang lebih keras, dimana sifat dan bahan sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya. Ada tiga metode yang umum digunakan dalam menentukan kekerasan bahan, yaitu: Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap … (Rina Dwi Yani, dkk)

97

1. Metode Rockwell paling banyak digunakan karena penekan dan beban dapat diubah sesuai dengan kebutuhan, sehingga kekerasan dari selaput yang tipis hingga logam yang paling keras dapat diukur. Skala Rockwell C menggunakan penekan yang terbuat dari intan serta beban sebesar 331 lb, umumnya digunakan untuk baja yang keras. Skala Rockwell B menggunakan penekan berbentuk bola dengan diameter 1/16 inch dan beban sebesar 220 lb, biasanya digunakan untuk baja yang lebih lunak dan logam non-ferrous. 2. Metode Brinnel menggunakan penekan berbentuk bola berdiameter 10000 mm dan beban 3000 kg. Diameter jejak diukur dengan mikroskop yang mampu mengukur hingga ketelitian 0,05 mm. 3. Metode Vickers menggunakan penekan intan berbentuk piramida yang diberi beban 1 – 120 kg, tergantung pada kekerasan dan ketebalan benda. Jejak diukur dan menggunakan rumus dapat dihitung nilai kekerasan vickers.

Gambar 2. Cara Penentuan Sifat Bahan Baja Karbon. Baja merupakan paduan dari besi karbon dan unsur-unsur lain. Ditinjau dari kadar karbonnya, maka batasan baja sekitar 0% < %C < 2,1%. Baja dibentuk melalui proses pengecoran dan penempaan. Baja karbon adalah paduan yang terdiri dari besi, silisium, mangn dan karbon yng merupakan unsur paling dominan karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja karbon rendah memiliki kadar karbon < 0,3%, baja karbon sedang antara 0,3% < %C < 0,7%, sedangkan baja karbon tinggi antara 0,7% < %C < 1,4%. Temperatur minimum Austenit baja karbon berkisar antara 727°C - 912°C. Pada daerah ini mikro struktur baja karbon dapat diatur dan disesuaikan dengan keinginan melalui proses heat treatment. 98


Diagram Keseimbangan Besi – Karbida Besi, Biasanya digunakan untuk mengevaluasi keadaan fisik baja karbon.

Gambar 3. Diagram Besi – Karbida Besi Bagian paling kiri dari diagram diatas adalah besi murni, Besi dan karbon merupakan bagian paling dominan dalam baja. Campuran digunakan untuk mempengaruhi sifat baja. Mulai dari besi murni kekanan adalah kombinasi karbon dan besi dengan bentuk yang bervariasi yang disebut dengan besi alpha (ferrite), besi gamma (Austenit) dan besi delta. Diagram ini sangat bermanfaat untuk memilih suhu yang tepat untuk berbagai operasi laku panas dan memperlihatkan pula struktur yang dapat diperoleh setelah pendinginan secara perlahan-lahan. Diagram Transformasi Isothermal, dikenal juga sebagai diagram waktu – suhu memperlihatkan perubahan struktur logam bila dibiarkan pada suhu tertentu. Sehingga dapat dilihat waktu mulai terjadinya transformasi serta saat berakhirnya.

Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap … (Rina Dwi Yani, dkk)

99

Gambar 4. Diagram Transformasi Isothermal Proses Metalographi, Proses pengujian dengan melihat struktur logam yang diuji baik sebelum maupun sesudah proses perlakuan panas. Pada proses ini digunakan peralatan khusus, antara lain: 1. Mikroskop Logam, digunakan untuk memperoleh pembesaran dari pengamatan struktur logam uji. Mikroskop ini dilengkapi dengan alat pemotret (kamera NIKON FX 35 W) untuk mengambil gambar yang akan dianalisa. 2. Polishing Tester, atau mesin poles digunakan untuk memperhalus permukaan yang telah diamplas dan menghilangkan garis-garis bekas pemotongan. 3. Zat Etsa, adalah larutan yang digunakan untuk memperjelas struktur logam yang diuji. Permukaan logam yang telah di poles dioles dengan larutan ini. Pada pengujian ini digunakan etil alkohol (C2H5OH) dan HNO3 sebagai zat etsa, untuk memperjelas struktur pearlite dan cementit. Metoda verifikasi terjadinya perubahan mikro struktur dan kekerasan bahan adalah sebagai berikut: Objek penelitian adalah baja ST 60 dengan komposisi kimia Mangan 0,73%, Karbon 0,4 % dan Belerang 0,05 %. Yang dibagi menjadi 12 bagian yang sama. Sebelum dilakukan perlakuan panas di ambil gambar struktur mikro dan nilai kekerasannya. Kemudian bahan dikenakan perlakuan panas pada furnace dengan holding temperatur 800°C, holding time 30 menit dan pendinginan dengan media pendingin air. Kemudian dilakukan pengambilan data kekerasan serta gambar mikro strukturnya. Selanjutnya dengan rumus-rumus statistik data diolah untuk mendapatkan kesimpulan akhir. Pengujian dilakukan di Laboratorium Material Test Politeknik Negeri Pontianak.

100


ANALISIS DAN PEMBAHASAN Berikut ditampilkan hasil pemotretan dan pengukuran kekerasan pada logam ST 60 serta perhitungan kandungan ferrite dan pearlite sebelum dan sesudah Perlakuan Panas. Pada hasil Pemotretan Ferrite ditandai dengan simbol x dan ditampilkan sebagai bagian berwarna terang pada gambar. Pearlite, bagian yang berwarna gelap pada gambar dan ditandai dengan simbol y. l 1. Hasil Pemotretan dan Prosentase Ferrite dan Pearlite pada Speciment Sebelum Perlakuan Panas %x

%y

(x-X)

(x-X)2

(y-Y)

(y-Y)2

1

40

60

9,65

93,51

-9,65

93,51

2

35

65

4,67

21,81

-4,61

21,81

3

29,7

70,3

-0,6

0,36

0,6

0,36

4

28

72

-2,3

5,29

2,3

5,29

5

30,33

69,67

0

0,00

0

0,00

6

20

80

-10,3

106,09

10,3

106,09

7

45

55

14,7

216,09

-14,7

216,09

8

25

75

-5,3

28,09

5,3

28,09

9

17,5

82,5

-12,8

163,84

12,8

163,84

10

40

60

9,7

94,09

-9,7

94,09

11

16

84

-14,3

204,49

14,3

204,49

12

37,5

62,5

7,2

51,84

-7,2

51,84

364

836

No

Gambar

Σ

985,50


985,50

101

Tabel 2. Hasil Pengukuran Kekerasan No. Speciment 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rerata Kekerasan

Kekerasan Rockwell C (HRC) 62,23 62,34 62,35 62,33 62,34 62,34 62,36 62,35 62,33 62,34 62,36 62,34 62,34

Perhitungan kandungan ferrite: X rata-rata; X =

= 30,33

a. Standar Deviasi (SD) = 9,469

SDx =

b. Standar Deviasi Rata-Rata (SDr) = 2,734

SDr = c. Kesalahan Relatif (Kr) Kr =

d. Ketelitian (K) K = 100% - Kr = 100% - 9,014% = 90,986%

102


e. Hasil Perhitungan (HP) HP = X ± SDr = (30,33 ± 2,734) % HP max = 30,33 + 2,734 = 33,064 % HP min = 30,33 – 2,734 = 27,596 % Jadi kandungan ferrite pada speciment adalah antara 27, 596 % ÷ 33,064 %

Perhitungan kandungan Pearlite: Y rata-rata; Y =

= 69,70


SDy =


SDr = c. Kesalahan Relatif (Kr) Kr = d. Ketelitian (K)

K = 100% - Kr = 100% - 3,922% = 96,078% e. Hasil Perhitungan (HP) HP = X ± SDr = (69,70 ± 2,734) % HP max = 69,70 + 2,734 = 72,434 % HP min = 69,70 – 2,734 = 67,326 % Jadi kandungan pearlite pada speciment adalah antara 67, 326 % ÷ 72,434 %


103

Tabel 3. Hasil Pemotretan dan Prosentase Ferrite dan Pearlite Pada Speciment setelah Perlakuan Panas %x

%y

(x-X)

(x-X)2

(y-Y)

(y-Y)2

1

52

48

2,25

5,06

-2,25

5,06

2

55

45

5,25

27,56

-5,25

27,56

3

37,7

62,3

-12

144,00

-12

144,00

4

68,1

31,9

18,35

336,72

-18,35

336,72

5

20,5

79,5

-29,25

855,56

29,25

855,56

6

24,2

75,8

-25,50

650,25

25,5

650,25

7

82,7

17,3

32,95

1085,70

-32,95

1085,70

8

44,3

55,7

-5,45

29,70

5,45

29,70

9

27,3

72,7

-22,40

501,75

22,4

501,75

10

64,3

35,7

14,55

211,70

-14,55

211,70

11

60

40

10,25

105,06

-10,25

105,06

12

61

39

11,25

126,56

-11,25

126,56

597

603

No

Gambar

Σ

104

4079,65


4079,65

Tabel 4. Hasil Pengukuran Kekerasan No. Speciment 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rerata Kekerasan

Kekerasan Rockwell C (HRC) 65,64 65,64 65,65 65,65 65,65 65,64 65,65 65,63 65,66 65,65 65,63 65,65 65,65

Perhitungan kandungan ferrite: X rata-rata; X =

= 49,75


SDx =



K = 100% - Kr = 100% - 11,176% = 88,824%


105

e. Hasil Perhitungan (HP) HP = X ± SDr = (49,75 ± 5,56) % HP max = 49,75 + 5,56 = 55,31 % HP min = 49,75 – 5,56 = 44,19 % Jadi kandungan ferrite pada speciment adalah antara 44,19 % ÷ 55,31 %

Perhitungan kandungan Pearlite: Y rata-rata; Y =

= 50,25


SDy =



K = 100% - Kr = 100% - 11,064% = 88,94% e. Hasil Perhitungan (HP) HP = X ± SDr = (50,25 ± 5,56) % HP max = 50,25 + 5,56 = 55,81 % HP min = 50,25 – 5,56 = 44,69 % Jadi kandungan pearlite pada speciment adalah antara 44,69 % ÷ 55,81 % Persentase ferrite dan pearlite yang didapat dari data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik linear pada Gambar 5.

106


Gambar 5. Grafik Prosentase Ferrite dan Pearlite KESIMPULAN Proses perlakuan panas akan mempengaruhi struktur mikro logam. Dengan adanya perubahan struktur maka baja akan bertambah keras. Hal ini terlihat bahwa jika kandungan ferrite lebih banyak pada logam maka akan menyebabkan logam bertambah keras, sebaliknya jika kandungan pearlite mendominasi pada logam, maka logam akan menjadi semakin lunak.

DAFTAR PUSTAKA B.H. Amstead, Philip F. Ostwald, Myron L. Begeman, Sriati Djaprie, 1997, Teknologi Mekanik, Jilid I, Edisi Ketujuh, Penerbit Erlangga, Bandung B. Viswanathan, V.R.K. Murthy, 1990, Ferrite Materials, First Edition, Toppan Company(s) Pte Ltd, Singapore George E. Dieter, Sriati Djaprie, 1988, Metalurgi mekanik, Penerbit Erlangga, Jakarta Thomas G. Beckwith, Roy D. Marangoni, John H. Liemhard V, 1995, Mechanical Measurement, Fifth Edition, Adison Wesley Publishing Company. Inc, USA William D. Callister. Jr, 1997, Materials Science and Engineering an Introduction, Fourth Edition, John Wiley & Sons. Inc, Canada Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap … (Rina Dwi Yani, dkk)

107

PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO LOGAM ST 60

Recommend Documents