FIS

ANALISIS SIMULASI FRAKSI BAJA MANGAN (Fe Mn) PADA KONDISI PENDINGINAN UDARA ( AIR COOLING)

TESIS

Oleh :

TRI CHANDRA SURAPATI 057026011/ FIS

SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

Tri Chandra Surapati : Analisis Simulasi Fraksi Baja Mangan (Fe Mn) Pada Kondisi Pendinginan Udara (Air Cooling), 2007. USU e-Repository © 2008

ANALISIS SIMULASI FRAKSI BAJA MANGAN (Fe Mn) PADA KONDISI PENDINGINAN UDARA ( AIR COOLING)

TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh : TRI CHANDRA SURAPATI 057026011 / FIS

SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007


Judul Tesis

: ANALISIS SIMULASI FRAKSI BAJA MANGAN (Fe Mn) PADA KONDISI PENDINGINAN UDARA ( AIR COOLING)

Nama mahasiswa

: TRI CHANDRA SURAPATI

Nomor Pokok

: 057026011

Program studi

: Ilmu Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Ketua

Dra. Justinon M.Si Anggota

Ketua Program Studi,

Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

Ir. Reza Fadhillah, M.I.M Anggota

Direktur,

Prof.Dr.Ir.T.Chairun Nisa B,M.Sc

Tanggal Lulus : 23 Agustus 2007


Telah diuji pada Tanggal

:

23 Agustus 2007

PANITIA PENGUJI TESIS:

Ketua

: Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

Anggota :1. Ir. Reza Fadhillah, M.I.M 2. Dra. Justinon,MS 3. Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS 4. Drs. H. Muhammad Syukur, MS 5. Drs. Nasruddin M.N, M.Eng.Sc.


ABSTRAK

Baik fase bainitik maupun fase pearlitik yang terbentuk dalam baja mangan Hadfield, setelah dilakukan dengan pemanasan tetap pada tempratur 450 °C, 500 °C, 550 °C dan 600 °C dengan waktu tahan 30 menit dan 60 menit dapat diplot melalui program simulasi dengan menggunakan program Image Analyzeir. Ferit accicular yang terbentuk baik yang berada dibatas butir maupun dibatas butir fasa austenit, dimana butir fasa austenit akan semakin tumbuh dan mengendap dibatas butir yang ditandai dengan meningkatnya kekerasan secara simulasi. Fasa–fasa austenit, ferit maupun yang lainnya dapat terdistribusi secara simulasi melalui luas perubahan warna yang ada pada program Image Analyzeir. Kekasaran permukaan dapat juga diprediksi melalui surface simulasi yaitu sekitar 60,2 HRC. Berdasarkan simulasi ini dapat diprediksi bahwa semakin tinggi temperatur heattreatment akan memberikan nilai kekerasan yang tinggi. Kata – kata Kunci : Baja mangan Austenit 3401, Pendinginan udara, Pemetaan strukturmikro


ABSTRACT

Either bainitic phase or pearlitic phase which formed in heattreatment of Hadfield mangan steel in temperature of 450, 500,550 either 600 °C with holding time 30 minute and 60 minute can be plot by simulation program of Image Analyzer. The Ferrite acicular phase which formed both in grain boundary or grain of the austenite phase should be growth to be presipitated in austenite phase, significantly signed by the increasing of the hardness as simulative. The attendance of all phase which should be distributed as simulated can be signed by the area diffrent coloured in Image Analyzeir program. The surface hardness can also predicted by surface simulated around 60,2 HRC. Base to the simulation, it can be assumed that in the higher temperature of heattreatment will increasing the hardness value.

Keywords: Austenitic manganese steel 3401, Air cooling, Microstructural Mapping

ii


KATA PENGANTAR

Pertama dan yang paling utama penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, karunia dan ridho yang diberikan Nya kepada penulis sehingga tesis yang diberi judul “ANALISIS SIMULASI FRAKSI BAJA MANGAN (Fe Mn) PADA KONDISI PENDINGINAN UDARA (AIR COOLING) “ dapat diselesaikan sesuai rencana semula. Tesis ini merupakan tugas akhir penulis pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara (USU). Pada kesempatan yang baik ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : -

Prof. Chairuddin P.Lubis,DTM&H,Sp.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Prof.Dr.Ir.T.Chairun Nisa B, M.Sc selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti Program Studi Magister Ilmu Fisika di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Medan

-

Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara dan Ketua Komisi Pembimbing. Dra Justinon,M.Si dan Ir. Reza Fadhillah, M.I.M selaku anggota pembimbing lapangan, yang dengan penuh kesabaran membimbing penulis selama melakukan penelitian sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

-

Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc. selaku Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

iii


-

Bapak dan Ibu seluruh staf tenaga pengajar Program Studi Magister Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana USU atas kerja sama dan kebersamaannya mengatasi masalah selama perkuliahan bersama penulis

-

Seluruh staf administrasi Sekolah Pascasarjana USU, yang dengan penuh kesabaran memberikan pelayanan terbaik di Sekolah Pascasarjana USU.

-

Rekan – rekan seperjuangan, khususnya adinda S.K.Kurniawan Siregar dan Faridah Nuriana yang telah membantu penulis dan seluruh rekan-rekan mahasiswa angkatan III (05) Sekolah Pascasarjana USU atas kerja sama dan kebersamaan mereka dalam mengatasi berbagai masalah selama perkuliahan bersama penulis.

-

Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih dan sayang yang mendalam kepada orang tua penulis, Alm Papanda Achmad Soekardi dan Ibunda Hj Rosma BA dan kedua mertua Alm H. Abd Manaf Siregar dan Almh Hj Tilomsana br Pane dan Istri Dra Nur Intan Siregar Apth serta ananda Andri Lesmana, Anton Pratama, Astri Febrina dan Agung Darmawan yang senantiasa memberi dorongan dengan penuh kesabaran dan pengorbanan serta selalu mendoakan keberhasilan penulis dalam menyelesaikan studi.

Semoga tesis ini bermanfaat bagi pembaca dan pihak-pihak yang memerlukannya.

Medan ,

Agustus 2007

Penulis,

TRI CHANDRA SURAPATI

iv


RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI Nama

: Drs.Tri Chandra Surapati

Tempat/Tanggal lahir : Pematang Siantar, 26 Desember 1953 Alamat Rumah

: Jln. Pimpinan No.94 Medan 20233

Telepon/Hp

: (061)4568763 / 08126443792

e-mail

: [email protected].

Instansi Tempat Bekerja : PEMPROVSU Alamat Kantor

: Jln. W.Iskandar no.9 Medan

Telepon

: (061) 6623480

DATA PRIBADI SD

: SD Teladan Medan

Tamat : 1966

SMP

: SMP Negeri XII Medan

Tamat : 1969

SMA

: SMA Swasta Yosua Medan

Tamat : 1972

Strata-1

: FMIPA Universitas Sumatera Utara Medan

Tamat : 1984

Strata-2

: PS MIF SPs Universitas Sumatra Utara Medan Tamat : 2007

v


DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK

i

ABSTRACT

ii

KATA PENGANTAR

iii

RIWAYAT HIDUP

v

DAFTAR ISI

vi

DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR GAMBAR

x

BAB.1

PENDAHULUAN

1

1.1

Latar Belakang

1

1.2

Perumusan Masalah

3

1.3

Batasan masalah.

3

1.3.1 Sampel

3

1.3.2 Karakterisasi Sampel

4

1.3.3 Pengujian Fisis

4

1.4 Manfaat Penelitian

4

1.5

Tempat Penelitian

4

1.6 Tujuan Penelitian

5

1.7 Hipotesa

5

vi


BAB.II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baja

7 7

2.1.1. Baja Karbon

7

2.1.2. Baja paduan

9

2.2 Diagram fasa Fe – C

11

2.3

Diagram fasa Fe – Mn

12

2.4

Unsur-unsur paduan (Alloy)

14

2.4.1

14

Unsur karbon (C)

2.4.2 Unsur Belerang (S)

14

2.4.3

Unsur posfor (P )

15

2.4.4

Unsur Mangan ( Mn )

15

2.4.5 Unsur Nikel (Ni)

16

2.4.6

Unsur Silikon (Si)

16

2.4.7

Unsur Kromium (Cr)

17

2.4.8

Unsur Molybdenum (Mo)

17

2.5 Proses Perlakuan Panas

17

2.5.1

Proses Anil

18

2.5.2

Waktu penahanan (Holding Time)

19

2.5.3

Pemanasan Kembali

20

2.5.4 Pendinginan

20

2.5.5

24

Pertumbuhan Butir (Grain Growth)

2.6

Kekerasan (Hardenability)

26

2.7

Mikrostruktur

28

vii


BAB.III 3.1

METODOLOGI PENELITIAN

34

Diagram Alir Penelitian

34

3.2. Bahan – bahan

35

3.3. Alat-alat

35

3.4. Prosedur Penelitian

35

3.4.1

BAB.IV

Preparasi sampel

35

3.4.2 Perlakuan panas

36

3.4.3

Pengujian Mikrostruktur

37

3.4.4

Scanning Electron Microscope (SEM)

38

HASIL DAN PEMBAHASAN

41

4.1

Uji Komposisi

41

4.2

Uji Simulasi Mikrostruktur

42

4.3

Uji Simulasi Permukaan (Surface)

51

4.4

Uji Simulasi Kemiringan (Contour)

66

4.5

Uji Simulasi fraksi Volume

73

KESIMPULAN DAN SARAN

81

Kesimpulan.

81

BAB.V 5.1

5.2 Saran

82

DAFTAR PUSTAKA

83

LAMPIRAN

85

viii


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests

27

Tabel 3.1 Jenis Larutan dengan Komposisi

38

Tabel 4.1 Komposisi baja mangan Fe Mn dalam % wt

41

ix


DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1

Diagram Keseimbangan Besi Karbon (Fe-C)

12

Gambar 2.2

Diagram fasa Fe Mn

13

Gambar 2.3

Diagram Continous Cooling Transformation (CCT) variasi media pendinginan terhadap mikro struktur yang dihasilkan 21

Gambar 2.4

Diagram Time Transformation Temperature (TTT) Pada Baja Mangan Fe Mn 22

Gambar 2.5

Pergerakan pertumbuhan butir

25

Gambar 2.6

Batas butir

25

Gambar 2.7

Perubahan struktur mikro Baja Karbon selama pendinginan lambat 29

Gambar 2.8

Struktur Kristal Martensit

30

Gambar 2.9

Dimensi cell unit dari struktur kristal martensit

30

Gambar 2.10 Perubahan struktur mikro dalam baja karbon rendah akibat perbedaan pendinginan

31

Gambar 2.11 Struktur martensit yang berbentuk plat-plat runcing

31

Gambar 2.12 Struktur mikro metode Jeffries

32

Gambar 3.1

Diagram alir Penelitian

34

Gambar 3.2

Bentuk dan ukuran benda uji

36

Gambar 3.3

Proses heat treatment dan Pendinginan cepat (water quenching)

36

Gambar 3.4

Proses reheat treatment dan Pendinginan lambat (air cooling)37

Gambar 4.2a Mikrostruktur temperatur 450°C dan waktu penahanan 30 menit.

42

Gambar 4.2b Mikrostruktur temperatur 450°C dan waktu penahanan 60 menit

43

x


Gambar 4.2c Mikrostruktur temperatur 500°C dan waktu penahanan 30 menit

44

Gambar 4.2d Mikrostruktur temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit

46

Gambar 4.2e Mikrostruktur temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit

47

Gambar 4.2f Mikrostruktur temperatur 550°C dan waktu penahanan 60 menit

48

Gambar 4.2g Mikrostruktur temperatur 600°C dan waktu penahanan 30 menit

49

Gambar 4.2h Mikrostruktur temperatur 600°C dan waktu penahanan 60 menit

50

Gambar 4.3a Simulasi Surface temperatur 450°C dan waktu penahanan 30 menit

52

Gambar 4.3b Simulasi Surface temperatur 450°C dan waktu penahanan 60 menit

54

Gambar 4.3c Simulasi Surface temperatur 500°C dan waktu penahanan 30 menit

55

Gambar 4.3d Simulasi Surface temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit

57

Gambar 4.3e Simulasi Surface temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit

59

Gambar 4.3f Simulasi Surface temperatur 550°C dan waktu penahanan 60 menit

61

Gambar 4.3g Simulasi Surface temperatur 600°C dan waktu penahanan 30 menit Gambar 4.3h Simulasi Surface temperatur 600°C dan waktu penahanan 60 menit

62 64

Gambar 4.4a Simulasi Countour temperatur 450°C dan waktu penahanan 30 menit 66

xi


Gambar 4.4b Simulasi Countour temperatur 450°C dan waktu penahanan 60 menit 67 Gambar 4.4c Simulasi Countour temperatur 500°C dan waktu penahanan 30 menit 68 Gambar 4.4d Simulasi Countour temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit 69 Gambar 4.4e Simulasi Countour temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit 70 Gambar 4.4f Simulasi Countour temperatur 550°C dan waktu penahanan 60 menit 71 Gambar 4.4g Simulasi Countour temperatur 600°C dan waktu penahanan 30 menit 72 Gambar 4.4h Simulasi Countour temperatur 600°C dan waktu penahanan 60 menit 72 Gambar 4.5a Simulasi Fraksi Volume temperatur 450°C dan waktu penahanan 30 menit

73

Gambar 4.5b Simulasi Fraksi Volume temperatur 450°C dan waktu penahanan 60 menit

74

Gambar 4.5c Simulasi Fraksi Volume temperatur 500°C dan waktu penahanan 30 menit

75

Gambar 4.5d Simulasi Fraksi Volume temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit

76

Gambar 4.5e Simulasi Fraksi Volume temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit

77

Gambar 4.5f Simulasi Fraksi Volume temperatur 550°C dan waktu penahanan 60 menit

78

Gambar 4.5g Simulasi Fraksi Volume temperatur 600°C dan waktu penahanan 30 menit

79

Gambar 4.5h Simulasi Fraksi Volume temperatur 600°C dan waktu penahanan 60 menit

80

xii


BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Baja mangan austenit awal, yang mengandung sekitar 1,2% C dan 12%

Mn ditemukan oleh Sir Robert Hadfield pada tahun 1882. Baja Hadfield memang unik di mana baja ini mengkombinasikan kekerasan dan kekenyalan tinggi dengan kapasitas kerja yang tinggi (pengerasan) dan biasanya, resistansi yang baik terhadap air. Oleh karenanya, baja mangan cepat diterima sebagai bahan teknik yang sangat berguna. Baja mangan austenit hadfield tetap banyak digunakan, dengan sedikit modifikasi dalam komposisi dan pengolahan panas, terutama di bidang pengerasan jalan, pertambangan, pengeboran sumur minyak, pembuatan baja, pembangunan jalan kereta api, pengerekan, industri kayu dan dalam produksi semen dan produk tanah liat. Baja mangan austenit digunakan dalam peralatan untuk penanganan dan pengolahan bahan dari tanah (seperti mesin penggiling batu, kilang penggerinda, ember keruk, ember dan gigi sekop, dan pompa untuk penanganan kerikil dan batu). Aplikasi lain meliputi palu pemecah dan panggangan untuk daur ulang mobil dan aplikasi militer seperti alas track tank. Banyak variasi baja mangan austenit asli dipakai, yang tidak jarang dengan hak paten yang tidak dieksploitasi, tetapi hanya sedikit yang diadopsi sebagai peningkatan yang berarti. Ini biasanya melibatkan variasi karbon dan mangan, dengan atau tanpa paduan (alloy) tambahan seperti chromium, nikel, molybdenum, vanadium, titanium dan bismuth.


2

Rancangan baja tempaan yang tersedia lebih sedikit

dan biasanya

mendekati komposisi B-3 ASTM. Sebagian baja tempaan mengandung sekitar 0,8% C dan 3% Ni atau 1% Mo. Dan biasanya dibutuhkan panas yang besar untuk produksi baja tempaan, sementara baja tuang dan modifikasinya lebih mudah diperoleh dalam partai kecil. Penuangan baja mangan dapat menghasilkan banyak bentuk modifikasi pada daftar produksinya. Bentuk modifikasi biasanya diproduksi untuk memenuhi persyaratan aplikasi, ukuran penampang, ukuran penuangan, biaya dan pertimbangan kemudahan pematerian. Sifat-sifat mekanik baja mangan austenit bervariasi sesuai dengan kandungan karbon dan mangan. Apabila karbon meningkat akan semakin sulit menahan semua karbon dalam larutan padat, dan dapat menyebabkan penurunan kekerasan dan kekenyalan. Namun demikian, karena resistansi abrasi cenderung meningkat sesuai dengan kandungan karbon, kandungan karbon yang lebih tinggi daripada 1,2% mungkin lebih disukai sekalipun kekenyalan berkurang. Kandungan karbon di atas 1,4% jarang digunakan karena kesulitan memperoleh struktur austenit yang cukup bebas serat, batas karbida yang merugikan kekerasan dan kekenyalan. Guna meningkatkan kemampukerasan, meningkatkan sifat mekanik pada temperatur tinggi dan rendah, meningkatkan ketangguhan pada nilai kekerasan atau ketangguhan minimum serta meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan korosi dibutuhkan adanya perlakuan variasi temperatur dan waktu, sehingga terjadi perobahan . Dalam perobahan fasa terjadi, pembentukan embryo, nuklei, difusi dan butir bermigrasi dari satu kisi ke kisi menuju batas butir dengan proses


3

pemanasan. Seiring dengan hal ini maka perubahan mikrostruktur baja mangan dapat terjadi dan akibat proses dari daerah suhu austenit sampai ke suhu kamar dengan pendinginan udara, maka dengan sendirinya sifat fisis dan sifat mekanik juga berubah. Proses transformasi akan menghasilkan fasa baru dengan selang waktu tertentu, disebabkan terjadinya proses pengintian (nukliasi) butir-butir baru yang tumbuh disepanjang daerah slip yang terdeformasi dan pada umumnya terjadi di batas butir. Secara teoritik, bila temperatur meningkat, maka sejumlah butir-butir dari suatu material akan berimigrasi akibat kenaikan temperatur.

1.2

Perumusan masalah Pembahasan pada material Fe Mn adalah dipengaruhi temperatur,

komposisi material, perlakuan panas, waktu penahanan dan laju pendinginan sampai fasa austenit. Untuk memperoleh suatu fasa harus mengacu pada diagram fasa Fe Mn, dengan cara baja mangan (Fe Mn) dipanaskan mencapai fasa austenit, kemudian didinginkan secara lambat (air cooling) dan akan membentuk struktur fasa stabilnya, yaitu fasa ferit dan fasa austenit.

1.3

Batasan masalah Batasan-batasan dalam penelitian ini adalah :

1.3.1 Sampel Sampel yang digunakan adalah baja mangan Hadfield Fe - Mn pabrikasi. Dengan perbandingan komposisi % berat paduan mangan dan karbon 10 : 1. Baja mangan tersebut termasuk kedalam golongan baja paduan.


4

1.3.2 Karakterisasi Sampel Karakterisasi sampel yang dilakukan adalah pengujian mikro struktur. Pengujian mikroskopik dari suatu material dilakukan setelah sampel di heat treatment, quenching, re-heattreatment, heat treatment kemudian material dihaluskan permukaannya dengan mesin polishing dan di etsa dengan bantuan larutan kimia, yang dapat memberikan gambaran mikro struktur dan dapat menentukan ukuran butir (grain size), di foto dengan foto elektron, mikro struktur dianalisa diameter butirnya. Fasa terbentuk dan paduan (alloy) yang disebabkan migrasi persifitat kebatas butir.

1.3.3 Pengujian Fisis Proses pemanasan yang diberikan adalah anelisasi pada temperatur 1050°C lalu didinginkan secara tiba-tiba (quenching) pada media air, kemudian di re-heat treatment kembali pada temperatur 450°C sampai 600°C, dengan kenaikan temperatur 50°C dan waktu penahanan 30 menit dan 60 menit.

1.4

Manfaat Penelitian 1. Pengaruh anelisasi yang mengakibatkan perubahan diameter butir dan sifat fisisnya. 2. Meningkatkan kualitas produksi baja mangan serta pemakaian pada transfortasi umum dan generator dalam keperluan sehari-hari.


5

1.5

Tempat Penelitian. Proses Preparasi sampel di FMIPA USU Medan, Proses perlakuan panas

(heat treatment) dan pengujian struktur mikro dilakukan di Universitas Kebangsaan Malaysia (UKM).

1.6

Tujuan Penelitian Dari hasil yang dilakukan diharapkan dapat memahami mikro struktur

baja mangan yang diberi perlakuan panas pada temperatur 1050°C sampai dengan fasa austenit, lalu didinginkan cepat (water quenching) pada media air, kemudian di re-heat treatment pada temperatur 450°C sampai 600°C, dengan kenaikan temperatur 50°C dan waktu penahanan 30 menit dan 60 menit diiringi dengan pendinginan udara (air cooling), sampai mencapai temperatur kamar. Penelitian ini dapat diharapkan membuat penyusunan peta mikro struktur dari baja mangan yang telah diberi perlakuan sebagai dasar

acuan dalam dunia industri dan

memperkaya khasanah studi fisika metalurgi bagi para rekayasawan yang berminat dalam bidang material di Indonesia.

1.7

Hipotesis Mempresentasikan perkembangan mikrostruktural baja mangan austenit

– AISI 3401 disebabkan perlakuan panas yang berbeda-beda diikuti dengan proses pendinginan cepat. Bahan Fe Mn Hadfield dipanaskan hingga 1050°C yang diikuti dengan proses pendinginan cepat yang menyebabkan larutan padat karbida mengendap pada butir fasa austenit murni. Dengan fasa austenit ini, akan terjadi


6

dispersi parsial austenit. Waktu dan temperatur pemanasan akan mempengaruhi luas dispersi pada fasa austenit. Temperatur dispersitas ditetapkan antara 450°C sampai 600°C dengan tahapan peningkatan 50°C. Kajian mikrostruktur sampel menunjukkan bahwa pengendapan pada batas butir fasa austenit dimulai dengan pengendapan besi dan mangan karbida, kemudian secara progresif diikuti oleh kemunculan unsur baru yang kemudian paduan (alloy) menuju interior batas-batas butirnya. Pendinginan cepat biasanya menyebabkan karbida yang mengendap pada batas-batas butir terdispersi kembali pada butir-butir. Pembentukan fasa baru ini meningkat seiring dengan adanya peningkatan temperatur.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA.

2.1 Baja Baja merupakan campuran besi dan karbon, dimana unsur karbon (C) menjadi dasar campurannya. Disamping itu, baja mengandung unsur campuran lain yang disebut paduan, misalnya Sulfur (S), Posfor(P), Silikon (Si) dan Mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi berdasarkan kegunaanya atau kepentingan fabrikasi, dan disesuaikan berdasarkan standard American Society for Testing and Material (ASTM). (Amanto, 1999). “Secara garis besar baja dapat dikelompokkan sebagai berikut “ (Amstead, 1993, hal : 51) 2.1.1

Baja Karbon Baja karbon terdiri dari besi dan karbon, ditambah dengan unsur-

unsur lainnya. Baja karbon ini digolongkan menjadi 3 bagian yaitu: 1. Baja karbon rendah (<0.30% wt C) 2. Baja karbon menengah (0.30 < C<0.7% wt) 3. Baja karbon tinggi (0.70

8

b. Baja karbon rendah mengandung 0,05% wt C digunakan untuk keperluan badan kendaraan. c. Baja karbon rendah mengandung 0,15% - 0,25% wt C digunakan untuk konstruksi dan jembatan. 2) Baja Karbon menengah Baja karbon menengah ini mengandung 0,03% - 0,6% wt C dibagi menjadi empat bagian menurut kegunaannya yaitu; a. Baja karbon 0,35%-0,45% wt C digunakan untuk roda gigi dan poros. b. Baja karbon 0,4% wt C digunakan untuk keperluan industri kendaraan, mur, poros, engkol, dan batang torak. c. Baja karbon 0,5% - 0,6% wt C digunakan untuk roda gigi. d. Baja karbon 0,55% - 0,6% wt C digunakan untuk pegas. Baja karbon menengah ini memiliki ciri-ciri: a) memiliki sifat mekanik lebih baik dari pada baja karbon rendah b) Lebih kuat dan keras dari pada baja karbon rendah c) Tidak mudah dibentuk oleh mesin d) Dapat dikeraskan dengan baik (quenching) 3)

Baja Karbon Tinggi Baja karbon tinggi mengandung karbon antara 0,6%-1,7% wt C berdasarkan kegunaannya dibagi menjadi:


9

a. Baja karbon 0,6% - 0,7% wt C dipergunakan untuk pembuatan pegas, perkakas (landasan mesin, martil) dan alat-alat potong. b. Baja karbon 0,75% -1,7%C digunakan untuk pembuatan pisau cukur mata gergaji, bantalan peluru dan bantalan mesin. Baja karbon tinggi ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut: a) Sangat kuat dan keras serta tahan gesekan b) Sulit dibentuk oleh mesin c) Mengandung unsur

sulfur dan fosfor mengakibatkan

kurangnya sifat liat (ductile). d) Dapat dilakukan proses heat treatment yang baik. Pengklasifikasian baja karbon menurut standar American International and Stell Iron (AISI) dan Society for Automotive Enginers (SAE) diberi kode dengan empat angka. Dua angka pertama adalah 10 yang menunjukkan nominal 1/100 % sebagai contoh AISI-SAE 1045 menunjukkan kadar karbon 0,45 %. 2.1.2

Baja Paduan Baja paduan diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi 1. Baja paduan rendah (low-alloy steel), jika elemen paduannya ≤ 2.5% wt misalnya unsur Cr, Mn, S,Si, P, dan lain-lain.


10

2. Baja paduan menengah (medium-alloy steel), jika elemen paduannya 2.5-10% wt misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si,P dan lain-lain. 3. Baja paduan tinggi (high-alloy steel), jika elemen paduannya > 10% wt misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si,P, dan lain-lain. Baja paduan dihasilkan dengan biaya lebih mahal dari baja karbon lainnya, karena bertambahnya biaya untuk penambahan pengerjaan khusus yang dilakukan dalam industri atau pabrik. Baja paduan dapat didefenisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, kromium, molibden, vanadium, mangan dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti sifat kuat, kekerasan, dan keliatannya (Amanto, 1999). Paduan dari beberapa unsur yang berbeda memberikan sifat khas dari baja. Misalnya baja yang dipadu dengan unsur Ni dan Cr akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan kenyal. Ni dan Cr bersifat katodik terhadap baja dan bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi permukaan baja sehingga baja tahan terhadap karat atau korosi. Bila baja ditambah dengan paduan Cr dan Mo maka menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan kenyal yang lebih baik serta tahan terhadap panas (Amanto, 1999). Pada umumnya baja paduan memiliki sifat yang unggul dibandingkan dengan baja karbon biasa, diantaranya (Amstead, 1993) : 1. Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik.


11

2. Kemampukerasan sewaktu dicelup dalam minyak maupun didinginkan di udara, dan dengan demikian kemungkinan retak atau distorsinya berkurang. 3. Tahan terhadap korosi dan keausan yang tergantung pada jenis paduannya. 4. Tahan terhadap perubahan suhu, ini berarti bahwa sifat fisisnya tidak banyak berubah. 5. Memiliki butiran yang halus dan homogen. Baja paduan dengan sifat khusus dikelompokkan menjadi 2 bagian : baja tahan karat (Stainless Stell), baja paduan rendah berkekuatan tinggi (High Strenght-Low Alloy Steel), dan baja perkakas (Tool Steel).

2.2

Diagram Fasa Fe - C. Diagram keseimbangan besi karbon merupakan salah satu cara yang

digunakan untuk mengetahui sifat baja, besi karbon terbagi atas dua bagian yaitu baja (steel) dan Besi (Iron). Pembagian ini didasarkan atas kandungan karbon yang dimiliki yaitu baja mengandung kurang dari 2 % wt C, dapat dibagi dua bagian yaitu baja yang mengandung kurang dari 0,83 % wt C disebut dengan hypoeutectoid dan baja yang mengandung lebih dari 0,83 % wt C sampai dengan 2 % wt C disebut dengan hypereutectoid . Pemanasan pada temperatur 7230C dengan komposisi 0.68 % wt disebut dengan titik eutectoid. Apabila dilakukan pemanasan sebelum mencapai titik eutectoid, pada titik hypoeutectoid memiliki fasa terbentuk pearlit dan ferit.


12

Sedangkan dibawah hypereutectoid mempunyai fasa pearlit dan sementit. Pemanasan melewati garis eutectoid, terjadi perubahan fasa pearlit menjadi fasa austenit.

Gambar 2.1Diagram Keseimbangan Besi Karbon (Fe-C)(Shackelford1996) 2. 3 Diagram Fasa Fe - Mn Pada tahun 1882, Robert Hadfield menemukan Baja manggan austenit yang mengandung 1.2% berat C dan 12% berat Mn. Menurut V.Lipin (1885) baja mangan austenit harus mengandung kadar Mangan 10 persen dibandingkan dengan kadar karbon 1 persen.


13

Gambar 2.2. Diagram fasa Fe Mn (Edgar 1939) Pada Gambar (2.2) Diagram fasa Fe Mn, andaikan fasa baja mangan (Fe Mn) 8 % wt Mn di heat treatment sampai 1050 0C. Fasa yang terjadi fasa austenit dengan struktur kristal Face Center Cubic (FCC) dan kemudian diturunkan temperaturnya menjadi 769 0C sampai titik kritis sebagian fasa γFe dan sebagian menjadi fasa αFe, kondisi fasa austenit lebih dominan, dan juga merupakan fasa magnetik dengan kandungan mangan yang lebih kecil 10 % wt Mn, jika temperatur turun menjadi 600 0C fasa γ lebih banyak dari fasa α dan jika temperatur menjadi 400 0C maka fasa α akan jauh lebih dominan dengan struktur kristal Body Centre Cubic (BCC).


14

2.4 Unsur-unsur Paduan (Alloy) Unsur paduan yang terkandung didalam besi antara lain (Amanto, 1999) : 2.4.1 Unsur Karbon (C) Karbon merupakan salah satu unsur terpenting yang dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1-1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi persentasinya sesuai dengan kegunaan baja. Unsur paduan yang bercampur di dalam lapisan baja adalah untuk membuat baja bereaksi terhadap pengerjaan panas dan menghasilkan sifat-sifat yang khusus. Karbon dalam besi dapat berupa jenis larutan padat intertisi, dengan atom yang kecil dikelilingi oleh atom-atom yang lebih besar. Pada temperatur di bawah 9120C, besi murni mempunyai struktur BCC. Diatas temperatur 9120C terdapat daerah temperatur tertentu dimana besi mempunyai struktur FCC. Pada kisi FCC terdapat ruang sisipan atau “porositas” yang lebih besar pada pusat sel satuan. Karbon sebagai atom yang sangat kecil (jari-jari austenit karbon sebesar 0.0075 nm) dapat menduduki porositas tersebut dan membentuk besi karbon yaitu Fe C, dengan jari-jari besi austenit adalah 0,129 nm.

2.4.2 Unsur Belerang (S) Kandungan

belerang

harus

dibuat

sedikit

mungkin

karena

mempengaruhi kualitas baja. Dalam jumlah yang banyak belerang dapat membuat baja menjadi rapuh dalam keadaan panas. Dengan adanya unsur mangan dalam baja paduan, belerang cenderung untuk membentuk sulfida-sulfida besi (FeS). Karat atau korosi merupakan masalah yang serius dalam bahan logam. Korosi


15

dengan mudah terjadi pada udara bebas yang mengandung garam atau jika udara mengandung sulfur dioksida. Maka asam sulfur akan menyerang besi dan menghasilkan asam besi belerang sehingga membentuk suatu ikatan FeSO4.

2.4.3 Unsur Posfor (P) Posfor dalam besi berbentuk stedit (kristal eutektik dan fosfida besi). Fosfor mencegah terjadinya pengendapan grafit. Posfor dapat menjadikan baja rapuh dalam keadaan dingin. Unsur Posfor (P) cenderung bersifat sebagai pengikat kotoran.

2.4.4 Unsur Mangan (Mn) Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses pembuatan baja. Kandungan mangan lebih kurang 0.6% masih belum dapat sebagai paduan dan tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh yang besar pada strutkur baja dalam jumlah rendah. Dengan bertambahnya kandungan mangan maka temperatur kritis menurun secara seimbang. Mangan membuat butiran lebih halus. Penambahan unsur mangan dalam baja dapat menaikkan kuat tarik tanpa mengurangi atau sedikit mengurangi regang, sehingga baja dengan penambahan mangan memiliki sifat kuat dan kenyal.


16

2.4.5 Unsur Nikel (Ni) Nikel mempunyai pengaruh yang sama seperti mangan, yaitu menurunkan temperatur kritis dan kecepatan pendinginan kritis, memperbaiki kekuatan tarik atau menaikkan sifat kenyal, tahan panas, jika pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25% maka baja dapat tahan terhadap korosi. Unsur yang mempunyai bentuk kisi FCC larut dengan baik dalam austenit dan unsur yang mempunyai bentuk kisi BCC larut dengan baik dalam ferit. Nikel adalah salah satu unsur yang mempunyai bentuk kisi FCC, yang larut lebih baik dalam austenit dari pada dalam ferit, sehingga mempengaruhi penurunan kecepatan transformasi dan meningkatkan mampu kerasnya. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat (korosi) disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi permukaan baja.

2.4.6 Unsur Silikon (S) Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan jumlah kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh untuk menaikkan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis. Unsur silikon menyebabkan sementit tidak stabil, sehingga memisahkan dan membentuk grafit. Unsur silikon juga merupakan pembentuk ferit, tetapi bukan pembentuk karbida, silikon juga cenderung membentuk partikel oksida sehingga memperbanyak pengintian kristal dan mengurangi pertumbuhan akibatnya struktur butir semakin halus.


17

2.4.7 Unsur Kromium (Cr) Sifat unsur kromuim (Cr) dapat menurunkan kecepatan pendinginan kritis (Cr sejumlah 1,5% cukup meningkatkan kekerasan dalam minyak). Penambahan kromium pada baja menghasilkan struktur yang lebih halus dan membuat sifat baja dapat dikeraskan (hardenability) lebih baik karena kromium dan karbon dapat membentuk karbida. Kromium dapat menambah kekuatan tarik dan keplastisan serta berguna juga dalam membentuk lapisan pasif untuk melindungi baja dari korosi serta tahan terhadap temperatur tinggi. Kromium mempunyai bentuk kisi BCC yang lebih baik larut dalam ferit.

2.4.8 Unsur Molybdenum (Mo) Unsur molibden sebagai penstabil lapisan pasif dalam lingkungan yang mengandung banyak ion klorida (CI), seperti lingkungan air laut. Mo digunakan untuk mendapatkan sifat tahan panas, meningkatkan keuletan (ductility) baja dan menurunkan kerapuhan. Dengan penambahan unsur molibden maka baja akan semakin keras. Bila molibden dipadu dengan nikel maka diperoleh paduan yang tahan korosi asam keras. Paduan ini banyak dipakai pada mesin-mesin jet, elektroda tabung sinar –x, elemen pemanas, dan lain-lain.

2.5

Proses Perlakuan Panas Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan pada

logam padat untuk memperoleh sifat-sifat tertentu dari logam dalam batas-batas tertentu. Baja dapat diberikan perlakuan panas untuk meningkatkan atau


18

mengurangi kekerasan dan kekuatan tarik dari baja. Untuk meningkatkan kekerasan dari baja dilakukan proses pengerasan (hardening) dan untuk meningkatkan elastisitas dari baja dilakukan proses tempering. Perlakuan panas merupakan kombinasi proses pemberian panas pada logam atau paduan pada keadaan padat sampai temperatur dan waktu penahanan (holding time) tertentu, kemudian dilanjutkan dengan proses pendinginan yang sesuai, sehingga diperoleh sifat fisis dan sifat mekanis dari baja. Perlakuaan panas baja yang tepat memiliki peranan penting pada proses pengecoran baja, pembentukan / penempaan baja ataupun pengerolan baja sebelum digunakan pada aplikasi sesungguhnya pada peralatan. Baja yang telah diberi perlakuan panas akan menghasilkan manfaat sebagai berikut :

1. Kekerasan dan kekuatan baja bertambah 2. Sifat fisis dan sifat mekanis yang teratur seperti keuletan, ketahanan korosi 3. Memunculkan sifat magnetik dan listrik pada baja 4. Perbaikan ukuran butir di dalam baja 2.5.1 Proses Anil Anilisasi merupakan proses perlakuan panas yang bertujuan untuk mendapatkan butir yang seragam. Berdasarkan Gambar 2.3 proses anil dilakukan pada temperatur austenit 1000oC – 1400oC, selanjutnya didinginkan dengan cara dicelupkan kedalam air (water quenching) sampai temperatur kamar.


19

2.5.2 Waktu Penahanan (Holding Time) Pedoman untuk menentukan waktu penahanan dari berbagai jenis baja (Iqbal,2007) : a. Baja konstruksi dari baja karbon dan baja paduan rendah mengandung karbida mudah larut, diperlukan waktu penahanan yang singkat, 5 - 15 menit setelah mencapai temperatur pemanasannya dianggap sudah memadai. b. Baja kontruksi dari baja paduan menengah dianjurkan menggunakan waktu penahanan 15 - 25 menit, tidak tergantung ukuran benda kerja. c. Baja perkakas paduan rendah (Low Alloy Tool Steel) memerlukan waktu penahanan yang tepat, agar kekerasan yang diinginkan dapat tercapai. Dianjurkan menggunakan 0.5 menit per milimeter tebal benda, atau 10 sampai 30 menit. d. Baja paduan tinggi krom (High Alloy Chrome Steel), membutuhkan waktu penahanan yang paling panjang diantara semua baja perkakas, tergantung pada temperatur pemanasannya. Juga diperlukan kombinasi temperatur dan waktu penahanan yang tepat, dianjurkan menggunakan 0.5 menit permilimeter tebal benda dengan minimum 10 menit, maksimum 1 jam. e. Baja perkakas pengerjaan panas (Hot–Work Tool Steel). Mengandung karbida yang sulit larut, larut pada 10.000oC. Pada temperatur ini kemungkinan terjadinya pertumbuhan butir sangat besar, karena itu waktu penahanan harus dibatasi 15-30 menit.


20

2.5.3 Pemanasan kembali (Re-heat treatment) Pemanasan kembali atau re-heattreatment adalah proses pemberian panas kembali pada baja yang telah dianelisasi dengan temperatur yang lebih rendah dari temperatur anelisasi. Bertujuan untuk menghasilkan fasa baru yang mempengaruhi mikro struktur dari baja. Selama proses re-heattreatment berlangsung dengan waktu tahan yang diberikan bervariasi akan menghasilkan mikro struktur yang bervariasi seiring dengan terbentuknya fasa baru.

2.5.4 Pendinginan Untuk proses pengerasan (hardening) kita melakukan pendinginan secara cepat. Pada umumnya pendinginan dengan menggunakan media air bertujuan untuk mendapatkan struktur martensite. Semakin banyak unsur karbon, maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak. Karena martensite terbentuk dari fasa austenite yang didinginkan dengan cepat. Hal ini disebabkan karena atom karbon tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk struktur tetragonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga kekerasannya meningkat. Pada umumnya mikro struktur baja tergantung dari kecepatan pendinginannya dari temperatur daerah austenit sampai ke temperatur kamar. Karena perubahan struktur ini, maka

dengan

sendirinya sifat-sifat mekanik yang dimiliki juga berubah. Proses pendinginan dilakukan setelah perlakuan panas diberikan pada logam atau paduan baja. Pendinginan cepat dan pendinginan lambat dengan berbagai media pendinginan yang digunakan antara lain :


21

1.

Pencelupan (quenching) dengan media ; air, minyak, dan es

2.

Pendinginan di udara atau dikenal dengan air cooling

3.

Pendinginan di dalam tungku atau dapur dikenal dengan furnace cooling Pendinginan cepat bertujuan agar terbentuk mikro struktur yang berubah

dari keadaan panas yang tinggi, sehingga dihasilkan baja dengan kekerasan yang mudah getas, sedangkan pendingian lambat bertujuan agar didapat mikro struktur yang lebih stabil dikarenakan perubahan bentuk butir terjadi secara perlahan, sehingga menghasilkan baja yang lunak dan ulet. Hubungan antar kecepatan pendinginan dan mikro struktur yang terbentuk biasanya di Gambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu, temperatur dan transformasi (Continous Cooling Transformation atau CCT). Gambar 2.3. merupakan diagram CTT dari baja AISI 4340.

Gambar. 2.3 Diagram Continous Cooling Transformation (CCT) variasi media pendinginan terhadap mikro struktur yang dihasilkan (Shackelford 1996 )


22

Dari Gambar 2.3 menunjukkan bila kecepatan pendinginan menurun berarti waktu pendinginan dari temperatur austenit juga menurun, sehingga mikro struktur yang terbentuk adalah dari gabungan ferit-pearlit ke ferit-pearlit-bainitmartensit, kemudian ke bainit-martensit dan akhirnya pada kecepatan yang tinggi sekali mikrostruktur akhirnya martensit. Pembentukan martensit, terjadi dekomposisi austenit dalam ferit + karbida (α + C). Hal ini berarti bahwa ada waktu untuk karbon untuk berdifusi dan berkonsentrasi dalam fasa karbida sehingga ferit kekurangan karbon. Bila austenit didinginkan dengan sangat cepat . Cara lain membentuk (α + C) juga menyangkut pembentukan fasa transisi martensit (M). Fasa polimorf baja tidak stabil karena bila ada kesempatan martensit akan berubah menjadi (α + C). Oleh karena itu tidak terdapat martensit. Meskipun begitu martensit adalah suatu fasa yang sangat penting.

Gambar 2.4 Diagram Time Transformation Temperature (TTT) Pada Baja Mangan FeMn ( Shackelford, 1996)


23

Martensit terjadi pada temperatur dibawah temperatur eutektoid (namun masih diatas temperatur ruang) karena struktur austenit tidak stabil sehingga berubah menjadi struktur pemusatan ruang secara serentak. Pada reaksi ini tidak terjadi difusi akan tetapi suatu pergeseran. Semua atom bergeser serentak tanpa ada atom yang bergerak melebihi fraksi manometer. Karena berlangsung tanpa difusi, perubahan ini sangat cepat. Semua karbon yang tertinggal tetap dalam larutan padat. Struktur pemusatan ruang yang terjadi berbentuk tetragonal dan berbeda sekali dengan ferit. Karena

martensit

mempunyai

struktur

bukan

publik,

karbon

terperangkap dalam kisi dan slip sulit terjadi, oleh karena itu martensit keras, kuat dan rapuh. Kekerasan yang meningkat ini sangat penting karena dapat diciptakan baja yang keras yang tahan gesekan dan deformasi. Martensit sebagai fasa yang meta stabil yang mengandung karbon sebagai larutan padat dalam struktur pemusatan ruang tidak merubah diagram fasa besi-karbida. Pada temperatur dibawah temperatur eutekhoid dalam waktu cukup lama, larutan karbon yang lewat jenuh ini terus berubah menjadi bentuk ferit dan karbida yang lebih stabil. Proses ini dikenal dengan nama temper (tempering) M (martensit)

→ α

+ karbida

(martensit temper)

Mikro struktur (α + C) yang terjadi tidak berbentuk lamel seperti pearlit, yang telah kita lihat. Struktur ini mengandung banyak sekali partikel karbida tersebar, karena dalam baja martensitik terdapat banyak sekali letak pengintian


24

(nukliasi). Martensit temper ini lebih tangguh dari pada martensit metastabil sehingga merupakan bahan yang banyak digunakan meskipun agak lunak.

2.5.5 Pertumbuhan Butir ( Grain Growth ) Pertumbuhan butir merupakan gejala anil yang berlangsung dengan baik, batas butir menjadi lurus, butir yang kecil menyusut dan yang lebih besar tumbuh. Pertumbuhan butir adalah faktor terpenting yang mengendalikan proses pada tegangan batas butir. Besar butir rata-rata dalam baja mangan lama kelamaan akan bertambah besar bila temperatur menghasilkan pergerakan atom yang cukup berarti. Gaya pendorong untuk pertumbuhan kristal ialah energi yang dilepaskan sewaktu atom bergerak melintasi batas butir dari arah butir dengan permukaan cembung kepermukaan butir cekung. Atom rata-rata terkoordinir dengan sejumlah atom tetangga yang lebih banyak pada jarak atom antar keseimbangan, hasilnya batas butir akan bergerak ke pusat garis lengkung. Laju pertumbuhan tergantung sekali pada temperatur. Kenaikan temperatur berakibat meningkatnya energi getaran termal dan butiran yang kecil menuju butiran besar lebih cepat. Penurunan temperatur akan menghambat pergerakan batas butir, dapat dilihat dari Gambar .2.5 Bentuk butir dalam bahan yang padat biasanya diatur oleh adanya butiran-butiran lain disekitarnya. Dalam setiap butir, semua sel satuan teratur dalam satu arah dan satu pola tertentu.


25

Gambar 2.5 Pergerakan pertumbuhan butir (Van Vlack,1985) Pada batas butir, antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dengan pola dalam kedua butiran tadi sebagaimana yang terlihat pada Gambar 2.6

Gambar. 2.6 Batas butir (Van Vlack,1985)

Ketidakseragaman

orientasi

antara

butiran

yang

berdekatan

menghasilkan tumbukan atom yang sepanjang batas butir (Gambar.2.6) memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat didalam butir. Karena batas butir berpengaruh atas bahan dalam berbagai hal, diketahui besar daerah batas butir persatuan volume adalah Sv. Besarnya dapat dihitung dengan mudah


26

dengan menarik suatu garis melingkar

pada Gambar mikro struktur. Bahan

dengan butiran yang lebih halus lebih kuat dari pada baja dengan butiran yang kasar.

2.6. Kekerasan (Hardenability) Kekerasan suatu logam didefenisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi, memberikan indikasi sifat-sifat deformasinya. Kekerasan merupakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya. Faktor – faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain ; komposisi kimia, langkah perlakuan panas, cairan pendinginan, temperatur pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di Industri logam. Alat – alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tekanan dan gesekan dari logam lain misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak. Kekerasan diperhitungkan berdasarkan perbedaan kedalaman penetrasi. Dengan cara Rocwell dapat digunakan beberapa skala, tergantung pada kombinasi jenis indentor dan besar beban utama yang digunakan. Macam skala dan jenis indentor serta besar beban utama dapat dilihat pada Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests.


27

Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests (Wahid Suherman,1987)

Test

Load Kilograms

Indentor

A

60

Brale

B

100

1/16” Ball

C

150

Brale

D

100

Brale

F

60

1/16 ” Ball

G

150

1/16” Ball

Dari Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests diperoleh untuk logam biasanya digunakan skala B atau skala C, dan angka kekerasannya dinyatakan denga RB dan RC. Untuk skala B harus digunakan indentor berupa bola baja berdiameter 1 ” dan beban utama 100 kg. Kekerasan yang dapat 16 diukur dengan Rockwell B ini sampai RB 100, bila pada suatu pengukuran diperoleh angka diatas 100 maka pengukuran harus diulangi dengan menggunakan skala lain. Kekerasan yang diukur dengan skala B relatif tidak begitu tinggi, untuk mengukur kekerasan logam yang keras digunakan Rockwell C (sampai angka kekerasan RC). Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kekerasan logam, seperti : Jenis Logam, Unsur Paduan, Besar Butiran, Perlakuan Panas, Temperatur , Pembentukan.


28

Langkah-langkah proses pengerasan (hardening) adalah sebagai berikut (Iqbal,2007) : a. Melakukan pemanasan (heating) diatas temperatur kritis (diatas temperatur 7230C) dengan tujuan untuk mendapatkan struktur austenit, yang salah satu sifat austenit adalah tidak stabil pada temperatur di bawah temperatur kritis, sehingga dapat ditentukan struktur yang diinginkan. b. Waktu Penahanan (holding time) dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austenit dan difusi karbon dan unsur paduannya.

2.7

Mikrostruktur Pemilihan bahan baku baja ditentukan oleh faktor komposisi paduan.

Faktor komposisi paduan dapat menunjukan sifat fisis dan sifat mekanis dan mikro struktur. Mikrostruktur dapat menginterprestasikan kekerasan dari bahan tersebut. Analisa mikrostruktur adalah salah satu bagian dari metalurgi fisis yang dapat menganalisa mikrostruktur dari baja akibat perlakuan panas dan perlakuan mekanis yang menghasilkan bentuk butir yang nantinya dapat memperbaiki sifat fisis dan sifat mekanis dari baja. andaikan suatu bahan dipanaskan sampai temperatur 800 – 1200 0C, dengan komposisi 0,68 % wt C sampai fasa austenit (Gambar 2.1 Diagram Keseimbangan Besi Karbon Fe-C). Kemudian didinginkan sampai 600 0C fasa yang terbentuk adalah fasa pearlit ( alpha +


29

sementit) tetapi bila didinginkan sampai batas kritis 738

0

C fasa gamma

sebahagian akan terdistorsi menjadi fasa alpha, dan bila dilanjutkan pendinginan dibawah sedikit batas kritis ferit akan bergabung didalam pearlit dan austenit akan bertranformasi menjadi karbida (sementit) andaikan didinginkan secara cepat fasa austenit akan bertransfomasi menjadi sementit (Gambar 2.7).

Gambar 2.7 Perubahan Mikrostruktur Baja Karbon Selama Pendinginan Lambat (Adnyana,1994) Tranformasi sementit tidak terjadi dan produk transformasinya akan berubah menjadi fasa bainit dan martensit. Fasa bainit terbentuk akibat pendinginan


30

dengan cepat mencapai temperatur 200 0C sampai 400 0C terlihat pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.

Gambar 2.8 Struktur Kristal Martensit (Adnyana,1994)

Gambar 2.9 Dimensi cell unit dari struktur kristal martensit (Adnyana,1994)


31

Dari Gambar 2.10 Mikrostruktur campuran ferit dan pearlit dengan temperatur tinggi akan menghasilkan bainit kasar dan bainit halus

sekitar

martensit

sempurna (Mikrostruktur) berbentuk plat-plat yang runcing (Gambar 2.11).

Gambar 2.10 Perubahan Mikrostruktur dalam baja karbon rendah akibat perbedaan pendinginan (Adnyana,1994)

Gambar 2.11 Struktur martensit yang berbentuk plat-plat runcing (Adnyana,1994)


32

Fasa martensit, bila austenit didinginkan dengan cepat dibawah temperatur pembentukkan bainit, dimana martensit terbentuk karena transformasi tanpa difusi sehingga atom C seluruhnya terperangkap dalam larutan jenuh dan menghasilkan kekerasan yang sangat tinggi dan menimbulkan distorsi pada struktur kristal FCC menjadi BCC dan tingkat distorsi tergantung pada keadaan paduan (Gambar 2.7 dan Gambar 2.8).

Gambar 2.12 Mikrostruktur Metode Jeffrei (Vander 1984) dari Gambar 2.12 Mikrostruktur Jeffrei dapat ditentukan diameter butir rata rata dengan antara lain dengan metode Jeffrei ( Rumus) : Jumlah butir per milimeter persegi (Na) (dapat dihitung dengan persamaan Na=f (n1 +

n2 ⎞ ⎟ ..........................................................................................(2-1) 2⎠

Dimana f adalah faktor Jeffries f=

M2 ,.......................................................................................................(2A

2) A adalah luas lingkaran yang terbentuk pada Gambar 2.12 Mikro struktur


33

A (mm2) = ( A ) =

1 ...........................................................................(2-3) ( Na )

Diameter butir rata-rata dapat ditentukan dengan persamaan (2-4) 1

d (mm) = ( A )1/2 =

( Na )

1 2

.............................................................(2-4)

Ukuran butir (G) berdasarkan standard ASTM E112 sebagai berikut : Sebagai pembanding diameter butir dari mikro struktur dapat dilihat berdasarkan standar ASTM no.112 E pada lampiran E, dengan terlebih dahulu menghitung ukuran butir (G) dengan persamaan 2.5 G=

log N A - 2.95 log 2

G= [3.322 log(N A )] - 2.95.........................................................(2 - 5) Hasil diameter butir perhitungan dibandingkan dengan Tabel data grain size berdasarkan standar ASTM E 112, Lampiran E.


BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian SAMPEL (Fe Mn)

ANALISA KOMPOSISI XRF,SPEKTROMETER

PERLAKUAN PANAS 1050 0C

Tanpa perlakuan

Pendinginan air (water quenching)

PERLAKUAN PANAS KEMBALI

4500C

5000C

550 0C

6000C

30 menit 60 menit

30 menit 60 menit

30 menit 60 menit

30 menit 60 menit

Pendinginan udara (Air cooling)

Metallographic , Analisa struktur fasa Diskusi

KESIMPULAN Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian


35

3.2 Bahan-Bahan 1. Baja Mangan Hadfield AISI 3401 2 Larutan Alumina 3. Larutan Etsa ( HNO3 + Ethanol ) 4. Alkohol 96 % 5. Kertas Pasir ( 100, 350, 600, 800, 1000, 1500, 2000 ) mesh 6. Kain Beludru 7. Air ( Aquades )

3.3 Alat-Alat 1. Mesin potong sampel 2. Tungku pemanas ( Furnace ) Vectar VHT – 3 3. Optical microscopy ( Epiplan Hdlenz, Carl Zeiss, 220 V– 60 Hz, 80 VA ) 4. Mesin Poles ( polisher ) 5. Scanning Electron Microscopy (SEM) 6. Penjepit sampel 7. Pengering (Specimen dryer)

3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Preparasi Sampel Spesimen test untuk penelitian metallografik dipotong dan dipreparasi dari plat-plat di atas, yang mempunyai ukuran 1 × 2 × 2,5 cm dengan mesin pemotong presisi untuk menghindari perubahan transformasi fasa.


36

1 cm

2,5 cm 2 cm

Gambar 3.2 Bentuk dan ukuran benda uji 3.4.2 Perlakuan Panas Setelah semua benda uji selesai dipreparasi, kemudian dilakukan perlakuan panas yang terbagi atas 2 tahap : 1. Proses Anelisasi Benda uji yang telah dipreparasi diolah-panas pada temperatur 1050°C selama 1 jam pada tungku listrik PID pengolah-panas jenis Vectar VHT-3, kemudian semua benda uji didinginkan dengan cara dicelup cepat (quench) ke dalam air (Gambar 3.3) sehingga benda uji akan menjadi keras dengan struktur mikro yang lebih teratur.

Temperatur ( C )

Waktu Penahanan

Laju Pemanasan

Laju Pendinginan

Waktu (menit)

Gambar 3.3 Proses heat treatment Pendinginan cepat (water quenching)


37

2. Proses Pemanasan Kembali (Re-Heat Treatment). Sebagai

pengolahan

kedua,

sampel

diolah-panas

kembali

dalam

temperatur yang berbeda dengan waktu yang bervariasi. Temperatur yang dipilih untuk pengolahan-panas kembali sampel adalah dari 450°C sampai 600°C dengan tahapan peningkatan 50°C dengan waktu pemanasan yang bervariasi. Temperatur prediksi ini didasarkan pada diagram fase Fe-Mn. Setelah pemanasan dengan waktu penahanan yang bervariasi (30 menit dan 60 menit), kemudian pendinginan sampel dibedakan medianya, didinginkan dengan udara (air cooling) Gambar 3.4 .

Temperatur ( C )

Waktu Penahanan Laju Pendinginan

Laju Pemanasan

Waktu (menit)

Gambar 3.4 Proses reheat treatment Pendinginan lambat (air cooling)

3.4.3 Pengujian Mikrostruktur Proses

kerja,

sampel

digerinda

dalam

mesin

pemoles

dengan

menggunakan kertas ampelas dari 100, 350, 600, 800, 1000, 1500 hingga 2000 mesh. Untuk sebagian besar operasi, dengan laju rotasi 450 putaran/menit. Setelah penggerindaan selesai pada kertas ampelas 2000 mesh, Sampel dipoles dengan menggunakan pasta alumina 1µm untuk memperoleh permukaan mirip cermin, dan kemudian sampel dibersihkan dengan menggunakan mesin pembersih


38

ultrasonik, Branson 1210, Model B1210E-MT 47 KHz, 230 Volt. Etsaan dengan menggunakan alat etsa adalah seperti yang diperlihatkan pada Tabel dibawah. Sampel dietsa dengan alat etsa standar dalam urutan larutan A, B, C. dan kemudian dipoles kembali untuk menghilangkan semua berkas alat etsa. Tabel 3.1 Jenis Larutan Dengan Komposisi (Lampiran D) Jenis larutan

Komposi

Larutan A

100 ml alkohol

3 ml HNO3

Larutan B

90 ml ethanol

10 ml HCl

Larutan C

100 ml ethanol

2 ml NH4OH

Penentuan sifat-sifat mikro struktur dilanjutkan dengan alat mikroskop analisator bayangan optik (Epiplan Hdlenz, Carl Zeiss, 220 V – 60 Hz, 80 VA) dengan pembesaran 200X.

3.4.4. Scanning Electron Microscope (SEM)

Analisa struktur mikro dari suatu bahan dapat dilakukan dengan menggunakan SEM. Prosedur preparasi sampel dan pemotretannya adalah sebagai berikut : a. Sampel yang akan dianalisa dengan SEM harus dipoles dengan diamond paste mulai dari ukuran yang paling kasar hingga 0,25 µm, dimana permukaannya menjadi halus dan rata. b. Pembersihan permukaannya dari lemak dan pengotor lainnya dengan menggunakan ultrasonic cleaner selama 2 menit dan menggunakan bahan alkohol


39

c. Pelapisan permukaan sampel dengan bahan emas dan selanjutnya difoto bagian-bagian yang diinginkan dengan perbesaran tertentu. d. Hasil foto SEM dianalisa dengan interface komputer dengan software Project program image UKM Revision Reza dan JMicroVision-v125win32 e. Karakterisasi Simulasi metalografi dengan menggunakan program image analyzer. Pemrosesan image suatu Gambar telah menjadi fenomena yang umum, dan mendekati pekerjaan yang rutin dalam suatu penelitian ilmu bahan. Pada dasarnya, beberapa penelitian dalam bidang dunia industri maupun laboratorium memberikan Gambaran dokumentasi dari suatu pemrosesan. Dalam beberapa dekade belakangan ini pemrograman berdasarkan software Java telah menjadi trend dunia terutama dibidang industri, khususnya dalam penelitian-penelitian di bidang ilmu material. Sejak program java dapat membaca design, object maupun bahasa komputer, maka penerapan program ini juga telah menjadi tolak ukur guna mendapatkan konsep-konsep didalam suatu pengukuran orientasi suatu struktur. Hal inilah yang akhirnya mendorong pentingnya penggunaan pemrograman image analyzer untuk diterapkan dalam menentukan distribusi partikel maupun alloy yang terdata dalam suatu Gambar mikrostruktur suatu bahan. Diharapkan untuk selanjutnya program ini dapat dikembangkan lebih lanjut disemua aspek penelitian khususnya bidang physical metallurgi.


40

Dengan menggunakan software image analyzer yang berbasis program Java , software image analyzer ini khususnya dikembangkan sebagai program karakterisasi analisa mikrostruktural pada Gambar-Gambar yang dihasilkan melalui alat alat seperti mikroskop optik, Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Atomic Force Microscopy (AFM) dan sebagainya.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Uji Komposisi Material dasar yang digunakan dalam penelitian komposisi paduan baja mangan Hadfield yang digunakan dengan alat spektrometer maka diperoleh komposisi kimia Tabel 4.1 Komposisi kimia bahan dalam % wt. Komposisi

Standara

%C

1,0-1,2

1,059

-

% Mn

11-14

11,34

11,36

% Si

-

0,3694

0,6252

% Ni

-

0,1345

(Zr) 0,0599

% Cr

-

0,1362

0,1668

a b c

Modifikasib

Modifikasic

Baja Hadfield standar secara teoritis(lampiran C 1) Komposisi analisa aktual dengan Spektrometer (Lampiran C 2) Komposisi analisa aktual dengan XRF(Lampiran C 3)

Dari hasil uji komposisi dimana 1.2 wt % karbon dan 11,34 wt % Mangan menunjukan material yang diteliti adalah baja mangan Hadfield AISI 3401 dipanaskan sampai dengan temperatur 1050°C, dengan waktu penahanan 60 menit, kemudian dilakukan pendinginan air (water quenching) sampai temperatur kamar, selanjutnya baja mangan Hadfield dipanaskan kembali (re-heat treatment) dari temperatur 450 °C sampai dengan 600°C dan waktu penahanan panas selama 30 menit dan 60 menit, diturunkan temperaturnya dengan proses pendinginan udara (air cooling) dan diperoleh Gambar mikrostruktur baja mangan Hadfield .


42

4.2. Uji Simulasi Mikrostruktur a) Dari Gambar 4.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2a).

Gambar 4.2a Mikrostruktur temperatur 450 °C dan waktu penahanan 30 menit

Dari Gambar 4.2a kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru adalah warna yang mendominasi dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah


43

banyak endapan yang terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa diprediksi akan bertambah endapan terbentuk pada batas butir. b) Dari hasil Gambar 4.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2b)

Gambar 4.2b Mikrostruktur temperatur 450 °C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.2b kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru adalah warna yang


44

mendominasi dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C) dengan selang waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi akan terjadi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir membentuk accicular,

Gambar 4.2c Mikrostruktur temperatur 500 °C dan waktu penahanan 30 menit c) Dari hasil Gambar 4.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang


45

diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2c) Dari Gambar 4.2c kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru adalah warna yang mendominasi dalam struktur mikro yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa banyak endapan terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C), dengan selang waktu penahanan lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir membentuk accicular. d) Dari hasil Gambar 4.2d mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2d) Dari Gambar 4.2d kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna yang mendominasi dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis putih adalah semakin banyak endapan terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3


46

C) dengan selang waktu penahanan lebih lama, diperidiksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir mulai terbentuk accicular

Gambar 4.2d Mikrostruktur temperatur 500 °C dan waktu penahanan 60 menit e) Dari hasil Gambar 4.2e mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2e)


47

Gambar 4.2e Mikrostruktur temperatur 550 °C dan waktu penahanan 30 menit

Dari Gambar 4.2e kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna mendominasi dalam mikrostruktur yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ) dengan selang waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida pada batas butir membentuk accicular f) Dari hasil Gambar 4.2f Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti


48

dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50

µm

(Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2f)

Gambar 4.2f Mikrostruktur temperatur 550 °C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.2f kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi dalam mikrostruktur yang merupakan fasa austenit, garis warna putih semakin banyak endapan terbentuk pada batas butir (fasa ferit), ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C) diprediksi terbentuk

accicular dan

adanya presipitat dibatas butir, saat ini mulai terbentuk fasa fearlit yang belum sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah


49

g) Dari hasil Gambar 4.2g Gambar mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2g)

Gambar 4.2g Mikrostruktur temperatur 600 °C dan waktu penahanan 30 menit Dari Gambar (4.2g) kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi dalam struktur mikro yang merupakan fasa austenit, Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan semakin jelas pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3C), diprediksi telah membentuk accicular dan terjadi presipitat dibatas butir dan terbentuk


50

fasa fearlit yang belum sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin ke bawah. h) Dari hasil Gambar 4.2h Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm (Lampiran A), maka terlihat Gambar (4.2h)

Gambar 4.2h Mikrostruktur temperatur 600 °C dan waktu penahanan 60 menit

Dari Gambar (4.2h) kondisi ini dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar mendominasi dalam mikrostruktur yang merupakan fasa austenit.


51

Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan semakin jelas pada batas butir, ditengahnya warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ), diprediksi telah terbentuk accicular dan terjadi presipitate dibatas butir dan terbentuk fasa pearlit yang belum sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.

4.3 Uji Simulasi Permukaan (Surface) Dari uji simulasi surface, diperoleh adanya pendistribusian warna dipermukaan

baja mangan dan diketahui kedalaman permukaan, selanjutnya

kedalaman permukaan dikonversikan terhadap atom C, dimana atom C merupakan atom yang paling keras, maka nilai kekerasan Hardness Rokwell Corne (HRC) dapat ditentukan. A. Dari hasil Gambar 4.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µm, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3a) Pada Gambar 4.3a

terlihat adanya

pendistribusian warna pada

permukaan bahan, Warna coklat adalah warna yang dominan pada permukaan baja mangan merupakan fasa austenit, terlihat warna hitam menunjukkan adanya karbida yang tidak merata dipermukaan baja mangan


52

simulasi surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4. 3a Simulasi Surface pada temperatur 450 °C dan waktu penahanan 30 menit Pada Sumbu x , terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, Warna hitam merupakan adanya karbida dan warna kuning merupakan fasa ferit. Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 - 1 µ m dapat, ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.2, 0.3, 0.5, 0.5, 0.2, 0.2, 0.3, 0.3. µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,31µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan adanya karbida, warna

kuning


53

merupakan fasa ferit dan warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat menentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.4, 0.5, 0.2, 0.5, 0.4, 0.3, 0.3, 0.3 µ m. Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + ..... + y8 ; 8

y = 0,36 µm

Untuk nilai ( x + y ) / 2 = ( 0,31 + 0,36 ) / 2 = 0,33 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,33 x 100) HRC = 33 HRC. B. Dari hasil Gambar 4.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3b) Pada Gambar 4. 3b

terlihat adanya


permukaan baja mangan, Warna coklat sangat mendominasi permukaan yang merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan juga adanya karbida dipermukaan. Pada sumbu x, dari Gambar potongan terlihat warna antara lain warna coklat yang merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan adanya karbida dan warna kuning merupakan fasa ferit, dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.5, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2 µ m,


54

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3b Simulasi Surface pada temperatur 450 °C dan waktu penahanan 60 menit Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh dari : Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0, 23 µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna Coklat merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan adanya karbida, warna

kuning

merupakan fasa ferit dan warna hijau merupakan bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.4, 0.3.µ m Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :


55

Nilai y =

y2 + y3 + ..... + y8 ; 8

y = 0,46 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,23 + 0,46) / 2 = 0,34 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,34 x 100) HRC = 34 HRC C. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3c)

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4. 3c Simulasi Surface pada temperatur 500 °C dan waktu penahanan 30 menit Pada Gambar 4. 3c

terlihat adanya


permukaan bahan, warna coklat adalah warna yang dominan pada


56

permukaan baja mangan dan merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida yang tidak merata dipermukaan baja mangan Pada sumbu x , terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning merupakan fasa ferit, dan warna hijau menunjukkan garis kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.7, 0.7, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 0.7, 0.7 µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :

Nilai

x=

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,75 µm

Pada Sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning merupakan fasa ferit dan warna hijau menunjukkan adanya garis kembar (twin). Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.8, 0.8, 0.8, 0.7, 0.6, 0.7, 0.7, 0.8.µ m, Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + .....+ y8 ; 8

y = 0,73 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,75 + 0,73) / 2 = 0,74 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,74 x 100) HRC = 74 HRC


57

D. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3d)

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3d Simulasi Surface pada temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit Pada Gambar 4.3d terlihat adanya pendistribusian warna pada permukaan bahan, warna coklat pada permukaan baja mangan merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan fasa ferit, warna hijau menunjukkan adanya garis kembar (twin) dan warna hitam menunjukkan adanya karbida. Pada sumbu x, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning


58

merupakan fasa ferit, warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.6, 0.5, 0.5, 0.5, 0.4, 0.5, 0.5, 0.5 µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :

Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,50 µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, Warna hitam merupakan Karbida dan warna

kuning

merupakan fasa ferit dan warna Hijau merupakan bidang kembar (twin), Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.8, 0.9, 0.9, 0.9, 0.9, 0.8, 0.7, 0.7 µ m. Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + .....+ y8 ; 8

y = 0,82 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,50 + 0,82) / 2 = 0, 66 µ M Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,66 x 100) HRC = 66 HRC E. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3e)


59

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3e Simulasi Surface pada temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit Pada Gambar 4.3e terlihat adanya pendistribusian warna pada permukaan bahan, warna coklat merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan fasa ferit, warna hijau merupakan garis kembar (twin) dan warna hitam menunjukkan adanya karbida di permukaan baja mangan Pada sumbu x, terlihat beragam warna antara lain warna coklat dan merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan karbida, warna kuning merupakan fasa ferit, dan warna hijau menunjukkan adanya bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.9, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7 µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :


60

Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,70 µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan karbida, warna kuning merupakan fasa ferit dan warna hijau merupakan bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ M, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.8, 0.7, 0.8, 0.8, 0.7, 0.7, 0.8, 0.8 µ m, Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :

Nilai

y=

y2 + y3 + .....+ y8 , 8

y = 0,76 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,70 + 0,76) / 2 = 0,73 µ M Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,73 x 100) HRC = 73 HRC F. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3f) Pada Gambar 4.3f terlihat adanya pendistribusian warna pada permukaan bahan, Warna coklat adalah warna yang dominan pada permukaan baja mangan merupakan fasa austenit, terlihat warna hitam menunjukkan adanya karbida dipermukaan baja mangan


61

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3f Simulasi Surface pada temperatur 550 °C dan waktu penahanan 60 menit Pada sumbu x, terlihat beragam warna antara lain warna coklat yang merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning merupakan fasa ferit, dan warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin), Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.7, 0.7, 0.7, 0.6, 0.6, 0.7, 0.6, 0.6 µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,56 µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning


62

merupakan fasa ferit dan warna hijau

bidang kembar (twin), dari

kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.6, 0.6, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8 µ m. Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + ..... + y8 ; 8

y = 0,75 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,56 + 0,75) / 2 =0,65 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,65 x 100) HRC = 65 HRC G. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3g)

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3g Simulasi Surface pada temperatur 600 °C dan waktu penahanan 30 menit


63

Pada Gambar 4.3g terlihat adanya pendistribusian warna pada permukaan bahan, warna coklat pada permukaan baja mangan merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida , warna

kuning

merupakan fasa ferit dan warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin) dipermukaan baja mangan Pada sumbu x, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, Warna hitam menunjukkan adanya karbida, warna kuning merupakan fasa ferit, warna hijau menunjukkan adanya bidang kembar (twin) Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.8, 0.6, 0.6, 0.6, 0.6, 0.5, 0.5, 0.6 µ m. Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut :

Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,56 µm

Pada sumbu y, terlihat beragam warna,antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkanadanya karbida, warna kuning merupakan fasa ferit dan warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin). Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik-titik pada sumbu y yaitu : 0.7, 0.6, 0.6, 0.6, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8 µ m. Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + .....+ y8 ; 8

y = 0,75 µm


64

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,56 + 0,75) / 2 = 0,65 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,65 x 100) HRC = 65 HRC H. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µ m, maka simulasi surface terlihat Gambar (4.3h)

Simulasi Surface

sumbu x

sumbu y

Gambar 4.3h Simulasi Surface pada temperatur 600 °C dan waktu penahanan 60 menit Pada Gambar 4.3h terlihat adanya pendistribusian warna pada permukaan bahan, warna coklat adalah warna yang dominan pada permukaan baja mangan merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida dipermukaan baja mangan


65

Pada sumbu x, terlihat beragam warna antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam merupakan karbida dan warna

kuning

merupakan fasa ferit, warna hijau menunjukkan adanya bidang kembar (twin), dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu x yaitu : 0.8, 0.7, 0.7, 0.8, 0.6, 0.6, 0.6, 0.6 µ m Untuk nilai X ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai x =

x2 + x3 + .....+ x8 , 8

x = 0,67 µm

Pada Sumbu y, terlihat beragam warna,antara lain warna coklat merupakan fasa austenit, warna hitam menunjukkan adanya karbida dan warna kuning menunjukkan fasa ferit dan warna hijau menunjukkan bidang kembar (twin), Dari kedalaman permukaan dengan skala 0 -1 µ m, dapat ditentukan nilai ratarata dari titik terdalam pada sumbu y yaitu : 0.8, 0.8, 0.8, 0.7, 0.8, 0.8, 0.7, 0.8 µm Untuk nilai Y ratarata dapat diperoleh sebagai berikut : Nilai y =

y2 + y3 + .....+ y8 ; 8

y = 0,77 µm

Untuk nilai ( x + y) / 2 = ( 0,67 + 0,77) / 2 = 0,72 µ m Jadi nilai kekerasan baja mangan diprediksi dalam kondisi ini adalah ( 0,72 x 100) HRC = 72 HRC Dari Simulasi Surface baja mangan pada temperatur 450 °C sampai dengan 600°C dan waktu penahanan (30 dan 60) menit dengan variasi


66

diameter butir (50 - 68 ) µm. Diperoleh prediksi nilai kekerasan baja mangan rata rata adalah (33+34+74+66+73 +65+65+72) /8 = 60,2 HRC.

4.4 Uji Simulasi Kemiringan (Countour) A.

Dari hasil Gambar 4.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µ m, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4a)

Gambar 4.4a Simulasi Countour temperatur 450°C dan waktu penahanan 30menit Dari Gambar 4.4a Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, dimana warna merah / oranye adalah warna yang mendominasi dalam struktur mikro yang merupakan fasa austenit. Warna kuning, garis putus-putus kuning adalah batas butir dan didalam butir adanya pengintian (kluster) serta dibatas butir mulai terbentuk fasa ferit.


67

B.

Dari hasil Gambar 4.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4b)

Gambar 4.4b Simulasi Countour temperatur 450°C dan waktu penahanan 60menit Dari Gambar 4.4b Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye adalah warna yang mendominasi dalam struktur mikro merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan fasa ferit dan adanya pengintian (kluster), warna kuning dan titik hitam merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C), dengan selang waktu yang lebih lama terjadi presipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir membentuk accicular, C.

Dari hasil Gambar 4.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4c)


68

Gambar 4.4c Simulasi Countour temperatur 500°C dan waktu penahanan 30 menit dari Gambar 4.4c Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye adalah warna yang mendominasi dalam struktur mikro merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan fasa ferit dan adanya pengintian (kluster), warna kuning dan titik hitam merupakan fasa ferit

yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C), dengan selang

waktu yang lebih lama terjadi presipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir terbentuk accicular.

D.

Dari hasil Gambar 4.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4d)


69

Gambar 4.4d Simulasi Countour temperatur 500°C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.4d Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah tua adalah warna yang mendominasi dalam struktur mikro merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan batas butir dan warna hijau merupakan bidang twin, warna kuning kehitaman merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan karbida (Fe3C), dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan Karbida akan berada pada batas butir terbentuknya accicular.warna kuning adalah austenit, garis putus-putus adalah ferit dan bintik hitam adalah pearlit. E.

Dari hasil Gambar 4.2e mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4e)


70

Gambar 4.4e Simulasi Countour temperatur 550°C dan waktu penahanan 30 menit

Dari Gambar 4.4e Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye adalah fasa austenit, warna hijau dan biru merupakan banyaknya endapan terbentuk pada batas butir, warna hitam merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan karbida (Fe3C), dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuk accicular

F. Dari hasil Gambar 4.2f mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4f)


71

Gambar 4.4f Simulasi Countour temperatur 550°C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.4f Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye adalah merupakan fasa austenit, warna hijau dan biru muda merupakan banyaknya endapan dibatas butir, warna hitam merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ), dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat dibatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuknya accicular G. Dari hasil Gambar Mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4g) Dari Gambar (4.4g), Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye adalah merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan fasa ferit dan warna hijau dan biru muda merupakan banyaknya endapan dibatas butir,


72

Gambar 4.4g Simulasi Countour temperatur 600°C dan waktu penahanan 30 menit bintik hitam merupakan Karbida (Fe3 C ), dan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat dibatas butir dan terbentuknya accicular H. Dari hasil Gambar 4.2h mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi countour terlihat Gambar (4.4h)

Gambar 4.4h Simulasi Countour temperatur 600°C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar (4.4h) Dengan pembesaran optik, mikrostruktur dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, warna merah oranye


73

adalah merupakan fasa austenit, warna kuning merupakan batas butir (fasa ferit), warna hijau dan biru merupakan banyaknya endapan dibatas butir, warna hitam merupakan karbida (Fe3 C ), dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir dan terbentuknya

accicular dan terbentuk fasa

fearlit dengan kekerasan semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.

4.5

Uji simulasi fraksi Volume A. Dari hasil Gambar 4.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450°C dan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5a).

Gambar 4.5a Simulasi fraksi volume temperatur 450 °C dan waktu penahanan 30 menit


74

Dari Gambar 4.5a dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, dimana warna coklat adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume yang merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 86,55%. Warna kuning adalah batas butir dan pengintian (nukleasi) menuju batas butir yang merupakan fasa ferit dengan presentasi sebesar 13,45%. B. Dari hasil Gambar 4.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5b)

Gambar 4.5b Simulasi fraksi volume temperatur 450 °C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.5b dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume dan merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 91,28%, warna merah adalah batas butir merupakan fasa ferit dan pengintian (nukleasi) dengan


75

presentasi sebesar 6,99%, warna hijau

merupakan fasa austenit yang

diperkaya dengan mangan karbida (Fe3C) dengan presentasi sebesar 1,73%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi presipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir mulai membentuk accicular. C. Dari hasil Gambar 4.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi fraksi Volume terlihat Gambar (4.5c)

Gambar 4.5c Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 30 menit Dari Gambar 4.5c dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna hijau adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 81,39%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi), merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 13,77%, warna hitam merupakan Karbida (Fe3C) dengan presentasi sebesar 4,84%, dengan


76

selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuknya accicular.

D. Dari hasil Gambar 4.2d mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5d) Dari Gambar 4.5d dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 79,55%.

Gambar 4.5d Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 60 menit

Warna merah dan garis garis merah merupakan

batas butir dan

menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 16,44% warna hijau adalah karbida (Fe3C) sebesar 4,01%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang


77

berimigrasi kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir terbentuknya accicular. E. Dari hasil Gambar 4.2e mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550°C dan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5e)

Gambar 4.5e Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 30 menit Dari Gambar 4.5e dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 80,14%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 14,92% warna hitam adalah Karbida (Fe3C) dengan presentasi sebesar 4,94%, dengan selang waktu terjadi persipitat dibatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuknya accicular.


78

Selama pendinginan terbentuk fasa ferit bainit dan mangan karbida bainit. Seiring dengan peningkatan temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus.Pada temperatur 550°C pearlit belum sempurna, kekerasan semakin keatas dan kehalusan makin kebawah. F. Dari hasil Gambar 4.2f mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5f)

Gambar 4.5f Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.5f dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volum dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 66,99%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 15,24%, warna hijau dan bintik hitam selama pendinginan membentuk fasa pearlit sebesar


79

17,77%, seiring dengan peningkatan temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa baru

α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit

dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah meninggalkan ferit dan berkonsentrasi dalam karbida. Pada temperatur 550°C fearlit belum sempurna, kekerasan semakin keatas dan kehalusan makin kebawah. G. Dari hasil Gambar 4.2g mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5g)

Gambar 4.5g Simulasi fraksi volume temperatur 600 °C dan waktu penahanan 30 menit Dari Gambar 4.5g dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. Warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan


80

fasa austenit dengan presentasi sebesar 80,94%. Juga terjadi fasa Pearlit dengan presentasi sebesar 19,06%. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa baru α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah meninggalkan ferit

dan berkonsentrasi dalam

karbida. H. Dari hasil Gambar 4.2h mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5h)

Gambar 4.5h Simulasi fraksi volume temperatur 600 °C dan waktu penahanan 60 menit Dari Gambar 4.5h dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. Warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 74,38%, warna hijau merupakan fasa pearlit dengan presentasi sebesar 25,62%.


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN.

5.1 Kesimpulan. Presentasi perkembangan mikrostruktur baja mangan Hadfield Kruff 3401, disebabkan oleh aturan pemanasan yang berbeda-beda yang diikuti dengan proses pendinginan udara. Dengan perlakuan sebagai berikut : a. Bahan baja mangan dipanaskan sampai dengan temperatur 1050°C, dengan waktu penahanan 60 menit, kemudian dilakukan pendinginan air (water quenching) sampai temperatur kamar yang menyebabkan larutan padat karbida mengendap pada serat fase austenit murni. b. Memanaskan kembali fase austenit ini, akan terjadi fasa isothermal dari fasa bainit. c. Waktu

dan

temperatur

dengan

pemanasan

kembali

akan

mempengaruhi pembentukan fasa isothermal, Selanjutnya baja mangan Hadfield dipanaskan kembali (re-heat treatment) dari temperatur 450 °C sampai dengan 600°C dengan waktu penahanan 30 menit dan 60 menit, dengan proses pendinginan udara (air cooling) dan diperoleh gambaran simulasi mikrostruktur baja mangan Hadfield. Dari Proses image analyzer yang berbasis program Java software diperoleh antara lain :


82

1. Pengaruh temperatur dan waktu penahanan sangat mempengaruhi perubahan fasa dan diameter butir. 2. Pembentukan fasa bainit merupakan hasil dari perubahan fasa-fasa eutectoid yaitu ferit dan pearlit, sub struktur akan berhubungan dengan komposisi pada saat pembentukan ferit, maka pengaruh temperatur akan sangat signifikan. Pembentukan fasa bainit paduan akan selalu berhubungan dengan reaksi interface antar fasa ferit/austenit. 3. Pengaruh perlakuan panas yang diberikan dapat diamati dengan : a. Simulasi mikrostruktur dan simulasi countour banyak endapan terbentuk pada batas butir dan ferit yang terbentuk pada batas butir akan tampak mencapai batasnya. b. Simulasi mikrostruktur dan simulasi surface dapat ditentukan kedalaman permukaan dan memprediksi kekerasan bahan. c. Simulasi mikrostruktur dan simulasi fraksi volume, diperoleh persentase fasa yang terbentuk austenit, ferit bainit, mangan karbida bainit dan pearlit. 5.2 Saran Berdasarkan hasil simulasi countour, surface, fraksi volume

maka

penelitian ini sebagai bahan acuan physical metalurgi. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk membuktikan kapan/bilamana waktu tertentu terbentuknya fasa-fasa pearlite dan butir serta penyebeb-penyebab yang cukup mendukungnya.


DAFTAR PUSTAKA

Alexander, W,O, 1991. Dasar Metalurgy untuk Rekayasawan. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama. Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta: PT. Bumi Aksara. Amstead, B.H, 1993. Teknologi Mekanik. Terjemahan Ir. Sriati Djaprie. Edisi ke7. Jilid I. Jakarta: Erlangga. Bain, E.C. 1939. Alloying Element in Steel, Second Edition, American Society for Metals, Metals Park, Ohio. Beumer, B. J. M. 1980. Pengetahuan Bahan. Terjemahan B. S. Anwil Matondang. Jilid III. Jakarta: Bhatara Karya Aksara. Brady, G. S. and Hendry R. Clauser, 1981. Material Hand Book, Mc. GrawHill Book Company New York Budinski, Kenneth G. 1996. Engineering Materials. Properties and Selection. Fifth Edition. New Jersey Colombus, Ohio: Prentice Hall Upper Saddle Rivers. Clarck D.S and Varney W.R, (1962)" Metallurgy for Engineers", 2'd ed.p.205 228, 462 .1 Cullity.B.D. 1978 . Element 0f X-Ray Diffraction. Second Edition, Addisonwesley Publishing company, Inc. Dieter, George E. 1996. Metalurgi Mekenik. Edisi ke-3. Jilid I. Jakarta: Erlangga. Edgar C. Bain, Alloying Element in Steel, Second Edition, American Society for Metals, Metals Park, Ohio, 1939. Fadhila. R, A.G.Jaharah, M.Z. Omar, C.H. Che Haron, and C.H. Azhari, 2005 A Microstructural Mapping of the Austenitic Manganese Steel-3401 in Rapid Cooling, Journal of Solid State Science and Technology Letters, vol.12, p 143-148 George S. Brady and Hendry R. Clauser, Material Hand Book, Mc. GrawHill Book Company New York Herman W. Pollack,1981. Material Science and Metallurgy, Reston Publsh. Coy Virginia


84

http:// www.avestapolarit.com. Lawrence H. Van Vlack, Element Of Materials Science and Enginering, 5th ed. Addison-Wesley Publishing Company, USA (1985) Peter.A.Thornton, Vito.J.Colangelo,”Fundamental of Engineering Materials” Prentice-Hall International,Inc,1985. Shackelford James, 1996. Introduction to Materials Science for Engineers, fourth edition, Prentice Hall International Inc. Smallman, R.E. 1985. Modern Physical Metallurgy, 4th ed. Smith. R.W, A. DeMonte, W. B. F. Mackay, 2004 Development Of HighManganese Steels For Heavy Duty Cast-To-Shape Applications, Journal of Material Processing Technology 153-154, 589-595. Surdia, Tata. MS. dan Saito, Shinroku. 2005. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-6. PT. Prandnya Paramita, Jakarta. Thong J.L.T. 1998. The Environment SEM, Jurnal Mikroskopik Dan Mikro Analisis, Vol.1(2) Thornton, Peter A. And Colangelo, Viro J. 1985. Fundamentals of Engineering Materials. Inc: Prentice-Hall International. Van Vlack, LH,1985. Element Of Materials Science and Enginering, 5th ed. Addison-Wesley Publishing Company, USA Vander Voort G.F, 1984. Metallography Principle and Practice, McGrawHill, p.215,632 Vernon Jonh, 1984 Testing of Materials, Mc. Millan, New York. Wahid Suherman, 1987. Pengetahuan Bahan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya www.SEM.com


85

Lampiran A : Hasil Perhitungan Diameter Butir (Metode Jeffries)

No

Suhu

Waktu

n1

n2

M

Na=

grain

G ASTM

mm2

d

ASTM

d exp (µm)

°C

menit

1

450

30

20

19

100

219

4.83

70

67.5 ≈ 68

2

450

60

33

21

100

340

5.5

55

54.4 ≈ 54

3

500

30

25

17

100

267

5.11

65

61.19 ≈ 61

4

500

60

28

21

100

306.46

5.31

60

57

5

550

30

22

24

100

271

5,12

65

61

6

550

60

40

21

100

402

5,69

50

50

7

600

30

27

18

100

287

5.22

60

59

8

600

60

24

20

100

270

5.12

65

60.8 ≈ 61

(µm)


86

Lampiran B : Data Hasil Simulasi Fraksi Volume

Fasa Yang Terbentuk % Austenit % Banite

% Pearlite

Ferrite Mangan Karbida

450 °C 30’ 60’ 86.55 91.28 13.45 6.99 1.73

500 °C 30’ 60’ 81.39 79.55 13.77 16.44 4.84 4.01

550 °C 30’ 60’ 80.14 66.99 14.92 15.24 4.94 17.77

600 °C 30’ 60’ 80.94 78.04

19.06

21.96


87

LAMPIRAN C1: Standar Baja Mangan Hadfiel 3401.


88

Lampiran C 2: Sampel : DIN 1.3401x120Mn12

Avg

Avg

Avg

Fe

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

86.58

1.059

0.3694

>11.34

0.0493

0.0133

0.1362

0.1345

Mo

Cu

Al

Ti

V

Co

Nb

W

<0.000

0.1387

<0.000

<0.006

0.0067

0.0434

<0.023

<0.000

MNS

MNSI

CMN

CE

857.68

30.71

2.950

2.996


89

LAMPIRAN C3:

VALIDATION USING XRF COMPARING TO THE SPECKTROMETER ANALYSES


90

Material balance Analyses By assuming that Carbon content is nearly to : 1.059 % Wt Total weight element is 100% - 1.059 % = 98,941 %

Material balance Analyses No. Eleme nts

Wt %

% Wt

using

Material

XRF

Balance Calculation

1

Fe

87.7314

86.802324

2

Mn

11.3672

11.246821

3

C

-

1.059

4

Si

0.6319

0.6252081

5

Cr

0.1686

0.1668145

6

Zn

0.0605

0.0598593

7

S

0.0405

0.0400711

Data from spectrometer analyses No. Elements 1

Fe

86.58

2

Mn

11.34

3

C

1.059

4

Si

0.3694

5

Cr

0.1362

6

Zn

-

7

S

0.0133

Wt % deviation data for Fe-Mn Steel : No.

Type of Elements

1 2

Fe Mn

% Wt Element in XRF 86.80 11.25

% Wt Element in Spectro 86.58 11.34

Standard Material Balance Deviation 0.254 % 0.794 %


91 LAMPIRAN D :


92 LAMPIRAN E . Standar ASTM


FIS

Recommend Documents