HEAT TREATMENT BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada era globalisasi ini yang penuh dengan pembangunan di sector industri serta bidang-bidang lainnya, tentunya pembangunan itu membutuhkan suatu bahan logam yang cukup baik , entah itu sifat fisik maupun mekanisnya. Namun sifat fisik maupun mekanik dari logam tidaklah dengan mudah ditemukan . Oleh karena itu, perlu diberika terlebih dahulu suatu perlakuan khusus, sehingga dapat menghasilkan suatu logam yang sesuai dengan yang diinginkan . Perlakuan yang diberikan logam antara lain adalah perlakuan panas atau Heatreatment, yang merupakan suatu proses perlakuan terhadap logam yang diinginkan dengan cara memberikan pemanasan dan kemudian dilakukan pendinginan dengan media pendingin tertentu, sehingga sifat fisiknya dapat diubah sesuai dengan yang diinginkan. Logam yang baik dan sesuai adalah baja yang merupakan logam paduan FE dan C. pada kadar karbon tertentu atau paduan lain yang sesuai. Baja banyak digunakan sebagai bahan konstruksi dan sebagai perkakas.
1.2.
Tujuan dan Manfaat pengujian
A.
Tujuan Pengujian
1.
Menjelaskan Tujuan Heat Treatmen
2.
Menjelaskan prosedur proses heat Tretmen
3.
Menjelaskan bahan dan peralatan yang digunakan
4.
Menjelaskan jenis-jenis proses heat Treatmen
5. Menjelaskan hubungan antara diagram fasa Fe-C dengan proses heat treatmen. 6. menjelaskan hubungan antara media pendingin, laju pendinginan, diagram TTT dengan proses heat treatmen 7.
Mampu melakukan dengan baik proses heat treatmen
B.
Manfaat Pengujian
a.
Bagi Praktikan
ü Mengetahui langkah pengujian perlakuaan panas, untuk mendapatkan sifat logam yang diinginkan ü Mengetahui media pendingin yang tepat untk memperoleh kekerasan] ü Memudahkan uintuk mengetahui proses mana yang sesuai digunakan untuk suatu produk pengujian ü Mengetahui kecepatan pendinginan yang ditentukan (pengaruh sifat pendinginan media)
b.
Bagi Industri
ü Dengan perlakuan panas dapat diketahui sifat-sifat logam untuk diterapkan pada bidang industri tertentu, terutama padad pemilihan bahan dan produnya. ü Mengetahui nilai ekonomis, keamanan dan kualitas bahan suatu produk.
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Teori Dasar A. Pengertian Heat Treatment Heat Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance ( tungku ) pada temperature rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air faram, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbedabeda. Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan degnan
kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya. Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan pendinginan dan batas temperature sangat menetukan. B. Proses-proses Heat Treatment Ada beberapa proses-proses pada perlakuan pada Heat Treatment yaitu sebagai berikut: 1. Quenching ( pengerasan ) Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka audtenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja. Ini mencegah proses suhu rendah, seperti transformasi fase, dari terjadi hanya menyediakan jendela sempit waktu di mana reaksi ini menguntungkan kedua termodinamika dan kinetis diakses, dapat mengurangi kristalinitas dan dengan demikian meningkatkan ketangguhan dari kedua paduan dan plastik (dihasilkan melalui polimerisasi). Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk sementitoleh karena itu terjadi fase lalu yang mertensit, imi berupa fase yang sangat keras dan bergantung pada keadaan karbon. 2. Anneling Proses anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas temperature kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar temperature bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperoleh struktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin udara. Tujuan proses anneling : 1.
Melunakkan material logam
2.
Menghilangkan tegangan dalam / sisa
3.
Memperbaiki butir-butir logam.
3. Normalizing Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media
pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namunhasilnya jauh lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon.
4. Tempering Proses tempering adalah pemanasan baja sampai temperature sedikit di bawah temperature kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan sampai merata selama 15 menit. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin. Jika kekerasan turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalamhal ini keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan baja yang lebih lemah. Proses ini berbeda dengan anneling karena dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh kadar karbon. Tempering dibagi dalam: a. Tempering pada suhu rendah(150-300˚C). Tujuannya hanya untuk mengurangi tegangan tegangan kerut dan kerapuhan dari baja. Proses ini digunakan untuk alat alat kerja yang tidak mengalami beban yang berat, seperti misalnya alat alat potong mata bor yang dipakai untuk kaca dan lain lain. b. Tempering pada suhu menengah(300-500˚C) Tujuannya menambah keuleatan dan kekerasannya menjadi sedikit berkurang. Proses ini digunakan pada alat alat kerja yang mengalami beban berat seperti palu, pahat, pegas pegas(Mustofa Ahmad Ary,2006) c. Tempering pada suhu tinggi(500-650˚C) Tujuannya untuk memberikan daya keuletan yang beasar dan sekaligus kekerasan menjadi agak rendah. Proses ini digunakan pada roda gigi, poros, batang penggerak dan lain lain
C. Jenis- jenis Pengerasan permukaan 1. karburasi Cara ini sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan bentuk padat, cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan karburasi gas. 2. karbonitiding
Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm. 3. Cyaniding Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan. Proses ini tidak sembarang dilakukan dengan sembarang .Penggunaan closedpot dan hood ventilasi diperlukan untuk cyaniding karen a uap sianida yang terbentuk sangat beracun. 4.
Nitriding
Adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu. Metode pengerasan kasus ini menguntungkan karena fakta bahwa kasus sulit diperoleh dari pada karburasi. Banyak bagian-bagian mesin seperti silinder barrel and gear dapat dikerjakan dengan cara ini. Proses ini melibatkan theexposing dari bagian untuk gas amonia atau bahan nitrogen lainnya selama 20 sampai 100 jam pada 950 ° F. The inwhich kontainer pekerjaan dan gas Amoniak dibawa dalam kontak harus kedap udara dan mampu mempertahankan suhu sirkulasi andeven.
D. Faktor- faktor yang mempengaruhi laju pendinginan media pendingin 1.
Densitas
semakin tinggi densitas suatu media pendingin, maka semakin cepat proses pendinginan oleh media pendingin tersebut. 2.
Viskositas
Semakin tinggi viskositas suatu media pendingin, maka laju pendinginan semakin lambat, Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawah tekanan shear. Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekanfluid. Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi. Pengaruh Viskositas dan Density berdasarkan media pendingin: a.
Air garam
Air memiliki viskositas yang rendah sehingga nilai kekentalan cairan kurang, sehingga laju pendinginan cepat dan massa jenisnya lebih besar dibandingkan dengan media pendingin lainnya seperti air,solar,oli,udara, sehingga kecepatan media pndingin besar dan makin cepat laju pendinginannya. b.
Air
Air memiliki massa jenis yang besar tapi lebih kecil dari air garam, kekentalannya rendah sama dengan air garam. Laju pendinginannya lebih lambat dari air garam. c. Solar memiliki viskositas yang tinggi dibandingkan dengan air dan massa jenisnya lebih rendah dibandingkan air sehingga laju pendinginannya lebih lambat. d.
Oli
Oli memiliki nilai viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya lambat. Udara tidak memilki viskositas tetapi hanya memiliki massa jeni sehingga laju pendinginannya sangat lambat. Besi cor yang berada pada suhu outektoid yaitu pada suhu 1148 °C ratarata mengandung 2,5% - 4% kadar karbon yang kaya besi mengandung 2,1% berat atau 9% atom. Atom-atom karbon ini larut secara intertisi dalam besi KPS. Baja yang mengandung 1,2% karbon dapat mempunyai fasa tunggal pada proses penempaan atau proses pengerjaan panas lainnya yaitu sekitar 1100°C – 1250°C pada daerah yang kaya besi 99% Fe dan 1% C diagram Fe-Fe3C berada dengan diagram lainnya.Perbedaan ini karena besi adalah paimorf pada daerah 700°C – 900°C. Daerah karbon 0% - 1%. Pada diagram ini struktur mikro baja dapat diatur. 3. Koefisien Perpindahan panas Semakin tinggi koefisien perpindahan panas yang terjadi, maka panas yang mengalir dari benda kerja akan semakin besar pula, sehingga kecepatan pendinginan lebih besar. 4. Perubahan Suhu Semakin kecil suhu media pendingin (udara, air, oli, garam, dll) maka kecepatan pendinginan semakin cepat karena panas pada specimen akan lebih cepat mengalir ke suhu media pendingin yang lebih kecil.
E. Diagram Fe-
Diagram fasa Fe-Fe3C menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain(Harris and Marsall, 1980): 1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat. 2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat. 3. Temperatur cair dari masing-masing paduan. 4. Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu. 5. Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik, peritektik dan eutektoid.
Fasa yang terbentuk : ·
Ferit ( Besi )
Merupakan larutan padat karbon dalam besi maksimum 0,025 % pada temperature
C. Pada temperature kamar, kandungan karbonnya 0,008 %
. Sifat ferit adalah lunak ulet dan tahan korosi. ·
Sementit
Merupakan senyawa logam yang mempunyai senyawa logam yang mempunyai kekerasan tinggi dan terkeras di antara fase lainnya dan mengandung 6,67 %b kadar karbon, walaupun sangat keras tapi bersifat getas. ·
Austenit
merupakan larutan padat intersisi antara karbon dan besi yang mempunyai sel satuan BCC yang stabil pada temperatur dengan sifat yang lunak tapi ulet. ·
Perlit \
Merupakan elektroid yang terdiri dari 2 fasa yaituferit dan sementit , kedua fasa ini terbentuk halus. Perlit hanya dapat terjadi di bawah
C , sifatnya kuat
dan tahan terhadap korosi serta kandungan karbonnya 0,83 %. ·
Ladeburit
Merupakan susunan elektrolit dengan kandungan karbonnya 4,3 % yaitu campuran perlit dan semantit, sifatnya halus dan getas karena sementit banyak. ·
Besi Delta
Merupakan fasa yang berada antara temperatur ( sel satuan BCC (sel satuan Kubus) karbon yang larut sampai 0,01 %. F. Diagram TTT Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah. Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
Penjelasan diagram:
Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
G. Diagram CCT
Penjelasan diagram: · Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.
· Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit. · Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit(lebih keras dari perlit). · Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas). · Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan. Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
H. Unsur Paduan 1.
·
Karbon
Larut dalam ferrite
·
Pembentukan sementit (dan karbida lainnya), perlit, bainit.
·
% C dan distribusinya mempengaruhi sifat baja.
·
Kekuatan dan kekerasan meningkat dengan naiknya % C.
Pada baja karbon biasanya kekuatan dan kekerasannya meningkat sebanding dengan kekuatan karbonnya, tetapi kekuatannya menurun dengan naiknya kadar karbon. Persentase kandungan karbon akan memberikan sifat lain pada baja karbon di antaranya: -
Kemampuan untuk dibentuk
-
Diperkeras
-
Diolah mesin
-
Kemampuan untuk di las
2.
Mangan (Mn)
· Bahan oksidiser (mengurangi O dalam baja), menurunkan kerentanan hot shortness pada aplikasi pengerjaan panas ·
Larut, membentuk solid solution strength dan hardness
· Dengan S membentuk Mangan Sulfida, meningkatkan sifat pemesinan (machineability). ·
Meningkatkan kekuatan dan kekerasan meski tidak sebaik C.
·
Menurunkan sifat mampu las (weldability) dankeuletannya.
·
Meningkatkan hardenability baja.
Mengan berfungsi untuk memperbaiki kekuatan tariknya dan ketahanan ausnya. Unsure ini memberikan pengerjaan yang lebih mengkilap/bersih dan menambah kekuatan panas baja karbon.
3.
Silikon (Si)
·
Bahan deoksidiser.
·
Meningkatkan kekuatan ferit.
· Dalam jumlah besar, meningkatkan ketahanan baja terhadap efek scaling,tetapi mengalami kesulitan dalam pemrosesannya (High-Silicon Steel). Silicon di tambahkan untuk memperbaiki homogenitas pada baja. Selain itu dapat menaikkan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis, sehingga baja karbon lebih elstis dan cocok dijadikan sebagai bahan pembuatan getas.
4.
Posfor (P)
Posfor dalam baja dibutuhkan dalam persentase kecil, yaitu maksimum 0.04%, yang berfungsi mempertinggi kualitas dan daya tahan material terhadap korosi. Material yang mengandung posfor diatas 0,04% akan mempunyai kecenderungan untuk menjadi getas dan mudah retak. Penambahan posfro dimaksudkan pula untuk memperoleh serpihan kecil-kecil pada saat proses permesinan.
5.
Belerang (s)
Belerang dimaksudkan untuk memperbaiki sifat-sifat mampu mesin, keuntungan sulfur pada temperature biasa, dapat memberikan ketahanan aus pada gesekan tinggi.
6.
Khrom (Cr)
·
Meningkatkan ketahanan korosi dan oksidasi.
·
Meningkatkan kemampukerasan.
·
Meningkatkan kekuatan pada temperature tinggi.
·
Peningkatan ketahanan terhadap pengaruh abrasi.
·
Unsur pembentuk karbida (elemen pengeras).
Khrom dengan karbon membentuk karbida dapat menambah dan menaikkan daya tahan korosi dan daya tahan terhadap yang tinngi keuletannya berkurang.
7.
Nikel (Ni)
·
Tidak membentuk karbida
·
Berada dalam ferit, sebagai penguat (efek ketangguhan ferit).
· Dengan Cr menghasilkan baja paduan dengan kemampuan kekerasan tinggi, ketahanan impak dan fatik yang tinggi. Sebagai unsure paduan dalam baja kontruksi dan baja mesin. Nikel memperbaiki antara lain kekuatan tarik, sifat tahan korosi, sifat tahan panas dan sifat magnitnya.
8.
Molibdum Mo)
·
Meningkatkan kemampukerasan baja.
·
Menurunkan kerentanan terhadap temper embrittlement (400-550oC)
·
Meningkatkan kekuatan tarik pada temperature tinggi dan kekuatan creep.
Molibdum mengurangi kerapuhan pada baja karbon tinggi, menstabilkan karbida serta memperbaiki kekuatan baja
9.
Titanuim (Ti)
·
Sebagai deoksidiser.
·
Pengontrolan dalam pertumbuhan butir. TITANIUM
·
Sebagai deoksidiser.
·
Mengontrol pertumbuhan butir.
Titanium adalah logam yang lunak, tapi bila dipadukan dengan nikel dan karbon akan lebih kuat, tahan aus, tahan temperature, dan tahan korosi.
10. Wolfram/tungsten
·
Memberikan peningkatan kekerasan.
·
Menghasilkan struktur yang halus.
·
Pada temperatur tinggi, tungsten membentuk WC (keras dan stabil).
·
Menjaga pengaruh peunakan selama proses penemperan.
Paduan ini dapat membentuk karbida yang stabil dan yang keras, menahan suhu pelumasan dan mengembalikan perubahan bentuk/struktue secara perlahanlahan.
I. Sistem Kristalografi 1. Sistem Isometrik Sistem ini juga disebut sistem kristal regular, atau dikenal pula dengan sistem kristal kubus atau kubik. Jumlah sumbu kristalnya ada 3 dan saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Dengan perbandingan panjang yang sama untuk masing-masing sumbunya. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Isometrik memiliki axial ratio (perbandingan sumbu a = b = c, yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, semua sudut kristalnya ( α , β dan γ ) tegak lurus satu sama lain (90˚).
Gambar 1 Sistem Isometrik Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Isometrik memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 3. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c juga ditarik garis dengan nilai 3 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ. Sistem isometrik dibagi menjadi 5 Kelas : Tetaoidal Gyroida Diploida Hextetrahedral Hexoctahedral Beberapa contoh mineral dengan system kristal Isometrik ini adalah gold, pyrite, galena, halite, Fluorite (Pellant, chris: 1992)
2. Sistem Tetragonal Sama dengan system Isometrik, sistem kristal ini mempunyai 3 sumbu kristal yang masing-masing saling tegak lurus. Sumbu a dan b mempunyai satuan panjang sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang atau lebih pendek. Tapi pada umumnya lebih panjang. Pada kondisi sebenarnya, Tetragonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, semua sudut kristalografinya ( α , β dan γ ) tegak lurus satu sama lain (90˚). Gambar 2 Sistem Tetragonal
Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Tetragonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ. Sistem tetragonal dibagi menjadi 7 kelas: Piramid Bipiramid Bisfenoid Trapezohedral Ditetragonal Piramid Skalenohedral Ditetragonal Bipiramid Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Tetragonal ini adalah rutil, autunite, pyrolusite, Leucite, scapolite (Pellant, Chris: 1992)
3. Sistem Hexagonal Sistem ini mempunyai 4 sumbu kristal, dimana sumbu c tegak lurus terhadap ketiga sumbu lainnya. Sumbu a, b, dan d masing-masing membentuk sudut 120˚ terhadap satu sama lain. Sambu a, b, dan d memiliki panjang sama. Sedangkan panjang c berbeda, dapat lebih panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang). Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Hexagonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ; γ = 120˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, sudut α dan β saling tegak lurus dan membentuk sudut 120˚ terhadap sumbu γ. Gambar 3 Sistem Hexagonal
Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Hexagonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 20˚ ; dˉ^b+= 40˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20˚ terhadap sumbu bˉ dan sumbu dˉ membentuk sudut 40˚ terhadap sumbu b+. Sistem ini dibagi menjadi 7: Hexagonal Piramid Hexagonal Bipramid Dihexagonal Piramid Dihexagonal Bipiramid Trigonal Bipiramid Ditrigonal Bipiramid Hexagonal Trapezohedral Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Hexagonal ini adalah quartz, corundum, hematite, calcite, dolomite, apatite. (Mondadori, Arlondo. 1977)
4. Sistem Trigonal Jika kita membaca beberapa referensi luar, sistem ini mempunyai nama lain yaitu Rhombohedral, selain itu beberapa ahli memasukkan sistem ini kedalam sistem kristal Hexagonal. Demikian pula cara penggambarannya juga sama. Perbedaannya, bila pada sistem Trigonal setelah terbentuk bidang dasar, yang terbentuk segienam, kemudian dibentuk segitiga dengan menghubungkan dua titik sudut yang melewati satu titik sudutnya. Pada kondisi sebenarnya, Trigonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ; γ = 120˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, sudut α dan β saling tegak lurus dan membentuk sudut 120˚ terhadap sumbu γ.
Gambar 4 Sistem Trigonal Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Trigonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 20˚ ; dˉ^b+= 40˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20˚ terhadap sumbu bˉ dan sumbu dˉ membentuk sudut 40˚ terhadap sumbu b+. Sistem ini dibagi menjadi 5 kelas: Trigonal piramid Trigonal Trapezohedral Ditrigonal Piramid Ditrigonal Skalenohedral Rombohedral Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Trigonal ini adalah tourmalinedan cinabar (Mondadori, Arlondo. 1977) 5. Sistem Orthorhombik
Sistem ini disebut juga sistem Rhombis dan mempunyai 3 sumbu simetri kristal yang saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Ketiga sumbu tersebut mempunyai panjang yang berbeda. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Orthorhombik memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, ketiga sudutnya saling tegak lurus (90˚). Gambar 5 Sistem Orthorhombik
Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Orthorhombik memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ. Sistem ini dibagi menjadi 3 kelas: Bisfenoid Piramid Bipiramid Beberapa contoh mineral denga sistem kristal Orthorhombik ini adalah stibnite, chrysoberyl, aragonite dan witherite (Pellant, chris. 1992) 6. Sistem Monoklin Monoklin artinya hanya mempunyai satu sumbu yang miring dari tiga sumbu yang dimilikinya. Sumbu a tegak lurus terhadap sumbu n; n tegak lurus terhadap sumbu c, tetapi sumbu c tidak tegak lurus terhadap sumbu a. Ketiga sumbu tersebut mempunyai panjang yang tidak sama, umumnya sumbu c yang paling panjang dan sumbu b paling pendek. Pada kondisi sebenarnya, sistem Monoklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ≠ γ. Hal ini berarti, pada ancer ini, sudut α dan β saling tegak lurus (90˚), sedangkan γ tidak tegak lurus (miring).
Gambar 6 Sistem Monoklin
Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Monoklin memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 45˚ terhadap sumbu bˉ. Sistem Monoklin dibagi menjadi 3 kelas: Sfenoid Doma Prisma Beberapa contoh mineral dengan ancer kristal Monoklin ini adalah azurite, malachite, colemanite, gypsum, dan epidot (Pellant, chris. 1992) 7. Sistem Triklin Sistem ini mempunyai 3 sumbu simetri yang satu dengan yang lainnya tidak saling tegak lurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Triklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β ≠ γ ≠ 90˚. Hal ini berarti, pada system ini, sudut α, β dan γ tidak saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Gambar 7 Sistem Triklin
Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, Triklin memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 45˚ ; bˉ^c+= 80˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu
a+ memiliki nilai 45˚ terhadap sumbu bˉ dan bˉ membentuk sudut 80˚ terhadap c+. Sistem ini dibagi menjadi 2 kelas: Pedial Pinakoidal Beberapa contoh mineral dengan ancer kristal Triklin ini adalah albite, anorthite, labradorite, kaolinite, microcline dan anortoclase
J. Aplikasi Heat Treatment pada Pembuatan kaca anti Peluru
Kaca antipeluru merupakan kemampuan kaca untuk menahan peluru yang menembus bidang ini. Dengan komponen yang terdapat dalam kaca antipeluru, proyektil yang ditembakkan ke arah kaca dapat tertahan sehingga tidak mengenai sasaran tembak yang berada di balik kaca. Bahan-bahan penangkal antipeluru dapat dikomposisikan ke dalam kaca dan tidak mengurangi karakteristik fisik kaca pada umumnya, yaitu bening dan transparan. Kaca antipeluru diciptakan agar kaca standar dapat memiliki ketahanan yang lebih kuat pada benda-benda tumpul. Jenis kaca yang digunakan biasanya memiliki ketebalan 70 sampai 75 milimeter. Sebelum menjadi pelengkap mobil pribadi, kaca antipeluru telah digunakan pada kendaraan tempur sejak Perang Dunia II. Saat itu, kaca yang digunakan memiliki ketebalan 100 sampai 120 milimeter. Pada dasarnya, kaca antipeluru tidak berbeda dengan kaca pada umumnya. Intinya, kaca antipeluru merupakan kaca biasa yang dilapisi dengan dengan polycarbonate. Kaca dan polycarbonate merupakan komponen pokok dalam susunan kaca antipeluru. Kaca sendiri merupakan lapisan tembus pandang sedangkan polycarbonate sebagai lapisan yang melindungi serpihan kaca. Sehingga, kaca
yang retak terkena tembakan, ledakan, atau pukulan keras tidak hancur lebur mengenai orang. Tapi retakan tersebut tertahan di dalam kaca karena ada polycarbonate yang menahannya. Selain dua komponen tersebut, kaca antipeluru sendiri tersusun dari berbagai lapisan. Sebab kaca ini merupakan sistem kaca yang berlapis-lapis. Proses pembuatannya sendiri menggunakan cara pemanasan dan pendingan supaya kaca menjadi lebih kuat. Polikarbonat adalah kelompok tertentu polimer termoplastik. Mereka dapat dengan mudah bekerja, dibentuk, dan thermoformed; karena itu, plastik ini sangat banyak digunakan dalam industri kimia modern. Fitur menarik mereka (suhu perlawanan, dampak perlawanan dan optiknya) posisi mereka di antara plastik dan rekayasa komoditas plastic
Kaca yang telah dilapisi protective interlayer atau polyvinyl butyral (PVB) dapat tahan terhadap tegangan tinggi, karena material ini dilapisi dengan banyak lapisan. Sebagai contoh, tiga lapisan kaca, dua lapisan PVB, empat lapisan kaca, tiga lapisan PVB dan seterusnya. Material ini dapat tahan terhadap peluru atau bom. Ini dikarenakan material tersebut memiliki lapisan PVB yang tahan terhadap tegangan. Saat kaca terkena peluru, material ini dapat pecah namun peluru tidak dapat tembus. Sebab kaca telah mengalami tempered glass yaitu kaca yang telah mengalami heat treatment supaya lebih keras dan pecahan kacanya lebih halus dan tidak melukai penumpang. Selain itu, PVB dapat menjadi dekorasi, karena PVB memiliki berbagai warna dan motif. Banyaknya lapisan yang digunakan dalam pembuatan kaca antipeluru membuat lapisan kaca ini menjadi tebal. Ketebalan kaca dapat mencapai empat sentimeter. Bahkan, pada mobil limusin Presiden Amerika Serikat ke-44, Barack Obama, ketebalan kaca mobilnya lebih dari 12 sentimeter. Sementara kekuatan kaca antipeluru ditentukan melalui suatu standar. Dengan demikian, kekuatan kaca dapat diukur. Ada beberapa level untuk menentukan kekuatan kaca. Berdasarkan standar ukuran dari National Institute of Justice yang berasal dari Amerika
Serikat, terdapat ukuran kekuatan kaca mulai dari level satu sampai dengan level delapan. Kekuatan tersebut akan diukur dengan peluru yang mengenai kaca. Jenis peluru, kecepatan, dan jumlah peluru yang ditembakkan menjadi acuan ketahanan suatu kaca. Jarak, Berat, dan Kecepatan , Sebagai contoh, pada level II A kaca akan dapat mengkis peluru berkaliber 9 milimeter yang memiliki berat 8 gram dengan kecepatan luncur dari senapan 341 meter per detik dari proyektil atau senapan. Dalam satu percobaan, peluru ini ditembakkan dalam jarak lima meter. Hasil yang diperoleh peluru tidak menembus pada kaca. Kekuatan kaca ini akan jadi berbeda jika ditembakkan dengan peluru pada kekuatan level III A. Kaca dengan kekuatan IIA ditembak dengan peluru IIIA yang berjenis 9 milimeter dengan berat 8,2 gram pada kecepatan tembak 436 meter per detik. Maka, peluru tersebut akan dapat menembus kaca dan serpihannya dapat mengenai penumpang di dalam mobil. Untuk menguji kaca antipeluru, penembakan dilakukan pada jarak lima meter dan dilakukan pada enam kali tembakan pada level I sampai III A. Dalam percobaan, tembakan tidak diarahkan pada titik yang sama melainkan diarahkan pada titik lain. Sementara, jarak antara satu titik tembakan dengan titik yang lain sejauh dua inci atau 5,1 milimeter. Sebab kalau tembakan diarahkan pada satu titik pada kaca yang ditembak sebanyak enam kali, tentu saja peluru akan menembus kaca.Pada Level di atas III A atau III dan IV, jarak uji tembakan 15 meter karena pada tahap ini kecepatan peluru umumnya lebih besar sekitar 850 meter per detik. Di samping itu, berat peluru lebih tinggi sekitar sembilan sampai dengan 10 gram. Namun, berbeda dengan level di bawahnya, uji tembak pada peluru level empat hanya dilakukan sekali. Selain daripada itu, teknik uji kaca antipeluru lainnya adalah dengan mengarahkan tembakan secara lurus pada kaca. Arah tembakan semacam ini memiliki kekuatan yang lebih besar dibandingkan jika tembakan diarahkan secara miring. Jika dengan cara uji seperti ini peluru tidak tembus pada kaca, maka tembakan yang dilakukan dalam posisi miring tidak akan menembus kaca. Sebab umumnya tembakan yang dilakukan oleh pelaku kriminal dilakukan dengan arah yang tidak lurus.
2.2. Pengelompokan dan Standarisasi Baja Pengelompokan Baja 1. Baja Karbon Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur. 2. Baja Paduan
Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%. 3. Baja Khusus Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena pemakaianpemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan panas, baja perkakas, baja listrik. Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsure terpenting untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan austenitis. 4.
Baja Tahan panas
Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi. 5.
Baja perkakas
Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang peranan dalam industri-industri. Unsure-unsur paduan dalam karbitnya diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi. 6. Baja listrik Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika. Standarisasi Baja 1) Amerika Serikat a) ASTM ( American Society for Testing Materials ) Strogen Steel (H3 9M-94) High Strength Low alloy Structure Steel (H 2 42M93a) Low and Intermediate tensile Strength carbon silicon, steel plate for machine pane and general construction (A 284M-38) High Steel Strength. Quenhead and Temporal alloy steel plate euatable for andirum (A 514-94m). Structural Steel mide 290 MPa minimum Yield point (BMM) maximum. High Strongth Low alloy alambium vanadium steel of structural quality (43,72m-94a). Structural carbon steel plate of improved longers (AS 37M-93a). High Strength Low alloy Structural Steel 345 MPa minimum yield point 100 mm thickness (AS 88M-94a). Normalized high Strength Low alloy Structural Steel (A633-94a). Low carbonate hardening, nikel copped evanium monodin, corombium and nikel copper columbion allow steel (A710M-94). Hot road stuktural steel high Strength Low alloy plate with improved in ability (A 610 M-93a). Quenhead and tempered carbon steel plates for structural aniration (A 678-94a)
b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive Engineers) Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi dengan loxx digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja AISI, SAE 1445, ini berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan paduan uranium (0,4%-1,4%) c) Menurut UNS (United Numbering System) Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan SAE, hanya saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk jenis tambahan lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi G41070 di mana awalnya G untuk baja karbon paduan rendah. 2) Jepang (JIS = Japan Industrial Standar) Rolled Steel for general structural (G 3101-87), Rolled Steel for walled structural (G 3106-92), Hot Rolled Atmosphetle corrosion resisting steel (G 3128-87), Hot Yield Strength Steel plate for walled structural (G 3128-87), Superior atmosphere corrosion resistant steel (G 3215-87) 3) Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.) Steel for general structural purposes (17100-80) dan Waldable tine astin steel (17102-83) 4) Standarisasi Perancis (NF) Structural Steel (A 35-501-87) dan Structural Steel Imprived atmosphere votection vistance (H 35-502-DA)
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Kurva laju pemanasan dan pendinginan dari data yang diperoleh
Berdasarkan grafik yang telah diperoleh dari hasil data dapat di simpulkan pada saat dilakukan pemanasan maka temperature logam akan naik. Setelah mencapai suhu 810 C, maka atom –atom bergerak keluar dari struktur dari permukaan logam. Kemudian setelah itu didinginkan dengan media pendingin maka dengan cepat temperature logam akan menurun. Dimana pada awalnya berada pada fase austenit stabil. Pada saat temperature logam turun diantara suhu + 700C – 250C terbentuk austenit yang tidak stabil, kemudianm pada saat logam temperaturnya dibawah 250C terbventuk austenit dan martensit. Terbentuk martensit karena adanya pengaruh kadar karbon, martensit ini terbentuk karena atom – atom karbon yang ada pada permukaan tidak sempat berdifusi kembali kedalam struktur logam sebagai akibat pendingin yang cepat dan struktur logamnya merapat. Sifatnya keras dan ulet. Kecepatan pendingin yang dipengaruhi oleh massa jenis, yaitu semakin keras massa jenis dari media pendingin maka kecepatan pendinginan dari logam akan cepat. Hal ini disebabkan panas dari logam cepat didistribusikan karena pada partikel media pendingin saling berdekatan.
4.2. Diagram Fasa Fe-
C
Fasa yang terbentuk : ·
Ferit ( Besi )
Merupakan larutan padat karbon dalam besi maksimum 0,025 % pada temperature
C. Pada temperature kamar, kandungan karbonnya 0,008 %
. Sifat ferit adalah lunak ulet dan tahan korosi. ·
Sementit
Merupakan senyawa logam yang mempunyai senyawa logam yang mempunyai kekerasan tinggi dan terkeras di antara fase lainnya dan mengandung 6,67 %b kadar karbon, walaupun sangat keras tapi bersifat getas. ·
Austenit
merupakan larutan padat intersisi antara karbon dan besi yang mempunyai sel satuan BCC yang stabil pada temperatur dengan sifat yang lunak tapi ulet.
·
Perlit \
Merupakan elektroid yang terdiri dari 2 fasa yaituferit dan sementit , kedua fasa ini terbentuk halus. Perlit hanya dapat terjadi di bawah dan tahan terhadap korosi serta kandungan karbonnya 0,83 %.
C , sifatnya kuat
·
Ladeburit
Merupakan susunan elektrolit dengan kandungan karbonnya 4,3 % yaitu campuran perlit dan semantit, sifatnya halus dan getas karena sementit banyak. ·
Besi Delta
Merupakan fasa yang berada antara temperatur ( sel satuan BCC (sel satuan Kubus) karbon yang larut sampai 0,01 %. 4.3 Analisa diagram TTT
Penjelasan diagram:
Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
4.2. Pembahasan 4.2.1. Pembahasan Umum A. Alotropi Besi Alotropi besi merupakan materi dengan komposisi kimia yang sama dengan dua atau lebih bentuk Kristal biasa pada logam tunggal. Logam besi memiliki 2 Alotropi yaitu Ferit dan Austenit, Biasanya Alotropi dimanfaatkan pada perlakuan panas suatu material. Contohnya adalah logam besi. Jika diberi perlakuan panas maka strukturnya akan berubah dari KPR/BCC menjadi KPS/FCC. Sebaliknya jika diinginkan struktur kembali pada keadaan semula. Hal yang paling menonjol dari
Alotropi adalah adanya perubahan berat jenis dan sifat perlakuan panas, walaupun demikian masih ada sifat-sifat lain yang berubah. Keadaan dimana logam tunggal tidak mengalami nperubahan walaupun telah mengalami perlakuan panas disebut Allotropic. )_��_ B. BCC dan FCC FCC adalah singkatan dari 'wajah berpusat kubik' struktur.Sedangkan BCC singkatan dari 'tubuh berpusat kubik' struktur. Merekamengacu pada penataan bahan krist al. Untuk struktur kubik, Anda dapatmembayangkan memiliki sebuah kubus atom, satu ato m di setiap sudut kubus(sebenarnya Anda memiliki 1 / 8 dari atom, karena Anda menganggapbahwa setiap saham sel yang mengelilingi atom juga).
FCC
BCC
Namun, dalam penataan FCC, akan ada atom lain (sekali lagi,sekitar berbagi selsel atom, sehingga secara teknis setengah atom dalam halini) pada setiap muka kubus (dengan wajah yang saya maksud adalahpermukaan luar dari kubus), dan mereka akan berpusat antara sekitarnyauntuk sudut kubus (maka 'wajah berpusat' bagia n dari nama). Untuk BCC, yang mirip, kecuali daripada harus atom di wajahmasingmasing, hanya ada atom ekstra tunggal (ditambah semua atom padasudutsudut kubus) yang terletak tepat di tengah kubus (atau 'tubuh' darikubus). Besi atom disusun dalam tubuh berpusat pola kubik (BCC) sampaidengan 1180 K. Di atas suhu ini membuat transisi fase ke wajahkisiberpusat kubik (FCC). Transisi dari BCC ke FCC hasil dalam meningkatkan8 sampai 9% pada densitas, menyebabkan sampel besi menyusut besarnya karena dipanaskan di atas temperatur transisi. C. Intan Intan adalah mineral yang secara kimia merupakan bentukkristal, atau alotrop, dari karbon. Intan terkenal karena memiliki sifat-sifat fisika yang istimewa, terutama faktor kekerasannya dan kemampuannyamendispersikan cahaya. Sifatsifat ini yang membuat intan digunakan dalam perhiasan dan berbagai penerapan di dalam dunia industri.
Intan terutama ditambang di Afrika tengah dan selatan, walaupun kandungan intan yang signifikan juga telah ditemukan diKanada, Rusia, Brazil, dan Australia. Sekitar 130 juta "carat" (26.000 kg) intan ditambang setiap tahun, yang berjumlah kira-kira $9 miliar dolar Amerika. Selain itu, hampir empat kali berat intan dibuat di dalammakmal sebagai intan sintetik (synthetic diamond). Penambangan intan Intan terutama ditambang dari pipa-pipa vulkanis, tempat kandungan intan yang berasal dari bahan-bahan yang dikeluarkan dari dalam Bumi karena tekanan dan temperaturnya sesuai untuk pembentukan intan. Intan terdapat dari dalam perut bumi yang digali baik secara manual maupun dengan mekanisasi. Sekarang kebanyakan para penambang intan sudah menggunakan mekanisasi, yaitu dengan mesin penyedot untuk menyedot tanah yang sudah digali. Tanah yang disedot bersama air, dipilah melalui tapisan. Dengan keterampilannya, si penambang bisa membedakan batu biasa, pasir, atau intan. Intan yang baru didapat ini disebut "galuh" di daerahBanjarmasin. Galuh ini masih merupakan intan mentah. Untuk menjadikannya siap pakai, intan harus digosok terlebih dahulu. Penggosokan intan yang ada di masyarakat sebagian besar masih dengan alat tradisional. D. Karbida Karbida adalah istilah untuk atom karbon yang kelebihan elektron. Contoh senyawa karbida adalah kalsium karbida CaC2. Karbit atau Kalsium karbida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CaC2. Karbit digunakan dalam proses las karbit dan juga dapat mempercepat pematangan buah. Persamaan reaksi Kalsium Karbida dengan air adalah CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2 Karena itu 1 gram CaC2 menghasilkan 349ml asetilen. Pada proses las karbit, asetilen yang dihasilkan kemudian dibakar untuk menghasilkan panas yang diperlukan dalam pengelasan
E. NDT (non-Destructive Test) NDT (Non-Destructive Testing) adalah salah satu teknik mengujian material tanpa merusak benda ujinya. Pengujian dapat mendeteksi secara dini timbulnya crack atau flaw pada material secara dini, tanpa menunggu material tesebut gagal ditengah operasinya. Dari tipe keberadaan crack pada material NDT dapat dibedakan dalam 2 macam, yaitu: surface crack dan inside crack. Pada saat
pengujian maka harus sudah ditentukan dahulu targetnya (misal surface crack atau inside crack), baru digunakan metoda NDT yang tepat. Untuk inside crack ada 3 metoda yang dapat digunakan, yaitu: 1. Radiography, dengan menggunakan sinar X untuk mendapatkan gambaran dalam material. Prinsipnya sama dengan sinar X yang digunakan untuk tubuh manusia, tetapi panjang gelombang yang digunakan berbeda (lebih pendek). 2. Ultrasonics, dengan menggunakan gelombang ultrasonic dengan frequensi antara 0.1 ~ 15 Mhz. Prinsipnya, gelombang ultrasonic dipancarkan dalam material dan gelombang baliknya atau gelombang yang sampai di sisi yang lain di bandingkan dengan kecepatan suara dari material itu sendiri untuk mendapatkan gambaran posisi dari crack. 3.
Accustic emmision, (sorry saya nggak bisa jelaskan tentang hal ini)
Untuk surface crack ada beberapa metoda yang dapat digunakan, yaitu: 1. Visual Optical, melihat/mencari crack yang berada dipermukaan material dengan bantuan optik. 2. Liquid Penetrant, yaitu dengan menyemprotkan/mengulaskan cairan berwana pada permukaan material. Pada prinsipnya teknik ini untuk mempermudah penglihatan saja. 3. Magnetic Particles, cara ini dengan menggunakan serbuk magnetik yang di sebarkan dipermukaan benda uji. Pada saat crack ada dalam perbukaan benda uji, maka akan terjadi kebocoran medan magnit di sekitar posisi crack, sehingga dengan mudah akan bisa dilihat oleh mata. Setelah pengujian magnetic, maka benda uji akan menjadi bersifat magnet, krn pengaruh serbuk magnet tersebut, maka untuk menghilangkan effek itu digunakan metoda demagnetization (proses menghilangkan medan magnet pada benda uji), salah satu caranya dengan menggunakan hammering (benda uji dipikul dengan hammer, sehingga timbul getaran yang akan melepaskan partikel magnet) Eddi current, prisipnya hampir sama dengan teknik medan magnet, tetapi disini medang listrik yang dipancarkan dari arus listrik bolak-balik, ketika ada crack maka medan listrik akan berubah dan perubahannya itu akan terbaca pada alat pengukur impadance. Prinsip ini erat kaitannya dengan impedansi, maka halinya sangat dipengruhi oleh jarak antara benda uji dengan alat ukurnya. http://sujawanlongerindi.blogspot.sg/2011/12/heat-treatment.html
Heat Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance ( tungku ) pada temperature rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air garam, oli dan solar yang masingmasing
mempunyai
kerapatan
pendinginan
yang
berbeda-beda.
Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan degnan kecepatan tertentu maka bahan-bahan
logam
dan
paduan
memperlihatkan
perubahan
strukturnya.
Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan atau pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan
pendinginan
dan
batas
temperature
sangat
menetukan.
Quenching Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka austenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan
pendingin
yang
kita
inginkan
untuk
mencapai
kekerasan
baja.
Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk sementit oleh karena itu terjadi fase mertensit, ini berupa fase yang sangat keras dan bergantung
pada
keadaan
karbon.
Martensit adalah fasa metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat. Pemanasan harus dilakukan secara bertahap (preheating) dan perlahan-lahan untuk memperkecil deformasi ataupun resiko retak. Setelah temperatur pengerasan (austenitizing) tercapai, ditahan dalam
selang
waktu
tertentu
(holding
time)
kemudian
didinginkan
cepat.
Pada dasarnya baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan. Melalui temper, kekerasan, dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun, sedang keuletan dan ketangguhan akan meningkat. Pada saat tempering proses difusi dapat terjadi yaitu karbon dapat melepaskan diri dari martensit berarti keuletan (ductility) dari baja naik, akan tetapi kekuatan tarik, dan kekerasan menurun. Sifat-sifat mekanik baja yang telah dicelup, dan di-temper dapat
diubah
dengan
cara
mengubah
temperatur
tempering.
Annealing Proses anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas temperature kritis ( 723 °C ) selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature merata disusul dengan pendinginan secara perlahanlahan sambil dijaga agar temperature bagian luar dan dalam kira-kira sama hingga diperoleh struktur yang diinginkan
dengan
menggunakan
Tujuan
media
proses
1.
udara.
anneling
Melunakkan
2.
pendingin
:
material
Menghilangkan
tegangan
logam
dalam
/
sisa
3. Memperbaiki butir-butir logam.
Normalizing Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namun hasilnya jauh lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin
berupa
pengerasan
dan
ini
tergantung
dari
kadar
karbon.
Tempering. Perlakuan untuk menghilangkan tegangan dalam dan menguatkan baja dari kerapuhan disebut dengan memudakan (tempering). Tempering didefinisikan sebagai proses pemanasan logam setelah dikeraskan pada temperatur tempering (di bawah suhu kritis), yang dilanjutkan dengan proses pendinginan. Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan, melalui proses tempering kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun pula sedang keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Meskipun proses ini menghasilkan baja yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil (annealing) karena di sini sifat-sifat fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Pada suhu 200°C sampai 300°C laju difusi lambat hanya sebagian kecil. karbon dibebaskan, hasilnya sebagian struktur tetap keras tetapi mulai kehilangan kerapuhannya. Di antara suhu 500°C dan 600°C difusi berlangsung lebih cepat, dan atom karbon yang berdifusi di antara atom besi dapat membentuk sementit. Menurut 1.
tujuannya Tempering
proses pada
tempering suhu
rendah
dibedakan (
sebagai
berikut
:
–
300°C
)
150°
Tempering ini hanya untuk mengurangi tegangan-tegangan kerut dan kerapuhan dari baja, biasanya untuk alatalat potong, mata bor dan sebagainya. 2.
Tempering
pada
suhu
menengah
(
300°
-
550°C
)
Tempering pada suhu sedang bertujuan untuk menambah keuletan dan kekerasannya sedikit berkurang. Proses ini digunakan pada alat-alat kerja yang mengalami beban berat, misalnya palu, pahat, pegas. Suhu yang digunakan 3.
dalam
Tempering
penelitian pada
ini suhu
adalah tinggi
500C (
pada 550°
proses -
tempering. 650°C
)
Tempering suhu tinggi bertujuan memberikan daya keuletan yang besar dan sekaligus kekerasannya menjadi agak rendah misalnya pada roda gigi, poros batang pengggerak dan sebagainya.
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Penjelasan ·
Bentuk
diagram: diagram
tergantung
dengan
komposisi
kimia
terutama
kadar
karbon
dalam
baja.
II-9 · Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian
atas
dari
kurva
C,
akan
menghasilkan
struktur
perlit
dan
ferit.
· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka
akan
mendapatkan
struktur
mikro
Bainit
(lebih
keras
dari
perlit).
· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat ·
Semakin
keras tinggi
kadar
karbon,
maka
dan kedua
buah
kurva
C
tersebut
getas). akan
bergeser
kekanan.
· Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir
yang
lebih
kecil.
Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari
suhu
yang
lebih
tinggi
sampai
dengan
suhu
rendah.
Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
http://sefnath.blogspot.sg/2013/09/perlakuan-panas-heat-treatment.html
Heat Treatment A. EFEK PADA STRUKTUR MIKRO DAN UKURAN BUTIRAN Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan denganjalan heat treatment. Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).
Fig 6.3 Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face – centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)
Penjelasan diagram:
Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).
Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas
Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.
Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit.
Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit.
Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit.
Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.
Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram:Isothermal Tranformation Diagram.
Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel Penjelasan diagram:
Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.
Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.
Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).
Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).
Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.
Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
C. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah. Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
Penjelasan diagram: Pada proses pendinginan secara perlahan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
seperti
pada
garis
(a)
akan
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja:
Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.
Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 9800C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).
Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.
Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat. Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat disesuaikan dengan pemilihan heat treatment yang tepat. Keterangan tambahan:
Ferit biasa dinamakan juga Besi - α Austenit dinamakan juga Besi - g Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d
http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm
BAB I HEAT TREATMENT 1.1 PENDAHULUAN
1.1.1 Latar Belakang Baja karbon mempunyai nilai kekerasan yang berbeda bergantung pada kadar karbon pada suatu baja. Namun, pada kadar karbon yang sama juga bisa mempunyai nilai kekerasan yang berbeda. Hal tersebut dapat terjadi akibat proses manufacturing yang berbeda-beda pada baja kadar karbon sama. Sehingga, kita perlu mempelajari fenomena-fenomena pengerasan baja karbon agar kita bisa mendapatkan baja karbon sesuai dengan spesifikasi yang kita inginkan. Pada logam lain juga dapat mengeras jika diberi suatu perlakuan tertentu. Suatu logam dapat berubah kekerasannya akibat dari faktor-faktor penentu kekerasan logam itu juga sehingga kita perlu memahami faktor penetu kekerasan logam tersebut. Praktikan juga dituntut untuk memahami mekanisme dan fenomena precipitation hardening pada paduan Al-Cu untuk mengetahui perubahan kekerasan pada logam tersebut apabila diberiheat treatment [1] 1.1.2 Tujuan Praktikum 1. Menentukan pengaruh proses pemanasan terhadap kekerasan 2. Menentukan kekerasan dari suatu material yang sesuai dengan kebutuhan. 3. Mendapatkan sifat mekanik material yang diinginkan. 4. Mengetahui pengaruh pendinginan dengan berbagai perlakuan dengan media udara, air dan oli. 5. Mengetahui macam-macam proses heat treatment. 6. Mengetahui berbagai aplikasi heat treatment dalam bidang industri. [2] 1.1.3 Manfaat 1. Dapat mengetahui sifat mekanik material yang diinginkan dengan malakukan Heat Treatment 2. Dapat menentukan kekerasan dari suatu material yang sesuai dengan
kebutuhan 3. Dapat Mengetahui sifat kekuatan dan keuletan material 4. Dapat Mengetahui macam-macam proses heat treatment suatu material 5. Dapat Mengetahui berbagai aplikasi heat treatment dalam bidang industri. 6. Dapat Mengetahui pengaruh pendinginan dengan berbagai perlakuan dengan media udara, air dan oli. [2] 1.2 DASAR TEORI
1.2.1 Pengertian Heat Treatment Heat Treatment merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja, melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju pendinginan. Heat treatment merupakan mekanisme penguatan logam dimana logam yang akan kita ubah sifatnya sudah berada dalam kondisi solid. Dalam heat treatment kita memanaskan specimen sampai dengan temperature austenisasinya. [3] Tujuan dari heat treatment adalah : 1. Mempersiapkan material untuk pengolahan berikutnya. 2. Mempermudah proses machining. 3. Mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan energi. 4. Memperbaiki keuletan dan kekuatan material 5. Mengeraskan logam sehingga tahan aus dan kemampuan memotong meningkat. 6. Menghilangkan tegangan dalam. 7. Memperbesar atau memperkecil ukuran butiran agar seragam. 8. Menghasilkan pemukaan yang keras disekeliling inti yang ulet. Dalam pengujian ini hanya dilakukan untuk menentukan kekerasan dari suatu material. Kekerasan sendiri adalah suatu sifat mekanis yang berkaitan dengan kekuatan (strength) dan merupakan fungsi dari kandungan karbon dalam logam. Pembentukan sifat-sifat dalam baja tergantung pada kandungan karbon, temperatur pemanasan, sistem pendinginan, serta bentuk dan ketebalan bahan. 1. Pengaruh unsur karbon Kekerasan baja ini tergantung dari pada jumlah karbon yang terkandung di dalam baja, dimana makin tinggi prosentase karbonnya makin keras baja. Berdasarkan kandungan karbonnya, baja dapat dikelompokkan menjadi : a. Baja karbon rendah (low carbon steel) yang mengandung karbon kurang dari 0.3% b. Baja karbon sedang (medium carbon steel) yang mengandung karbon 0.3%0.7% c. Baja karbon tinggi (high carbon steel) kandungan karbon sekitar 0.7%-1.3%. [4] 2. Pengaruh suhu pemanasan Baja karbon rendah dipanaskan diatas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh unsur
karbon masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja karbon tinggi biasanya dipanaskan hanya sedikit diatas titik kritis terendah (bawah). Dalam hal ini, terjadi perubahan perlit menjadi austenit. Pendinginan yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk martensit. Juga sewaktu kandungan karbon diatas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit, karena larutannya telah menjadi keras. Sehingga perlu dilakukan pemanasan pada suhu tinggi untuk mengubahnya dalam bentuk austenit. Lamanya pemanasan bergantung atas ketebalan bahan tetapi bahan harus tidak berukuran panjang karena akan menghasilkan struktur yang kasar.[5] 3. Pengaruh pendinginan Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan kecepatan pendinginan kritis maka seluruh austenit akan berubah ke dalam bentuk martensit. Sehingga akan dihasilkan kekerasan baja yang maksimum. Adapun kecepatan pendinginan kritis adalah bergantung pada komposisi kimia baja. Kecepatan pendinginan tergantung pada pendinginan yang digunakan. Untuk pendinginan yang cepat digunakan larutan garam atau soda api yang dimasukkan ke dalam air. Sementara itu, untuk pendinginan yang sangat lambat digunakan embusan udara secara cepat melalui batas lapisannya. [5] 4. Pengaruh bentuk Baja cair bila didinginkan melai membeku pada titik-titk inti yang cukup banyak. Atom-atom yang tergabung dalam kelompok di sekitar suatu inti cenderung memiliki letak yang serupa. Ukuran butir tergantung pada beberapa factor anatara lain laju pendinginan sewaktu pembekuan. Baja dengan butiran yang kasar kurang tangguh dan kecenderungan untuk distorsi. Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu proses pembuatan , akan setelah baja jadi dapat dikendalikan melalui perlakuan panas.[6] 5. Pengaruh ketebalan bahan Pengaruh ketebalan bahan terhadap lama pemanasan atau penahanan pada suhu tertentu adalah semakin tebal bahan yang akan di heat treatment maka semakin lama waktu penahanan yang diperlukan. Tabel 1.1 Pegaruh ketebalan bahan [7] Diameter (Thickness) of tool (mm) Up to 20 21-40 41-60 Over 60
Holding time (hours) 1.0 1.5 2.0 2.5
Dari penjelasan di atas, secara umum pemanasan pada baja dapat dibuat skema transformasi dekomposisi austenite seperti pada Gambar 1.1 di bawah ini. Gambar 1.1 Transformasi yang Melibatkan Dekomposisi Austenit [8] Selain karbon, pada besi dan baja terkandung Si, Mn, dan unsur pengotor lain seperti P, S, dan lain-lain. Unsur-unsur tersebut tidak berpengaruh besar terhadap diagram fasa seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.2, sehingga
diagram fasa dapat dipergunakan tanpa menghiraukan adanya unsur-unsur tersebut. Paduan besi karbon terdapat fasa karbida yang disebut sementit dan grafit, grafit lebih stabil daripada sementit. Gambar 1.2 Diagram Fasa Besi-Karbon [9] Titik penting dalam diagram fasa ini adalah : A : Titik cair besi B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan titik peritetik H : Larutan padat alpha yang ada hubungannya dengan reaksi peritetik J : Titik peritetik selama pendinginan austenit pada komposisi j fasa gamma terbentuk pada larutan padat pada cairan dan komposisi pada komposisi B N : Titik transformasi dari titik alpha menjadi titik gamma. Titik transformasi dari titik A4 dari besi murni C : Titik eutetik selama pendinginan fasa gamma dengan komposisi C dan sementit pada komposisi f terbentuk dari cairan pada komposisi C. Fasa ini disebut deleburit E : Titik yang menyatakan fasa gamma ada hubungannya dengan titik eutetik. G : Titik transformasi dari alpha menjadi gamma. Titik transformasi A3 untuk besi P : Titik yang menyatakan ferit, fasa alpha ada hubungannya dengan reaksi eutektoid S : Titik eutektoid selama pendinginan ferrit pada komposisi alfa dan sementit pada komposisi terbentuk simultan dari austenit pada komposisi s. Reaksi eutektoid ini dinamakan transformasi A1 dan fasa eutektoid ini dinamakan ferrit. A2 : Titik transformasi megnetik untuk besi atau ferit A3 : Titik transformasi magnetic untuk sementit Dalam heat treatment yang terjadi pada baja terdapat fasa-fasa yang dialami oleh baja itu sendiri pada saat proses berlangsung. Fasa pada baja dapat dilihat pada tabel 2.2. Tabel 1.2 Tabel Fasa pada Baja [10] Fasa dan Simbol Struktur Penjelasan MENURUT KRISTAL Austenit () FCC Paramagnetik dan stabil pada temperatur tinggi, titik mulur jelas, tidak getas pada saat dingin. Ferit () BCC Stabil pada temperatur rendah, kelarutan padat terbatas, dapat berada bersama Fe3C (sementit) atau lainnya, titik mulur jelas, getas pada temperatur rendah. Bainit () BCC Austenit metastabil didinginkan dengan laju pendinginan cepat tertentu, terjadi hanya presipitasi Fe3C, unsur paduan lainnya tetap larut. Martensit (’) BCT Metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua unsur paduan larut dalam keadaan padat. MENURUT KEADAAN Perlit Lapisan ferit dan Fe3C.
Widmanstaetten dan dalam orientasi pada presipitasi ferit Dendrit Berbentuk cabang-cabang seperti pohon, struktur ini terbentuk karena segregasi karbon pada pembekuan Sorbit Sorbit adalah perlit halus Trosit trosit adalah bainit. Nama ini tidak bnayak dipakai. Catatan: FCC = Face Centered Cubic BCC = Body Centered Cubic BCT = Body Centered Tetragonal 1.2.2 Jenis-Jenis Heat Treatment Heat treatment untuk baja terdiri dari dua proses utama, yaitu: I. Hardening Hardening adalah proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di atas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat. Untuk proses ini dilakukan dengan input panas dan transfer panas dalam waktu pendek. Tujuan hardening untuk merubah struktur baja sedemikian rupa sehingga diperoleh struktur martensit yang keras. Prosesnya adalah baja dipanaskan sampai suhu tertentu antara 770-830º C (tergantung dari kadar karbon) kemudian ditahan pada suhu tersebut, beberapa saat kemudian didinginkan secara mendadak dengan mencelupkan dalam air, oli atau media pendingin yang lain. Dengan pendinginan yang mendadak, tidak ada waktu yang cukup bagi austenit untuk berubah menjadi perlit dan ferit atau perlit dan sementit. Pendinginan yang cepat menyebabkan austenit berubah menjadi martensit. Hasilnya keuletan tinggi.[11] Di dalam hardening baja hipoeutectoid dipanaskan 30-50 oC diatas upper critical temperatur, sementara baja hypereutectoid dipanaskan 30-50 oC diatas lower critical temperatur. Tergantung pada ketebalan dari komponen, baja ditahan pada temperatur ini untuk waktu yang diperlukan dan kemudian didinginkan pada media pendinginan yang sesuai seperti udara, brine, oil dan udara. Baja hypoeutectoid terdiri dari ferrit dan peaalit sementara baja hypereutectoid terdiri dari pearlit dan cementit. Saat memanaskan diatas temperatur kritis, strukturnya terdiri dari unsur pokok tunggal dinamakan austenit. Saat pendinginan cepat, austenit berubah menjadi unsur pokok mikro dinamakan maartensit. Martensit mungkin disebut solusi titik jenuh dari karbon pada α-iron dimana sangat kuat dan rapuh. Kekerasan pada baja akibat dari martensit. Untuk lebih jelasnya dapat melihat gambar 2.3. dimana di dalam gambar itu diterangkan tentang hubungan antara kandungan karbon dengan temperatur kekerasan pada baja. Gambar 1.3. Temperature hardening pada baja [12] Menurut proses pengerasannya hardening dibagi menjadi dua, yaitu: 1. Surface hardening Surface hardening adalah proses pengerasan material pada permukaan bahan. Secara garis besar surface hardening dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu
surface hardening dengan penambahan zat dan surface hardening tanpa penambahan zat. A. Surface hardening dengan penambahan zat Surface hardening dengan penambahan zat dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: a. Karburasi Karburasi adalah cara pengerasan agar baja yang memiliki kadar karbon rendah menjadi keras pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi pada lapisan luarnya. Biasanya suhu pada proses karburasi adalah 1700o F. Setelah proses pendinginan maka pada permukaan baja dapat dilihat dengan mikroskop bahwa terdapat bagian-bagian hypereutektoid, zona yang terdiri dari perlit dengan jaringan sementit yang putih, diikuti zona eutektoid, hanya terdiri dari perlit, dan terakhir adalah zone hypoeutektoid, yang terdiri dari perlit dan ferrit, dimana jumlah ferrit meningkat hingga pusat dicapai (gambar 2.4). Gambar 1.4 Permukaan Baja Setelah Proses Pendinginan [13] Metode ini sering digunakan untuk mengeraskan permukaan baja. Pada metode ini digunakan baja dengan kandungan karbon rendah sekitar 0,10% sampai 0,25%. Pada umumnya karburisasi terjadi pada suhu 900-930C dan permukaan baja dan menghasilkan 0,7-0,9% kandungan karbon pada permukaan baja. Pada proses ini karbon berbaur dengan baja melalui pemanasan dan menjaga kontak antara baja dengan zat berkarbon lain yang dapat berbentuk padat, cair atau gas. Tebal lapisan tergantung pada waktu dan suhu perlakuan panas. Proses yang terjadi adalah membuat kontak antara material yang kaya akan karbon dengan dengan logam yang akan dikeraskan. Atom-atom karbon tertarik dan berpindah dari material yang kaya akan karbon menuju permukaan logam. Karburasi sendiri terdiri dari beragam cara antara lain karburasi padat, karburasi cair dan karburasi gas. [9] Gambar 1.5 Grafik hubungan antara kekerasan dan kandungan karbon pada saat karburisasi(a)Non- alloyed steel (En 32), (b)C-Mn steel (En 201), (c)Ni-Cr steel (En351) [9] 1. Karburasi Padat Karburasi padat (pack carburizing) adalah salah satu bentuk karburasi yang telah dikenal sejak lama. Dalam proses ini baja mengalami pemanasan dengan menggunakan 80% batu bara dan 20% BaCO3 sebagai nergy dalam kotak pemanas dan dipanaskan pada suhu 930C dalam kotak pemanas elektrik dengan waktu tertentu tergantung pada kedalaman yang diinginkan. Temperatur yang tinggi pada alat tersebut membantu penyerapa karbon pada lapisan luar. Reaksi yang terjadi : 1. Penguraian nergy untuk memberikan gas CO pada permukaan baja BaCO3 BaO + CO2 CO2 + C 2CO 2. Karbon monoksida bereaksi dengan permukaan baja 2CO + Fe Fe(c) + CO2 3. Karbon berdifusi ke dalam baja
4. CO2 yang terbentuk dalam tahap (i) bereaksi dengan ‘C’ pada batubara CO2 + C 2CO Pada umumnya waktu karburasi bervariasi antara 6 sampai 8 jam dan kedalamannya antara 1-2 mm. Pada proses ini hasilnya bergantung pada kualitas batu bara. Pada proses ini kontrol suhu dan kedalaman lebih kecil daripada karburisasi cair dan gas. 1) Kelebihan sistem karburasi ini adalah 1. Memerlukan biaya yang kecil 2. Sangat mudah dari pada teknik surface hardening yang lain. 2) Kekurangannya sistem karburasi ini adalah 1. Memakan waktu yang cukup lama 2. Merupakan proses hardening yang kotor. Gambar 1.6 Proses Pack Carburizing [14] Gambar 1.7 Penyusunan Benda pada Pelaksanaan [9] 2. Karburasi Gas Karburasi gas (gas carburizing). Metode ini adalah karburasi yang paling sering digunakan. Proses ini dilakukan pada tabung kimia, pendingin tertutup, atau tungku pemanas dengan pendorong kontinu. Suhu gas untuk karburasi sekitar 870-950 C. Gas tersebut dihasilkan dari cairan (metanol, isopropanol) atau gas hidrokarbon (propana dan metana). Generator gas endotermik digunakan untuk menghasilkan gas endotermik. Senyawa propana atau metana akan terpecah oleh udara pada tabung kimia pada generator endogas untuk membentuk gas penghubung, dimana titik pengembunannya diatur pada +4C dengan rasio gas yang tepat. Komposisi gas tersebut: Nitrogen 40% Hidrogen 40% Karbon monoksida 20% Karbon dioksida 0,3% Metana 0,5% Uap air 0,8% Oksigen sisanya Gas tersebut merupakan gas penghantar dalam proses ini. Tungku pemanas dipenuhi oleh gas tersebut sampai bertahan pada tekanan positif. Keadaan ini akan mencegah infiltrasi udara dari atmosfer. Gas ini juga mencegah oksidasi baja selama pemanasan. Selama karburasi gas, reaksi yang berlangsung adalah: (i) C3H8 2CH4 + C (pemecahan hidrokarbon) (ii) CH4 + Fe Fe(c) +2H2 (iii) CH4 + CO2 2CO +2H2 (iv) 2CO + Fe Fe(c) + CO2 Karburasi terjadi sebagian besar meliputi konversi CO menjadi CO2 pada reaksi (iv). Hidrogen bereaksi dengan CO2 dan meningkatkan konsentrasi CO dengan reaksi:
H2 + CO2 CO + H2O Oksigen (O2) dihasilkan dari reaksi: 2CO 2CO + O2 2CO + Fe Fe(c) + O2 Gambar 1.8 Proses Gas Carburizing [15] Gambar 1.9 Tungku Karburasi Gas [15] Gas digunakan sebagai bahan perantara yang sesuai untuk karburasi yang dilakukan terus menerus. Hal itu akan menghasilkan suatu lapisan yang tebalnya sekitar 1 mm dan memerlukan waktu sekitar 4 jam. Selama karburasi, peralatan dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang dipanaskan dengan gas karbon yang sesuai. Kandungan karbon di dalam lapisan komponen dapat dikontrol dengan mengatur komposisi gas untuk karbonasi. Pelaksanaan karbonasi yang memerluakan waktu lama akan menyebabkan terjadi pertumbuahan butir-butir baru, kecuali kalau baja disepuh dengan perantaraan nikel. Peralatan yang dikarbonasi dengan perantaraan perlakuan panas dan menghasilkan butiran-butiran adalah suatu baja yang akan mempunyai lapisan sekitar 0.83% karbon dan intinya sekitar 0.15% karbon. Secara berangsur-angsur butiran akan berpindah dari lapisan luar ke arah inti sekitar 0.5 mm. Suhu perlakuan panas untuk inti akan lebih tinggi daripada suhu untuk lapisan, sehingga pengerjaan lapisan pada inti dilakukan secara terpisah. [9] 3. Karburasi Cair Karburasi cair (liquid carburizing) menggunakan larutan sianida (CN) pada baja berkarbon rendah yang dipanaskan dengan menggunakan belanga pemanas yang dipanaskan dengan minyak atau gas. Suhunya kira-kira 815-900 C. Proses yang dilakukan dengan kontinu dan otomatis akan memberikan hasil akhir yang baik. Permukaan larutan ditutup dengan grafit atau batu bara untuk mengurangi hilangnya radiasi dan dekomposisi sianida yang berlebihan. Selain sodium dan potassium sianida, larutan yang digunakan juga mengandung sodium dan potassium klorida dan barium klorida yang berperan sebagai aktivator. Reaksi pada larutan garam sianida: BaCl2 + 2Na CN Ba(CN)2 + 2NaCl Ba(CN)2 + Fe Fe(c) + BaCN2 Difusi nitrogen berguna untuk oksidasi sianida (CN) menjadi CNO. Pada karburasi cair, jangka waktu pemanasannya pendek dan perambatan panasnya cepat. Proses ini menghasilkan lapisan karburisasi yang merata, tipis dan jernih (ketebalannya 0,08mm). Akan tetapi, proses ini memerlukan pengawasan dan kehati-hatian untuk mencegah peledakan. Gambar 1.10 Diagram Karburasi [9] Kelebihan : 1. Karena cairan mentransfer panas dengan cepat maka karbon yang ditambahkan juga lebih cepat. 2. Pengerasan yang dihasilkan lebih merata.
Kekurangan : 1. Beberapa nitrogen terserap bersama-sama dengan karbon dan menyebabkan pengerasan mendadak. 2. Material harus dikeringkan setelah proses ini untuk menghindari korosi, hal tersebut memakan waktu dan biaya. [9] b. Nitriding Proses nitriding adalah proses pengerasan permukaan pada atmosphere yang mengandung campuran gas ammonia dan dissociated ammonia. Efektivitas dari proses ini tergantung pada formasi nitride dalam baja oleh reaksi nitrogen dengan unsur material. Nitrogen harus diubah menjadi atom-atom karena molekul nitrogen tidak akan bereaksi. Suhu dinaikkan antara 925F-1050F selama 10-72h. Nitrogen yang diserap oleh logam membentuk nitride yang keras yang merata pada permukaan logam. Baja nitriding terjadi karena pengaruh unsur paduan tertentu lebih kuat daripada baja biasa dan lebih mudah perlakuan panasnya. Nitriding adalah proses yang paling efektif untuk baja campuran yang mengandung elemen pembentuk nitrida stabil seperti alumunium, chromium, molybdenum, vanadium, dan tungsten. Logam dipanaskan sampai sekitar 510o C di dalam lingkungan gas amonia selama beberapa waktu. Nitrogen yang diserap oleh logam membentuk nitrida yang keras yang tersebar merata pada permukaan logam. Logam paduan khusus yang dibuat untuk proses ini. Aluminium sebanyak 1–1,5 %, berkombinasi dengan gas membentuk partikel yang stabil dan keras. Suhu pemanasan berkisar antara 495-565o C. Reaksi yang berlangsung : 2NH3 2[N]Fe + 3H2 Nitriding diaplikasikan untuk mengeraskan permukaan poros poros baja , selain itu juga diaplikasikan dalam pembuatan ring piston karena dapat meningkatkan ketahanan komponen dengan menunda kerusakan lapisannya Gambar 1.11 Tungku nitriding cair [16] Gambar 1.12 Dapur Nitriding [9] Gambar di atas menggambarkan seperti apa tempat yang dipakai proses nitriding beserta alur kerjanya. Proses nitriding cair ( liquid nitriding ) menggunakan garam sianida cair dan suhunya ditahan didaerah transformasi. Penyerapan nitrogen lebih mudah sedangkan penyerapan karbon lebih sedikit dibandingkan dengan proses cyaniding atau karburasi. Pengerasan dapat mencapai ketebalan 0,03 – 0,3 mm. Pada proses nitriding terbentuk lapisan permukaan yang sangat keras dengan kekerasan antara 900–1100 brinell. Baja nitriding karena pengaruh unsur paduan tertentu lebih kuat dari pada baja biasa dan lebih mudah perlakuan panasnya. Sebaiknya jenis ini dibentuk dan mengalami perlakuan panas sebelum nitriding karena selama nitriding tidak terbentuk kerak. Perlakuan nitriding tidak mempengaruhi struktur dan sifat–sifat bagian dalam karena tidak diperlakukan pencelupan. Perlakuan luar tahan korosi, khususnya dalam air, kabut air garam, alakali, minyak kasar atau gas alam. Kelebihannya permukaan material yang
diproses nitriding akan lebih tahan terhadap korosi, kemungkinan terjadinya distorsi atau retak kecil sekali sedangkan kekurangannya proses ini memakan biaya yang mahal dan berjalan dengan lambatorsi. Nitriding tidak seperti carburizing, tidak memerlukan quenching untuk mendapatkan kekerasan. Nitriding adalah proses yang paling efektif untuk baja campuran yang mengandung elemen pembentuk nitrida stabil seperti alumunium, chromium, molybdenum, vanadium dan tungsten. Proses ini tidak menghasilkan kerak dan tidak mempengaruhi struktur dan sifat-sifat bagian dalam karena tidak diperlakukan pencelupan. Dari gambar di bawah dapat kita lihat pengaruh dari nitrit. Gambar 1.13 effek Nitriding [17] Kelebihan: 1. Mempunyai resistensi fatigue (kelelahan) 2. Permukaan material yang diproses nitriding akan lebih tahan terhadap korosi 3. Kemungkinan terjadinya distorsi sangat kecil. Kekurangan: 1. Prosesnya lambat 2. Biayanya sangat mahal. [17] c. Boronizing Boronizing adalah salah satu metode surface hardening baru. Ada dua macam tehnik boronizing, yaitu dengan boronizing padat dan gas. Untuk boronizing padat, komponen ditempatkan di dalam kotak tahan panas dan dicampur dengan butiran atau pasta boron karbida atau senyawa boron lain dengan tambahan katalis pada suhu 900-1000C. Boron berdifusi ke dalam dan membentuk lapisan besi borid (FeB dan Fe2B). Pada permukaan paling luar akan terbentuk lapisan FeB dan pada bagian dalamnya terbentuk fase Fe2B. Lapisan borid sangat keras, kekerasannya dapat mencapai lebih dari 1500 VPN. Lapisan ini memiliki resistansi tinggi, dan digunakan untuk kompenen traktor, cetakan drop forging, dan jig buses. [9] Gambar 1.14 Borron carbide abrasive garade 60 sd 120 [18] Gambar 1.15 Boronized Trimming Wheel for Tobacco Processing [19] Kelebihan : 1. Material hasil boronzing sangat keras memiliki resistensi tinggi ,case depth 0.025-0.075 mm 2. Wear resistance , biasa digunakan sebagai tool dan die steel 3. Memiliki ketahanan korosi Kekurangan : 1. Waktu prosesnya lama 2. Lapisan terluarnya labil dan gampang terkelupas [20] d. Carbonitriding Carbonitriding adalah kombinasi antara gas carburizing dan nitriding. Carbonitriding, sianida kering atau nikarbing adalah suatu proses pengerasan
permukaan di mana baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Dapat digunakan gas ammonia atau gas yang akan kaya karbon. Amonia dan gas alami dialirkan mengenai material, material yang dihasilkan adalah kombinasi antara besi karbida (dari karbon) dan besi nitrida (dari nitrogen). Lapisan yang tahan aus mempunyai ketebalan antara 0,08 sampai 0,75 mm. Keuntungan carbonitriding adalah bahwa kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan baja yang relatif murah. Carbonitriding diaplikasikan pada : – Komponen mesin untuk kendaraan bermotor, antara lain: steering gears, cylinder heads, cylinder liners, valves dan valves quiders, connecting rod -komponen-komponen mesin perkakas termasuk dies, antara lain: cutting tools (high speed steel), rolling tools, drawing tools, dies casting moulds, forging dies, dan lain-lain. Gambar 1.16 Proses Carbonitridin [13] Gambar di bawah ini merupakan contoh material yang telah mengalami proses karbonitriding. Gambar 1.17 Hasil Karbonitriding [19] 1. Kelebihan, karena dengan adanya nitrogen maka struktur austenit berubah. Perubahan ini menyebabkan penurunan temperatur dan pendinginan yang lambat. 2. Kekurangannya, prosesnya memakan waktu yang lama dibandingkan karburizing [9] e. Cyaniding Cyaniding adalah proses dimana terjadi absorbsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh permukaan yang keras pada karbon rendah yang sulit dikeraskan. Benda yang dikeraskan dimasukkan ke dalam dapur yang mengandung garam sianida natrium, suhunya sedikit di atas daerah Austenit, lama pemanasan tergantung pada permukaan yang dikeraskan. Benda kemudian dicelupkan ke dalam air untuk mendapatkan permukaan yang keras. Tebal lapisan antara 0.1 mm-0.4mm. Reaksi yang terjadi adalah : 2NaCN + O2 → 2NaCNO 2NaCNO + O2 → Na2CO3 + CO + 2N 2CO → CO2 + C Karbon dan nitrogen berdifusi dalam bentuk atom-atom ke dalam logam. Untuk ketebalan 0,13mm-0,35mm, dengan penahanan suhu pada 850o C, dibutuhkan konsentrasi sebagai berikut: NaCN = 30% NaCl = 35% Na2CO3 = 35% Cyaniding biasa diaplikasikan dalam pembuatan baja khusus , salah satu contoh adalah dalam pembuatan austenitic steel yaitu baja yang memiliki struktur mikro berupa austenite pada suhu kamar , hal ini bertujuan untuk memperoleh kekerasan baja yang tinggi.
Gambar 1.18 salt cyaniding [22] 1. Kelebihan, biaya yang dihabiskan tidak mahal karena baja karbon biasa dapat digunakan. 2. Kekurangan, sangat berbahaya karena garam sianida sangat beracun dan berbahaya jika terhirup. [9] f. Chromizing Chromizing berbeda dari proses pengerasan yang lain, chromium carbide berdifusi ke dalam logam , mengubah permukaan logam menjadi stainless steel. Stainless steel tersebut mempunyai kekerasan yang tinggi dan koefisien friction (geser) yang rendah. Baja mengandung jumlah nikel yang besar (kira-kira 15 – 20%) dan 0,1% karbon mempunyai kekuatan dan keuletan yang besar serta sangat baik ketahanannya terhadap korosi ). Chromizing digunakan untuk meningkatkan daya tahan logam terhadap korosi dan daya tahan logam terhadap panas. Proses ini tidak dibatasi hanya pada logam yang terbuat dari besi tetapi juga pada cobalt, nickel, tungsten, dan molybdenum. Proses chromizing mengandung carbon 0.6%. Temperature pada proses ini biasanya berkisar antara 1650F-2000F. [9] Chromizing biasa diaplikasikan pada bagian bagian dalam blok mesin seperti pada piston dan di bagian penggerak pada motor seperti pada chain-kit (gearset) , hal ini bertujuan untuk meningkatkan ketahanan komponen tersebut dari keausan akibat beban fatigue (lelah). Gambar 1.19 rantai yang telah di chromizing [23] Kelebihan 1. .material hasil proses akan meningkat daya tahan terhadap korosi 2. material hasil proses akan meningkat daya tahan terhadap panas 3. Proses ini tidak dibatasi hanya pada logam saja 4. Memiliki kekerasan yang tinggi Kekurangan 1. Proses pengeringannya memerlukan waktu yang lama 2. Membutuhkan temperature pemanasan yang tinggi agar hasil akhir memiliki permukaan yang halus g. Siliconizing Siliconizing adalah proses pengerasan permukaan dimana silikon berdifusi pada permukaan dasar logam. Silikon ini menghasilkan tebal lapisan antara 0,005-0,1 inci. Pemanasan dilakukan dalam cairan yang mengandung campuran silikon karbida dan gas chlorine hingga suhunya mencapai 1700-1850o F. Campuran cairan tersebut dimasukkan ke dalam sebuah tank. Bagian yang akan dikeraskan dimasukkan ke dalam sebuah conveyor yang akan melewati tank yang berisi cairan silikon karbida, dan gas chlorine. Tebal lapisan yang terbentuk tergantung pada lamanya pemanasan.[40] Siliconizing biasa di aplikasikan pada steel needle (jarum baja) , hal ini bertujuan untuk melapisi bagian dalam dan bagian luar nya, pada prosesnya dilakukan pencelupan kedalam conveyor yang berisi silicon karbida.
Kelebihan 1. Memiliki kekerasan yang tinggi 2. Tebal lapisan dapat diatur sesuai keinginan, tergantung dari waktu proses Kekurangan 1. Silikon ini menghasilkan tebal lapisan antara 0,005-0,1 inci, sehingga akan mengubah dimensi produk Gambar 1.20 Siliconizing [24] B. Surface hardening tanpa penambahan zat Surface hardening tanpa penambahan zat dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: 1. Flame Hardening Flame hardening adalah proses pemanasan permukaan yang menggunakan nyala api oxyacetylene untuk pemanasan permukaan logam. Proses ini hanya dapat dilakukan untuk logam yang mengandung kadar karbon tinggi atau sedang. Dasar penyalaan nyala api sama dengan pengerasan induksi yaitu pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan tebal lapisan yang mengeras tergantung pada kemampu pengerasan bahan, karena selam pemanasan tidak ada penambahan unsure-unsur lain. Pada alat dipasangkan juga aliran pendingin sehingga setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan langsung disemprot dengan air. Gambar 1.21 Flame hardening [9] Dari Gambar 1.21 di atas diperlihatkan 2 metode yang berbeda dalam proses flame hardening yaitu Progresive Flame Hardening (gbr.atas) dan Progresive Spin Hardening (gbr.bawah). Namun masih ada satu metode lagi yaitu Spot Flame Hardening. Dasar pengerasan nyala adalah sama dengan pengerasan induksi yaitu pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan tebal lapisan yang mengeras tergantung pada kemampuan pengerasan bahan, karena selama proses pengerasan tidak ada penambahan unsur-unsur lainnya. Pemanasan di lakukan dengan nyala oksiasitelin yang dibiarkan memanasi logam sampai suhu kritis. Pada alat dipasangkan juga aliran pendingin sehingga setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan langsung disemprot dengan air. Bila dikendalikan dengan baik, bagian-bagian dalam tidak terpengaruh. Tebal lapisan yang keras tergantung pada waktu pemanasan dan suhu nyala. Metode yang umum dilaksanakan pada flame hardening adalah: 1). Pengerasan stasioner : baik nyala maupun benda yang akan dikeraskan keduanya berada dalam keadaan diam, pengerasan bersifat setempat. 2). Pengerasan progresif : Nyala bergerak menuju ke benda yang diam; metode ini berguna untuk mengeraskan bagian yang luas, contohnya gigi dari roda gigi yang besar. 3). Pengerasan spinning : Nyala tetap diam sedangkan benda berotasi Metode ini digunakan untuk pengerasan bagian melingkar. 4). Pengerasan progresif-spinning : Nyala bergerak pada benda yang berputar. Metode ini digunakan untuk mengeraskan permukaan benda melingkar,
contohnya rolling. Proses ini menghasilkan permukaan yang keras dengan inti yang ulet. Bendabenda yang lapisannya besar dapat dikeraskan tanpa memanaskan seluruh benda, tebal lapisan yang dipanaskan dikendalikan dengan baik. 1. Kelebihan, menghasilkan permukaan yang keras dengan cepat dengan mencapai ketebalan antara 1/8-1/4 inch. 2. Kekurangan, tidak bisa diterapkan pada logam yang tipis, hanya dapat digunakan pada baja yang berkarbon tinggi.[9] Gambar 1.22 Flame Hardening [24] 2. Laser and Electron Beam Hardening Metode ini dapat digunakan untuk pengerasan secara selektif terhadap logam yang dapat dikeraskan. Laser dan electron beam mempunyai kegunaan yang sama dengan nyala api pada flame hardening atau induksi pada induction hardening. Metode ini hanya dapat digunakan pada baja dengan kandungan karbon dan logam yang dapat di-quenching. Laser dan electron beam digunakan untuk menaikkan suhu permukaan logam yang akan dikeraskan. Ukuran titik pengerasan elektron ialah sekitar 0,010 hingga 0.015 in2. Sedangkan laser mempunyai ukuran yang lebih besar daripada elektron, tetapi tidak lebih besar dari 0,150 in2 Gambar 1.23 Laser Beam Hardenin [22] Gambar 1.24 Contoh Proses Laser Beam Hardening [26] Keuntungan metode diatas yaitu: 1. Kita dapat melakukan pengerasan secara selektif , jadi pengerasan hanya diberikan pada bagian bagian yang kita inginkan Kedua metode diatas mempunyai kekurangan yang sama, yaitu: 1. Biaya peralatan yang mahal 2. Tidak dapat digunakan pada logam-logam yang termasuk high alloys. Metode ini terbatas hanya pada plain carbon steels, low alloy steels dan baja. [27] 3. Induction Hardening Induction hardening adalah metode yang mirip dengan flame hardening, dengan pengecualian bahwa sumber panasnya adalah sentral listrik di dalam logam oleh sebuah aliran induksi listrik. Yang dapat dikeraskan dengan metode ini adalah konduktor atau semikonduktor. Blok induksi yang berfungsi sebagai kumparan primer transformator ditempatkan di sekeliling benda yang akan dipanaskan. Arus berfrekuensi tinggi yang melewati blok ini akan menimbulkan arus induksi pada permukaan benda. Blok indikator yang mengelilingi permukaan yang dipanaskan dengan saluran air yang berlubang-lubang halus. Gambar 1.25 Induction hardening [9 dan 27] Aplikasi proses induction hardening akhir-akhir ini melalui penggunaan arus induksi dalam industri mengalami kemajuan pesat, termasuk penggunaan arus listrik untuk pencairan logam, pengerasan, dan perlakuan panas lainnya. Seperti pemanasan permukaan untuk penempaan, pemanasan untuk sinter, brazing dan
perlakuan jenis. Arus bolak-balik berfrekuensi tinggi berasal dari konverter merkuri, osilator spark atau osilator tabung. Frekuensi pada umumnya tidak melebihi 500.000 Hz. Untuk benda yang tipis digunakan frekuensi yang tinggi, sedangkan untuk benda yang tebal digunakan frekuensi yang rendah. Pemanasan induksi memberikan hasil yang cukup baik pada pengerasan permukaan kurkas dan yang harus tahan aus. Berbeda dengan pengerasan permukaan biasa, disini susunan kimia baja tidak berubah karena pemanasan berlangsung sangat cepat dan pencelupan permukaan tidak berpengaruh pada bagian dalamnya. Pengerasan yang diperoleh melalui pengerasan induksi sama dengan pemanasan biasa dan tergantung pada kadar karbon. Setelah baja dipanaskan sampai suhu yang tepat disemprotkan air sehingga terjadi proses pencelupan. 1. Kelebihan, kecepatan untuk memanaskan baja sampai kedalaman 3,2 mm hanya beberapa detik saja, permukaan logam bebas kerak, distorsi minimal, dan bisa digunakan pada material yang tipis. 2. Kekurangan, hanya dapat digunakan pada logam yang bersifat konduktor atau yang semikonduktor. [9] 2. Quenching Quenching adalah proses pendinginan secara cepat setelah mengalami pemanasan. Untuk mengilustrasikan sebuah kurva pendinginan dapat dilihat pada grafik di bawah ini: Gambar 1.26 Typical cooling curve for a small cylinder quenched [13] Berdasarkan grafik di atas dapat dilihat tiga tingkatan pendinginan, yaitu: 1. Vapor-blanket Cooling stage Tahap pertama, suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching menguap pada permukaan logam. 2. Vapor-transport Cooling Stage Proses ini dimulai ketika logam didinginkan pada suhu uap air dan film tidak stabil. Permukaan logam basah oleh medium quenching dan titik didih yang tinggi. Tahapan ini merupakan proses pendinginan yang paling cepat. 3. Liquid Cooling Stage Proses ini dimulai ketika suhu permukaan logam mencapai titik didih. Tahapan ini merupakan proses yang paling lambat. Gambar 1.27 Kurva Time Temperature Transformation [28] Laju reaksi, transformasi isotermal ditunjukan dalam diagram TTT. Pada gambar terlihat data waktu untuk reaksi pada baja eutektoid (AISI-SAE1080). Garis yang terdapat di sebelah kiri menyatakan waktu yang diperlukan untuk memulai dengan dekomposisi. Garis yang terdapat disebelah kanannya menyatakan waktu berakhirnya reaksi γ→ ( α + C ) Garis-garis yang terdapat pada gambar tersebut dinamakan dengan diagram transformasi Isotermal atau diagram T-I. Gambar T-I diperoleh dari : potongan-potongan contoh baja eutektoid yang dipanaskan sampai mencapai suhu austenit dan dibiarkan untuk waktu tertentu agar transformasi ke austenit selesai sepenuhnya. Potongan-potongan sampel kemudian dicelupkan lebih lanjut sampai mencapai suhu ruang. Perubahan γ→
( α + C ) tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama kurang dari satu detik, dan transformasi sempurna menjadi α + karbida baru terjadi setelah 10 detik berlalu. Dengan diagram T-I membuktikan bahwa transformasi austenit berlangsung dengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid) maupun suhu rendah . Reaksi yang lamban pada suhu tinggi disebabkan karena tidak cukup pendinginan lanjut yang dapat menimbulkan nukliasi ferit dan karbida baru dari austenit semula.[29] Menurut media pendinginnya, quenching dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu: 1) Quenching air Air adalah media yang paling banyak digunakan untuk quenching, karena biayanya yang murah, dan mudah digunakan serta pendinginannya yang cepat. Air khususnya digunakan pada baja karbon rendah yang memerlukan penurunan temperatur dengan cepat dengan tujuan untuk memperoleh kekerasan dan kekuatan yang baik. Air memberikan pendinginan yang sangat cepat, yang menyebabkan tegangan dalam, distorsi, dan retakan. [29] Gambar 1.28 Quenching dengan Media Air [30] 2) Quenching dengan media oli Oli sebagai media pendingin lebih lunak jika dibandingkan dengan air. Digunakan pada material yang kritis, antara lain material yang mempunyai bagian tipis atau ujung yang tajam. Karena oli lebih lunak, maka kemungkinan adanya tegangan dalam, distorsi, dan retakan kecil. Oleh karena itu medium olo tidak menghasilkan baja sekeras yang dihasilkan pad medium air. Quenching dengan media air akan efektif jika dipanaskan pada suhu 30-60 derajat Celcius.[29] Gambar 1.29 Grafik quenching dengan media oli [21] 3) Quenching dengan media udara Quenching dengan media udara lebih lambat jika dibandingkan dengan media oli maupun air. Material yang panas ditempatkan pada screen. Kemudian udara didinginkan dengan kecepatan tinggi dialirkan dari bawah melalui screen dan material panas. Udara mendinginkan material panas lebih lambat dari daripada medium air dan oli. Pendinginan yang lambat kemungkinan adanya tegangan dalam dan distorsi. Pendinginan udara pada umumnya digunakan pada baja yang mempunyai kandungan paduan yang tinggi. [9] Gambar 1.30 Quenching media udara [9] Dari proses quenching juga dapat dihasilkan diagram TTT (time, temperature, transformation), seperti pada gambar di bawah ini: Gambar 1.31 Diagram TTT Proses Quenching [32] Diagram tersebut menjelaskan tentang kaitan produk transformasi yang berhubungan dengan waktu dan teperatur. Dari diagram ini jelas bahwa dari dekomposisi austenit dapat diperoleh berbagai variasi struktur pada baja, struktur mungkin terdiri dari 100% perlite kasar, baja bersifat lunak dan ulet,
atau martensit penuh, ketika baja bersifat keras dan getas. Karena transformasi baja dapat menghasilkan berbagai sifat maka baja tetap merupakan material konstruksi utama untuk keperluan rekayasa. Adakalanya baja yang akan diproses tidak mempunyai kekerasan yang cukup. Oleh karena itu perlu dilakukan proses hardening. Dengan melakukan hardening maka akan didapatkan sifat kekerasan yang lebih tinggi. Semakin tinggi angka kekerasan maka sifat keuletan akan menjadi rendah dan baja akan menjadi getas. Baja yang demikian tidak cukup baik untuk berbagai pemakaian. Oleh karena itu biasanya atau hampir selalu setelah dilakukan proses pengerasan kemudian segera diikuti dengan tempering [33] Gambar 1.32 Kurva Quenching Dengan Berbagai Media [32] 4) Quenching dengan media air garam Gambar 1.33 Quenching media air garam [58] Air garam adalah media yang sering digunakan pada proses quenching terutama untuk alat-alat yang terbuat dari baja. Beberapa keuntungan menggunakan air garam sebagai media adalah: a. Suhunya merata pada air garam b. Proses pendinginan merata pada semua bagian logam c. Tidak ada bahaya oksidasi, karburisasi, atau dekarburisasi selama proses pendinginan [29] Gambar 1.34 Beberapa teknik quenching [35] 5) Quenching dengan media brine Kurva berikutnya berhubungan dengan gulf super-quench oil pada suhu 125º F. Media ini memiliki tahap penguapan yang relatif panjang, dan memasuki tahap mendidih setelah 7 detik, tahap ketiga gulf super-quench oil dicapai setelah 15 detik. [9] Gambar 1.35 Peralatan untuk quenching dengan media brine [36] 6) Quenching dengan media solusi air dan oli Kurva berikutnya berhubungan dengan gulf super-quench oil pada suhu 125º F. Media ini memiliki tahap penguapan yang relatif panjang, dan memasuki tahap mendidih setelah 7 detik, tahap ketiga gulf super-quench oil dicapai setelah 15 detik. [9] Gambar 1.36 Peralatan quenching dengan media campuran oli dan air [36] 7) Cryogenic Quench Cryogenic atau deep freezing bertujuan untuk memastikan bahwa tidak ada austenit yang tertahan selama quenching. Austenit yang ada akan berubah semuanya.[29] Gambar 1.37 Cryogenic Quench [37] 8) Polimer Quench Polimer quench pendinginannnya berada diantara air dan oli, kecepatan
pendinginan dapat terpengaruh oleh variasi komponen dalam campuran yang mana tersusun atas air dan glycol polimer. Polimer quench berkemampuan untuk menghasilkan benda kerja dengan tingkat korosi yang rendah dari pada air dan resiko kebakaran yang rendah pada oli. Tapi hasil yang demikian hanya akan diperoleh bila komposisi kimia material quench selalu konstan. Gambar 1.38 Gambar Polimer Quench [38] Sesuai dengan diagram medium pendinginan, urut-urutan media pendingin berdasarkan kemampuan menghasilkan kekrasan tertinggi adalah : 1. Air dengan 10% sodium chloride (brine). 2. Larutan garam 3. Air yang mengalir (disemprotkan dengan tekanan tinggi). 4. Oli + air. 5. Oli. Untuk keseluruhan penggunaan media quenching di atas dapat kita gambarkan diagram I-Tnya (Gambar 2.36). Kurva pendinginan yang didapatkan melalui media yang berbeda di tengah-tengah stainless steel berdiameter 0,5 inci. Kurva yang menjorok ke kiri adalah solusi air asin 10% pada suhu 75o F. Media quenching ini memiliki tingkat penguapan yang sangat pendek yang berlangsung antara satu detik kemudian jatuh dengan cepat pada tahap mendidih, dimana angka pendinginan bergerak sangat cepat. Dan kemudian masuk ke tahap ketiga saat 10 detik. Dengan melihat kurva pendinginan tap water pada 75o F, tahap penguapan lebih lama jika dibandingkan dengan air asin. Tahap ketiga dicapai sekitar 15 detik. Pada kurva media pendingin air garam dapat diperhatikan bahwa pada kurva tersebut memiliki tahapa penguapan yang sangat lambat. Akan tetapi angka pendinginan selama tahap mendidih tidak bergerak secepat yang terjadi pada air asin atau tap water, dan akan mencapai tahap ketiga setelah 10 detik. Dua kurva selanjutnya berhubungan dengan oli, Garis bertitik adalah Gulf SuperQuench oli pada 125o F dan garis kontinu tipis adalah slow oil. Keduanya menunjukkan tingkat penguapan yang relatif lama. Tahap ketiga dicapai Gulf Super-Quench setelah sekitar 15 detik dan sekitar 22 detik untuk slow oil. Kurva pendinginan terakhir adalah udara tetap pada suhu 82o F tidak pernah keluar dari tahap penguapan dan oleh karenanya menunjukkan angka pendinginan yang sangat lambat. [9] Gambar 1.39 Kurva pendinginan stainless steel diameter 0,5 inci dan panjangnya 2,5 inci [13] Angka pendinginan untuk berbagai macam media dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 1 .3 Angka pendinginan pada specimen stainless steel berdiameter 0,5 inci dan panjangnya 2,5 inci diquench dari 1500o F [39] II. Softening Proses ini merupakan proses heat treatment yang bertujuan untuk melunakkan. Softening dibagi atas beberapa bagian, yaitu: A. Annealing
Annealing adalah proses heat treatment dimana bahan mengalami pemanasan sampai temperatur yang sesuai dengan jenis anealling yang akan dilakukan kemudian menahannya pada suhu tersebut (holding time) selama satu jam tiap satu inci dengan pendinginan yang perlahan-lahan. Tujuan dari proses ini adalah pelunakkan sehingga baja yang keras dapat dikerjakan melalui proses permesinan atau pengerjaan dingin. Tujuannya adalah: 1. Menghilangkan ketidak homogenan struktur 2. Memperhalus ukuran butir 3. Menghilangkan tegangan sisa 4. Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas Sebagai contoh pada besi cor, annealing mengakibatkan meningkatnya keuletan dan kadang-kadang pelunakan (berkurangnya kekerasan) dipersamakan dengan keuletan.Anealling dapat dibedakan menjadi beberapa bagian berdasarkan perlakuan suhu, fase transformasi dan berdasarkan tempat perlakuannya. Berdasarkan perlakuan suhunya annealing dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu, full annealing, partial annealing, dan subcritial annealing. Untuk full annealing, baja dipanaskan di atas suhu kritis (A3) maksimum dan kemudian didinginkan secara lambat. Untuk partial annealing, baja dipanaskan diantara suhu kritis maksimum (A3 or Acm) dan suhu kritis minimum (A1). Sedangkan pada subcritial annealing, baja dipanaskan di bawah suhu kritis (A1), dapat dilihat pada Gambar 2.37 di bawah ini.[9] Gambar 1.40 Klasifikasi annealing berdasarkan suhu pada annealing 1. Proses Annealing : Dalam proses annealing, material dipanaskan pada suhu antara 10500 F sampai 13000 F, kemudian didinginkan. Hal tersebut akan menghilangkan tegangan sisa pada material, dan menghilangkan tegangan internal, tetapi tidak semuanya. Proses annealing seringkali digunakan sebagai proses heat treatment lanjutan selama pembuatan material tersebut. Proses annealing dilakukan beberapa kali dengan beberapa proses penarikan. Setelah proses pemotongan kasar dengan mesin, material di-anneal untuk membebaskan tegangan yang diakibatkan oleh pemotongan. Setelah pembebasan tegangan sisa dapat dilanjutkan dengan pemotongan halus yang megakibatkan sedikit tegangan.[9] Gambar 1.41 Diagram Annealing [40] 2. Tahap-tahap proses Annealing : a. Recovery Recovery is a process by which deformed grains can reduce their stored energy by the removal or rearrangment of defects in their crystal structure. Kekurangan ini, dislokasi secara mendasar, dikenalkan oleh deformasi plastis dari material dan bertindak untuk meningkatkan yield strength dari material. Sejak recovery mengurangi the dislocation density proses ini secara normal diikuti dengan reduksi kekuatan material dan meningkat serentak pada keuletan. Sebagai hasil, recovery mempertimbangkan keuntungan atau detrimental tergantung pada the circumstances. Recovery berhubungan dengan proses yang sama dari
rekristalisasi dan grain growth. Recovery bersaing dengan rekristalisasi, yang keduanya digerakkan oleh energi yang tersimpan, but is also thought to be a necessary prerequisite for the nucleation of recrystallised grains. b. Rekristalisasi Rekristalisasi adalah sebuah proses yang mana grains yang cacat digantikan dengan set yang baru dari grain yan tidak cacat yang nucleate dan tumbuh sampai grains yang asli dapai dipakai. Rekristalisasi biasanya diiringi oleh reduksi dalam kekuatan dan kekerasandari logam dan terjadi peningkatan dalam pembuluhnya. Dengan demikian, proses dikenalkan sebagai sebuah langkah pertimbangan dalam pemrosesan logam atau mungkin sebuah ketidak inginan oleh produk dengan langkah pemrosesan yang lain. Penggunaan paling penting dalam industri adalah softening logam secara keras dengan cold work, yang menghilangkan pembuluhnya, dan mengontrol struktur dari grain pada hasil akhir. c. Grain growth Grain Growth mengacu pada peningkatan ukuran dari grain (Crystallities) dalam material pada suhu yang tinggi. Ini terjadi ketika recovery dan rekristalisasi lengkap dan reduksi lebih jauhdalam energi internal hanya dapat dicapai dengan mengurangi total area dari batas grain. Keadaan ini biasanya digunakan dalam metalurgi tapi juga digunakan dalam hubungannya dengan keramik dan mineral. Tahapan-tahapan perubahan material dapat kita lihat dari diagaram fasanya seperti yang terlihat pada Gambar di berikut ini. [9] Gambar 1.42 Diagram Tahap Annealing [41] Gambar 1.43 Proses Annealing 59 [29] Untuk lebih jelasnya, berbagai jenis annealing akan dibahas di bawah ini : a. Full Annealing Tujuan dari annealing adalah untuk memperkecil butir, membuat baja lebih ulet, dan untuk meningkatkan kemmpuan baja untuk dimesin. Prosesnya dapat dilihat pada gambar 2.37 di bawah. Baja terdiri dari butiran kasar yang mengandung 0.2% carbon (hipoeutektoid) dan akan diubah ukurannya menjadi butiran yang halus melalui proses annealing. Aplikasi full annealing pada dunia industry di peruntukkan salah satunya untuk pembuatan plat baja , plat baja yang akan digunakan untuk membuat bagian bagian body mobil harus memiliki keuletan yang tinggi sehingga dapat dilakukan proses permesinan. Ketika baja dipanaskan, tidak akan ada perubahan yang terjadi hingga A1 (lower critical) dilewati. Pada suhu ini perlit akan bertranformasi menjadi butiran austenit oleh reaksi eutektoid tetapi pada suhu ini butiran ferrit yang kasar belum berubah, dan pendinginan pada garis suhu ini tidak akan memperkecil butiran. Dilanjutkan dengan pemanasan dengan suhu berada di antara A1 dan A3 yang mengakibatkan butiran ferrit bertranformasi menjadi austenit. [42] Gambar 1.44 Siklus Annealing Sempurna [43] Kemudian menaikkan suhu untuk hipoeutektoid kira-kira 50o F di atas garis A3. Perubahan ukuran butir hipereutektoid akan terjadi 50o F di atas garis A3. Pemanasan di atas suhu ini akan memperkasar ukuran butir austenitic yang
kalau didinginkan akan berubah menjadi daerah perlit yang luas. Mikrostruktur hipereutektoid akan tetap karena butiran lamellar perlite dikelilingi oleh jaringan preutektoid sementit. Karena jaringan sementit mudah rusak dan cenderung menjadi bahan yang lemah, annealing tidak akan pernah berakhir menjadi heat treatment untuk hipereutektoid. Daerah hipoeutectoid dan hipereutectoid dapat dilihat pada gambar 1.41 di bawah ini. Gambar 1.45 Temperatur Annealing dan Spheroidizing [46] b. Partial Annealing Pada proses partial annealing, baja dipanaskan diantara suhu A1 dan A3. Yang diikuti dengan proses pendinginan lambat. Pada umumnya yang dipakai untuk perlakuan ini adalah baja hipereutektoid, yang strukturnya terdiri dari perlit dan sementit halus. Hipoeutektoid juga dipakai untuk proses ini untuk meningkatkan kemampuan di mesin. Tetapi tidak semua jenis baja hipotektoid dapat digunakan untuk proses ini, baja yang mempunyai struktur perlit dan ferrit yang kasar tidak dapat digunakan untuk proses ini. Aplikasi Partial Annealing salahg satunya biasa digunakan juga pada industri plat baja untuk spare part body otomotive [48] Gambar 1.46 Stability zone, partial annealing zone and total annealing zon [44] c. Stress-relief Annealing Stress reliefing adalah proses heat treatment yang digunakan untuk menghilangkan tegangan internal tanpa mengurangi kekuatan suatu material secara signifikan. Proses ini digunakan pada situasi dimana pengawasan dimensional secara ketat diperlukan dalam proses pengelasan, penempaan, pengecoran, dan lain-lain. Pemanasan dilakukan pada suhu dibawah garis kritis minimum (1000-1200o F). (Sumber: William D. Callister. Materials Science And Engineering. halaman 225) [82] Stress-relief Annealing dalam prosesnya biasa digunakan dalam dunia industry , salah satu contoh aplikasinya yaitu untuk menghilangkan tegangan sisa pada komponen setelah mengalami pengelasan , dengan cara menghilangkan tegangan sisa nya. Gambar 1.47 Stress-relief Annealing [45] d. Spherodizing Spheoridzing adalah proses heat treatment yang menghasilkan sebuah struktur yang terdiri dari bola-bola kecil atau spheroid carbide di dalam matriks ferrit. Bahan yang digunakan untuk spherodizing adalah baja karbon tinggi, seperti bantalan peluru. Proses dari spherodizing adalah bila bahannya adalah perlit maka dipanaskan selama 16-24 jam pada suhu eutektoid sedangkan bila bahannya martensit dipanaskan selama 1-2 jam pada suhu yang sama. Tujuan dari spherodizing adalah untuk meningkatkan ketangguhan baja yang rapuh. Pada baja tentunya diperlukan adanya kadar karbida yang tinggi agar daya tahanan arus meningkat. Dengan struktur mikro perlit ketangguhan akan rendah sekali. Dimana aplikasinya digunakan pada alat – alat potong, alat – alat pahat,
roda gigi atau kontruksi mesin yang sering mengalami kontak antara bahan satu dengan bahan lainnya .[9] Gambar 1.48 Struktur mikro Spheroidizid[46] Gambar 1.49 Diagram Spheroidizing, Full Annealing dan Normalizing[47] e. Rekristalisasi Rekristalisasi dilakukan pada logam yang mengalami pengerjaan dingin. Tujuannya adalah untuk meniadakan pengerasan regangan. Pemanasan sekitar 0,3 Tm sampai 0,6 Tm agar waktu pemanasan wajar ditinjau dari segi produksi. Rekristalisasi berlangsung cepat dalam logam murni dibandingkan dengan paduan. Makin besar deformasi (regangan) makin cepat proses rekristalisasi. Dalam hal ini lembaran baja dan kawat baja jangan diekristalisir pada suhu di atas eutectoid kecuali bila ada usaha khusus untuk pendinginan perlahan-lahan. Bila tidak maka akan terbentuk martensit yang rapuh. [49] Gambar 1.50 Rekristalisasi [49] f. Anil Dilakukan pada material gelas untuk menghilangkan tegangan tegangan sisa dan menghindarkan terjadinya retakan panas (benda mula dan benda akhir tidak berubah kekerasannya). Prosedur pelaksanaannya berubah dengan komposisi gelas karena suhu pemanasan harus mendekati suhu transisi gelas agar memungkinkan penurunan tegangan tanpa melampaui titik regangan dimana viskositas = 10 13,5 Pa. Dibawah suhu titik regangan dimana ada peningkatan viskositas sebanyak 30 kali, pendinginan dapat berlangsung dengan epat karena tidak mungkin terjadi tegangan sisa yang baru. Pada proses ini tidak ada perubahan struktur mikro. Aplikasinya untuk softening baja yang terkandung pada mesin-mesin industri. [9] Gambar 1.51 Proses anil [50] B. Normalizing Normalizing dilakukan dengan pemanasan baja di atas suhu kritis bagian atas (A3 atau Acm) yang diikuti dengan pendinginan pada suhu kamar. Tujuan dari normalizing adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja jika dibandingkan dengan full annealing, untuk beberapa pemakaian normalizing bisa saja menjadi akhir dari heat treatment. Oleh karena itu untuk baja hipereutektoid harus dilakukan pemanasan di atas suhu A3 untuk memutuskan jaringan sementit. Gambar 1.52 Normalizing untuk hipoeutectoid dan hipereutectoid steel [46] Normalizing juga digunakan untuk meningkatkan kemampuan baja untuk di mesin, memperhalus butiran, dan meningkatkan homogenitas struktur baja. Gambar 4.38 di bawah ini menunjukkan mikrostruktur baja 0,5 % karbon dari proses normalisasi.
Gambar 1.53 Normalized 0.5 % carbon-steel. Proeutectoid ferrite surrounding pearlite area. [13] Pada kondisi annealing baja tersebut mempunyai 62 % perlit dan 38 % proeutektoid ferrit. Pada pendinginan udara baja tersebut akan mempunyai 10 % proeutektoid ferrit, dimana jaringan yang berwarna putih mengelilingi daerah perlit yang gelap. Untuk baja hipereutektoid, normalizing akan mengurangi jaringan proeutektoid sementit. [13] C. Tempering Tempering adalah pemanasan kembali antara 100-400 derajat Celcius, yang bertujuan untuk menurunkan kekerasan, pendinginan dilakukan di udara. Dalam proses tempering atom-atom akan berganti menjadi suatu campuran fasa-fasa ferrit dan sementit yang stabil. Melalui tempering kekuatan tarik akan menurun sedang keuletan dan ketangguhan akan meningkat. Untuk proses quenching setelah hardening dilakukan mendadak, sedangkan setelah tempering pendinginan dilakukan dengan udara. Proses pendinginan ini jelas akan berakibat berubahnya struktur logam yang diquench. Tempering dibagi dalam beberapa bagian, yaitu: a. Tempering suhu rendah (150-300 C) Tujuannya untuk mengurangi tegangan kerut dan kerapuhan baja. Digunakan pada alat kerja yang tak mengalami beban berat seperti alat potong dan mata bor kaca. b. Tempering suhu menengah (300-500 C) Tujuannya menambah keuletan dan sedikit mengurangi kekerasan. Digunakan pada alat kerja yanga mengalami beban berat seperti palu, pahat dan pegas. c. Tempering suhu tinggi (500-650 C) Tujuannya untuk memberikan daya keuletan yang besar dan kekerasannya menjadi lebih rendah. Digunakan pada roda gigi, poros, batang penggerak. [9] Tiga dasar pengerasan untuk perkembangan martensit, tempered martensite, dan bainite adalah conventional hardening and tempering, martempering dan austempering. Gambar 1.54 Tempering [13] 1. Conventional Hardening dan Tempering Conventional dan Tempering saling berhubungan, perbedaannya adalah bahwa pada Tempering medium quenching lebih terkontrol. Jika sebuah logam dipanaskan pada suhu austenit kemudian didinginkan pada air dingin, perbedaan suhu di pusat dan permukaan akan menyebabkan retakan pada logam dan ada kemungkinan akan terjadi distorsi. [9] 2. Martempering Martempering adalah salah satu solusi untuk untuk mencegah terjadinya distorsi dan retakan. Martempering mirip dengan conventional hardening, kecuali bahwa dalam quenching suhu logam dikurangi hingga 400o F, atau sedikit di atas garis martensit, Ms. Pada saat suhu ini ditahan hingga suhu pada pusat/inti sama dengan suhu pada permukaan, kemudian logam didinginkan pada suhu kamar.
Logam dibiarkan dalam medium quenching hingga suhu pad logam sama, kemudian didinginkan pada suhu yang sedang, biasanya di udara. Pendinginan yang merata dapat mencegah terjadinya tegangan sisa. [9] Gambar 1.55 Martempering [46] 3. Austempering Proses austempering mengubah austenit menjadi stuktur yang lebih keras yang disebut dengan bainit. Pada austempering, logam didinginkan dalam media garam pada suhu 450-800o F. Pada saat suhu ini dimaksudkan untuk memperoleh struktur logam yang ulet dan keras. Ketika suhu yang konstan dipertahankan untuk beberapa waktu tertentu selama transformasi austenit akan dihasilkan struktur bainit. Tetapi proses ini hanya dapat dilakukan pada logam yang mempunyai kekerasan yang baik seperti, mata pisau dan kawat. Baja yang mengandung karbon 0,6 % sangat mudah untuk diaustemper.[9] Gambar 1.56 Austempering (bainite tempering) [53] Gambar 1.57 Proses pada tempering [42] Untuk lebih singkatnya, dapat dilihat pada Tabel 1.3 Proses tarnsformasi untuk baja berikut. [54] Proses Tujuan Prosedur Fasa Anil Pelunakan Pendinginan lambat dari daerah γ stabil α + karbida Celup Pengerasan Celup yang lebih cepat daripada CRm Martensit Celup Terputus Pengerasan tanpa retak Celup disusul dengan pendinginan lambat dari Ms ke Mf Martensit Austemper Pengerasan tanpa pembentukan martensit rapuh Celup disusul dengan transformasi isotermal diatas Ms α + karbida Temper Peningkatan ketangguhan (biasanya dengan pelunakan minimal) Pemanasan ulang dari martensit α + karbida 1.2.3 Jenis – Jenis Tungku Pembakaran 1. Car bottom furnace Gambar 1.58 Car bottom furnace [60] Tungku jenis ini memiliki dasar yang bergerak (car). Car dapat keluar dari tungku dan dapat dimuat atau dibongkar dengan melalui perbaikan. Metode pemanasan ini dengan memanfaatkan resistensi listrik atau bahan bakar / gas. Car Bottom Furnace cocok untuk sebagian besar operasi berbagai perlakuan panas. 2. Bell Type Furnace Gambar 1.59 Bell Type Furnace [60]
Tungku jenis ini memiliki lonceng pemanas vertikal yang bergerak dan stasioner. Metode pemanasan dengan resistensi listrik atau bahan bakar / gas. Tungku jenis Bell ini cocok untuk anil strip yang digulung dan perawatan panas lainnya termasuk operasi di atmosfer terkendali 3. Vertical Pit Furnace Gambar 1.60 Vertical Pit Furnace [60] Tungku jenis ini digunakan untuk perbaikan panas poros seperti bagian (generator rotor, rotor turbin uap) yang dimuat secara vertikal melalui bagian atas tungku.Metode pemanasan ini dengan resistensi listrik atau bahan bakar / gas. 4. Belt Furnace Gambar 1.61 Belt Furnace [60] Tungku jenis ini memiliki mesh conveyor belt yang bergerak melalui tabung panjang seperti tungku. Metode pemanasanya dengan listrik (resistansi atau induksi) atau bahan bakar / gas. Tungku Belt cocok untuk perlakuan panas bagian-bagian yang elative kecil. 5. Roller Furnace Gambar 1.62 Roller Furnace [60] Tungku jenis ini telah rol baja tahan panas memindahkan bagian melalui tabung panjang seperti tungku. Metode pemanasan mungkin baik listrik atau bahan bakar / gas. Tungku Roller cocok untuk perlakuan panas lembaran, tabung dan bagian panjang lainnya. 6. Pusher Furnace Gambar 1.63 Pusher Furnace [60] Tungku jenis ini memiliki pendorong yang terletak di ujung tungku dan memindahkan bagian-bagian melalui tungku. Metode pemanasan ini dengan listrik atau bahan bakar / gas. Tungku Pendorong umumnya digunakan untuk pemanasan suatubagian sebelum deformasi panas. 7. Continuous strip annealing furnace Gambar 1.64 Continuous strip annealing furnace [60] Strip Coled berguling di daerah uncoiled melewati tabung panjang seperti tungku yang dilingkarkan dengan atmospere terkendali (umumnya campuran dari Hidrogen dan Nitrogen) mencegah oksidasi dari permukaan baja Metode pemanasan ini dengan listrik atau bahan bakar / gas.[9] 1.2.4 Aplikasi Heat Treatment Dalam proses pembuatan velg mobil yang menggunakan bahan utama paduan
aluminium silikon (aluminium silicon alloy) AI-7Si atau A356.0, produk hasil cetakan (as-cast) tidak dapat dipakai langsung karena sifat mekaniknya masih rendah. Untuk meningkatkan sifat mekanik sesuai kebutuhan dilakukan proses heat treatment T6 yang meliputi : solution heat treatment,quenching dan aging. Dari ketiga rangkaian proses heat treatment tersebut saling berhubungan untuk menentukan hasil akhir terhadap sifat mekanik yang akan dihasilkan. Solution treatment berfungsi untuk melarutkan elemen-elemen penguat kedalam matrik a-aluminium sehingga akan terjadi penguatan. Temperatur solution (Ts) yang dipakai adalah 540°C, 550 °C, 560°C dan holding time (ts) 4, 5 dan 6 jam.Artificial Aging merupakan proses pengerasan presipitasi dengan cara memanaskan kembali material diatas temperatur kamar yang masih berada dibawah garis solvus dan dibiarkan pada temperatur tersebut sehingga membentuk presipitasi yang halus dan mempunyai formasi yang koheren dengan matrik larutan a-aluminium. Temperatur aging (TaJ yang dipakai adalah 150°C, 160 °C, 170°C dan holding time (taJ 2.5, 3.5, dan 4.5jam. [55] Gambar 1.65 Aplikasi heat treatment [1] 1.3 METODOLOGI
1.3.1 Bahan Percobaan Bahan yang digunakan dalam praktikum heat treatment ini adalah : a. Besi cor non perlakuan b. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan udara c. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan air d. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan oli e. Baja ST-40 non-perlakuan f. Baja ST-60 non-perlakuan g. Baja ST-40 perlakuan panas dengan pendinginan udara h. Baja ST-60 perlakuan panas dengan pendinginan udara i. Baja ST-40 perlakuan panas dengan pendinginan air j. Baja ST-60 perlakuan panas dengan pendinginan air k. Baja ST-40 perlakuan panas dengan pendinginan oli l. Baja ST-60 perlakuan panas dengan pendinginan oli Gambar 1.66 Bahan uji [56] 1.3.2 Peralatan percobaan Peralatan yang digunakan dalam praktikum heat treatment adalah : a. Sebuah perangkat Furnace Chamber HOFFMANN TYPE KL Gambar 1.67 Furnace Chamber HOFFMANN TYPE KL [56] Gambar 1.68 Panel control Furnace Chamber HOFMANN TYPE KL [56] Spesifikasi alat Chamber Hofman; 1. Tipe KL 2. Tahun pembuatan 1991
3. Temperatur Alat 20˚ – 900˚ 4. Waktu mulai penundaan 0 – 9999 menit 5. Ramp End, Skip , 4 – 700˚C/h 6. Dwell 0-9999 menit 7. Pendinginan skip 4 -700˚C 8. End 0-9999 menit ditahan Keterangan : 1. Display adalah layar yang yang digunakan untuk menampilkan keterangan suhu, kecepatan pemanasan, waktu penahanan, maupun kecepatan pendinginan. 2. Unit Bagian yang menunjukkan satuan-satuan dari angka-angka yang ditampilkan pada bagian display. 3. Program Number Program number merupakan untuk tiap program yang ada dalam mesin tersebut. 4. Heating Program Diagram pemanasan dimana pada diagram tersebut terlihat adanya kenaikan suhu dan penahanan suhu. A Mengontrol waktu tunggu yang telah disimpan samapi memulai proses pemanasan. B, D, F Mesin pemanas memanasi dg kecepatan yang telah disimpan, dapat dipilih dari 4oC – 700oC. C, E, G, I Suhu tidak merubah waktu tunggu. H Mesin pemanas menurunkan suhu dengan kecepatan normal 5. Relais Indikator untuk mengontrol sirkulasi udara luar mesin, nilai magnetik, dan penghubungnya 6. Program Button Adalah tombol untuk memilih-milih program yamg dinginkan, yang selanjutnya akan ditampilkan pada layar program number (3). 7. Segment Button Tombol yang digunakan untuk memindahkan tahapan-tahapan suhu yang dapat dilihat pada diagram pemanasan. 8. Up/down button Tombol untuk menaikkan atau menurunkan suhu, kecepatan pemanasan seperti yang ditampilkan pada display (1). 9. Key Button Adalah tombol untuk mengunci bila kita menginginkan program tersebut menjadi salah satu program dalam mesin. 10. Relais button Untuk mengontrol sirkulasi udara luar mesin, nilai magnetik, dan penghubungnya. 11. Comsumption button Untuk mengetahui energi pemakaian pada proses pemanasan sejak dimulai program dan ditampilkan pada display 12. Start stop button
Tombol untuk memulai jalannya program dan menghentikannya b. Rockwell Hardness Tester HR 150A Dial indicator penetrator pengatur pembebanan Anvil handle pelepas handle pembeban handwell Gambar 2.57 Rockwell Hardness Tester Model HR-150A (Laboratorium Metalurgi Fisik Jurusan Teknik Fakultar Teknik UNDIP Gambar 1.69 Rockwell Hardness Tester Model HR-150A [56] c. Mesin ampelas/ grinding Gambar 1.70 Mesin ampelas/ grinding 57 [56] d. Vernier caliper Gambar 1.71 Vernier Calliper [56] e. Media pendingin • Air • Udara • Oli 1.3.3 Langkah Percobaan 1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan dipakai dalam praktikum heat treatment. 2. Memasukkan spesimen ke dalam Furnace Chamber sampai temperatur 9000 C dan ditahan selama 10 menit. T= 900 C/h, t=10 m v= 300 C/h T= 600 C, t= 15 m v= 300 C/h v= 300 C/h T=300 C, t=15 m v= 300C/h T=24 C T= 24 C Jika ingin memanaskan benda uji sampai suhu 30oC dengan kecepatan 300oC lh dan waktu 5 , tekan tombol program maka angka 1 muncul lalu tekan segmen pada pilihan suhu yang akan dicapai pertama .Masukan angka 600oC Tekan tombol segmen pada pilihan ke 4batas masukan angka 300oC/h. Tekan segmen pada pilihan lama penahan 5s . Tekan tombol segmen pada pilihan pencapaian suhu ke 5 masukan 900oC Tekan segmen pada pilihan kecepatan bakar.Masukkan angka 300oC/h segmen pada pilihan lama pembakaran
masukkan angka 5 tekan tombol segmen pada suhu pendinginan masukan angka 50oC. Lalu tekan tombol kunci lalu tekan steel. 3. Mendinginkan spesimen dengan media pendingin 4. Melakukan pengampelasan sampai spesimen rata 5. Menguji kekerasan spesimen dengan Rockwell Hardness Tester model HR 150A . 6. Mengulangi uji kekerasannya sampai tiga kali 7. Mengulangi uji kekerasan untuk spesimen lain. 8. Membandingkan pada spesimen yang sama untuk media pendingin yang berbeda. 1.3.4 Digram alir percobaan 1.4 HASIL DAN PEMBAHASAN
1.4.1 Data hasil percobaan Berikut adalah data nilai kekerasan yang diperoleh : a. Material Non Perlakuan No Baja ST 40 Baja ST 60 Besi Cor 1 53 54 54 2 54 54.5 53.5 3 55 56 53.5 Rata-rata 54 54.83 53.66 b. Material Perlakuan Perlakuan panas dengan pendinginan udara No HRA Baja ST 40 Baja ST 60 Besi Cor 1 52 53 78 2 53.5 54 78 3 53.5 54.5 78.5 Rata-rata 53 53.83 78.16 Perlakuan panas dengan pendinginan air No HRA Baja ST 40 Baja ST 60 Besi Cor 1 65 74 52 2 63 73 52 3 75 73 53 Rata-rata 67.66 73.33 52.33 Perlakuan panas dengan pendinginan oli No HRA Baja ST 40 Baja ST 60 Besi Cor 1 62.5 51 74 2 63 61 74
3 62 61 75 Rata-rata 62.5 57.66 74.33 1.4.2 Analisa Data Setelah dilakukan percobaan pada baja ST 40, baja ST 60 dan besi cor dengan non perlakuan dan perlakuan dengan berbagai media seperti media air,oli dan juga udara dan di dapat nilai kekerasannya tiap-tiap material tersebut maka dapat dibuat suatu analisa : 1. Dari penjelasan teori di atas media pendinginan quenching sangat mempengaruhi kekerasan suatu material, bahwa hasil pendinginan menggunakan media air akan lebih keras dari pada media quenching lainnya. Berdasarkan urutan kekerasannya dapat diurutkan perlakuan panas pendinginan air > pendinginan oli > Non perlakuan > perlakuan udara. 2. Dari hasil percobaan didapatkan hasil bahwa pendinginan dengan air menghasilkan tingkat kekerasan material yang lebih tinggi dibandingkan dengan pendinginan dengan udara. Hal ini disebabkan karena proses pendinginan dengan media pendinginan air terjadi sangat cepat karena dilakukan secara mendadak sehingga terbentuk struktur martensit yang lebih keras, karena martensit itu sendiri merupakan butiran yang berbentuk jarum dan mempunyai sifat yang sangat keras dan tidak stabil. Struktur kristal dari martensit bukan BCC (Body Centered Cubic) melainkan BCT (Body Centered Tetragonal). Gambar 1.72 Struktur Kristal BCT ( Body Centered Tetragonal ) [49] Struktur ikatan martensit tersebut dikarenakan kehadiran dari karbon yang terjebak ditengah-tengah struktur usteni. Karena pendinginan yang cepat, maka atom-atom logam tidak mengalami transformasi secara difusi. Dengan pendinginan yang sangat cepat maka tidak ustenit waktu bagi ustenite untuk berubah maupun menjadi ferrit. Sedangkan pada pendinginan udara yang merupakan jenis proses quenching, prosesnya berlangsung sangat lambat sehingga ustenite berubah menjadi perlit maupun ferrit yang lunak. 3. Baja ST-40 merupakan baja karbon rendah dengan kadar C + 0,3 %. Pada diagram fasa Fe – C dibawah, letak ST 40 pada garis warna merah. Sehingga perubahan fase selama proses heat treatment dapat dilihat pada diagram tersebut. Baja ST- 60 merupakan baja karbon sedang dengan kandungan C antara 0,3 – 0,65 % pada diagram fasa dibawah letaknya antara garis merah dan biru sehingga perubahan fase pada waktu heat treatment dapat dilihat pada diagram fase Fe – C dibawah. Gambar1.73 Letak Baja ST-40 dan ST-60 dalam Diagram fasa Fe – C[49] Gambar 1.73 Representasi struktur mikro baja ST-40 dan ST-60 dalam proses heat treatment [49] Tabel 2.7. Perbandingan berbagai sifat baja ST-40 dan ST-60 setelah proses Heat Treatment Perlakuan Panas Baja ST-40 Baja ST-60 Besi Cor Non Perlakuan Sifatnya lebih keras dibandingkan dengan baja ST-40 dengan pendinginan udara
tapi lebih ulet dibandingkan ST-40 pendinginan air dan oli Kekerasan lebih besar dibandingkan dengan baja ST 60 pendinginan udara tapi lebih ulet dibandingkan ST-40 pendinginan air dan oli Kekerasannya lebih besar dibandingkan dengan besi cor pendingianan air tetapi lebih ulet bila dibandingkan dengan besi cor pendinginan oli dan medium udara Pendinginan Udara Paling rendah kekerasannya bila dibandingkan dengan baja ST 40 non perlakuan, pendinginan air dan pendinginan oli . Paling rendah kekerasannya bila dibandingkan dengan baja ST 60 non perlakuan , pendinginan air dan pendinginan oli. Paling tinggi kekerasannya bila dibandingkan dengan besi cor non perlakuan, pendinginan air, dan pendinginan oli Pendinginan air Paling keras bila dibandingkan dengan baja ST 40 non perlakuan, pendinginan udara dan oli Paling keras bila dibandingkan dengan baja ST 60 non perlakuan, pendinginan udara dan oli. Kekerasannya paling rendah bila di bandingkan dengan besi cor non perlakuan ,pendinginan udara dan oli Pendinginan Oli Kekerasannya lebih besar di bandingkan dengan S T 40 Pendingianan udara dan non perlakuan tapi lebih ulet dibandingkan pendinginan air Kekerasannya lebih besar di bandingkan dengan ST 60 Pendingianan udara dan non perlakuan tapi lebih ulet dibandingkan pendinginan air Kekerasanya lebih besar bila dibandingkan dengan besi cor pendinginan air dan non perlakuan tapi lebih ulet dibandingkan pendinginan udar 4. Penyimpangan-penyimpangan yang terjadi : a. Nilai rata-rata kekerasan besi cor non perlakuan 53.66 skala HRA dan nilai kekerasan baja ST 60 non perlakuan 54.83 skala HRA,artinya nilai kekerasan baja cor non perlakuan lebih kecil daripada nilai kekerasan baja ST-60 non perlakuan. b. Nilai rata-rata kekerasan besi cor pendinginan air 52.23 skala HRA dan nilai kekerasan baja cor pendinginan oli 74.33 skala HRA,artinya nilai kekerasan baja cor pendinginan oli lebih besar dari pada air 5. Penyimpangan-penyimpangan ini dapat terjadi karena hal-hal sebagai berikut :. a. Kekurang telitian praktikan dalam melihat nilai kekerasan yang terlihat pada Rockwell tester. b. Kekurang telitian praktikan dalam melihat waktu pada saat dilakukan gaya penekanan pada material. Kurang ratanya atau kurang halusnya permukaan material pada saat mengamplas sehingga terjadi perbedaan distribusi gaya yang diterima pada permukaan material. c. Jarak identitor penetrasi dengan berikutnya terlalu dekat, sehingga nilai kekerasannya kurang tepat. Oleh karena itu jarak antara diameter indentor yang satu dengan yang lain harus minimal 3 (tiga) kali diameter indentor d. Kurang ratanya atau kurang halusnya permukaan material pada saat mengamplas sehingga terjadi perbedaan distribusi gaya yang diterima pada permukaan materia 1.5 KESIMPULAN DAN SARAN
1.5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan dan analisa data, dapat disimpulkan beberapa hal yaitu : a. Heat treatment adalah proses pendinginan dan pemanasan yang terkontrol terhadap logam, yang disesuaikan dengan tujuan pemakaiannya. b. Tujuan dari heat treament antara lain : 1. Untuk mempersiapkan material untuk pengolahan berikutnya. 2. Mempermudah proses machining. 3. Untuk mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan energi. 4. Memperbaiki sifat keuletan material dan kekuatan material, dimana dalam hal ini merupakan fungsi dari kandungan karbon yang terkandung dalam material. 5. Meningkatkan kekerasan dan tegangan tarik. c. Pendinginan yang cepat akan meningkatkan kekerasan sedangkan pendinginan lambat kekerasannya kurang optimal. d. Proses-proses dalam Heat treatment pada suatu material antara lain : 1. Untuk memperbaiki sifat kekerasan material ( hardening ) : 1) Surface Hardening(pengerasan permukaan) 1. Dengan penambahan zat a. Karburasi b. Nitriding c. Karbonitriding d. Sianiding e. Chromizing f. Siliconizing g. Boronizing 2. Tanpa Penambahan Zat a. Flame Hardening b. Induction Hardening c. Laser and Electron Beam Hardening 2) Quenching Untuk memperbaiki sifat keuletan material ( softening ) : a. Anneling b. Normalizing c. Tempering e. Dari data hasil percobaan didapat nilai kekerasan : 1. Baja ST 40 non perlakuan > perlakuan air > perlakuan oli > perlakuan udara 2. Baja ST 60 non perlakuan > perlakuan air > perlakuan oli > pelakuan udara 3. Besi cor perlakuan air > perlakuan oli > non perlakuan > perlakuan udara 1.5.2 Saran 1. Waktu dan temperatur setiap material supaya diperhatikan selama proses Heat Treatment. 2. Pada saat proses pendinginan setelah heat treatment, supaya diperhatikan temperatur setiap perlakuan pada material tersebut. 3. Sebelum digunakan, alat harus dikalibrasi terlebih dahulu agar hasil sesuai dengan standar.
4. Perhatikan juga proses pengukuran dan kehalusan permukaan benda saat proses pengamplasan. 5. Praktikan seharusnya sungguh–sungguh dalam pelaksanaan praktikum, teliti dalam pengamatan dan cermat dalam pengukuran maupun perhitungan 6. Praktikan harus jeli dan teliti serta harus mengingat spesimen yang sedang diamati sehingga tidak terjadi kekeliruan atau tertukarnya spesime DAFTAR PUSTAKA
1. Modul A Heat Treatment Laboratorium Metalurgi Teknik Material 2. B.H. Amstead. Teknologi Mekanik.1992 3. http://id.wikipedia.org/wiki/Perlakuan_panas 4. Arifin Syamsul. Ilmu Logam Jilid 1. Halaman 5. Amani Hari dan Daryanto. Ilmu Bahan . Halaman 6. B.H. Amstead, Philip F Ostwald dan Myron L. Brgman, Teknologi Mekanik jilid I, 1981 7. Prof. Y. Lakhtin.Engineering Physical Metallurgy.1977) 8. William J Callister, jr, Materials Science and Engineering edisi V 9. Rajan T.V., C.P. Sharma dan Ashok Sharma Heat Treatment Principles And Techniques. 10. William D. Callister. Materials Science And Engineering 11. Adhy Prayitno, Ismet Inonu .Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu Stabil TerhadapKekerasan.1999 12. Ashok Sharma, Heat Treatment Principles and Techniques 13. Sidney H Avner, Introduction To Physical Metallurgy) 14. http://www.asosiasi-politeknik.or.id/…/2-7-2002-4.gif 15. www. Cfthermal.com 16. http://heatreaters-engineers.com/images/Liquid Nitriding Plant.html 17. D. Landau, Fatigue of Metals, The Nitrollopy corp.,1942 18. http://sandblastingabrasives.com/boron-carbides60.html 19. http://www.vaporkote.com 20. http://sgdmaterial.com/pelapisan-baja-tipe-st-37-dengan-nano-powder-packboron-karbida.html & http://rakacahya.blogspot.com/2009_06_01_archive.html 21. H Avner, Introduction To Physical Metallurgy 22. http://www.sdsc.edu/tmf/Vis98Notes/SffForSciVis.html 23. http://heatreaters-engineers.com/images/chomizing.html 24. Richard A Little, Metalworking Tecnology 25. http://www.sdsc.edu/tmf/Vis98Notes/SffForSciVis.html 26. http://www.info.lu.laser beam hardening.edu 27. http://www.info.lu.farmingdale.edu 28. Callister Jr. William D. 1994. Material Science and Engineering edisi V 29. Van Vlack, Lawrence H. 1994. Ilmu dan Teknologi Bahan 30. http://www.sdsc.edu/tmf/Vis98Notes/SffForSciVis.html 31. http://www.industrialheating.com/Articles/Column 32. http://www.rpdrc.com 33. Referensi : Smallman,R.E, Bishop,R.J. Metalurgi Fisik Modern dan
Rekayasa Material.1995.hal:300 34. http://www.rpdrc.com 35. http://www.fecrco.com/magnetic-property-of-high 36. http://www.sargeantandwilbur.com/water.htm 37. http://www.witchblades.com/making/jelly8.html 38. http://www.nitrofreeze.com/eta_carbide.html 39. http://www.google.co.id/imglanding?q=Polimer+Quench 40. Richard A Little, Metalworking Technology 41. Ashok Sharma, Heat Treatment Principles and Techniques 42. http://www.info.lu.farmingdale.edu 43. William D. Callister. Materials Science And Engineering. 44. Teknologi Mekanika 45. http://www.kueps.kyoto-u.ac.jp.htm 46. http://www.durferrit.de 47. http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205 48. T Layman editor Amercan society for metal.metal handbook 1948 49. Sumber: William D. Callister. Materials Science And Engineering edisi VII 50. http://www.scielo.br 51. http://www.mdru.ubc.ca 52. http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/ 53. Sidney A Havner,Introduction To Physical Metallurgy 54. Richard A Little, Metalworking Technology 55. solution treatment, holding time, quenching, dan Aging 56. http://asroni-asbak.blogspot.com/2010/02/perlakuan-panas_5597.html 57. Laboratorium Metalurgi Fisik Jurusan Teknik Fakultar Teknik UNDIP 58. Sumber: http:www.google.com/Quenching+air+garam) 59. (Sumber: G. Sachs and K. R. Van Horn, Practical Metallurgy, Applied Metallurgy and the Industrial Processing of Ferrous and Nonferrous Metals and Alloys, American Society for Metals, 1940, p. 139.) 60. Jenis – jenis tungku substech.com https://ariffbudianto.wordpress.com/2012/04/08/heat-treatment/
HEAT TREATMENT
Heat Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada elektrik terance ( tungku ) pada temperature rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air faram, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbedabeda. Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan degnan kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya. Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan pendinginan dan batas temperature sangat menetukan. Jenis-jenis Heat Treatment a. Quenching ( pengerasan ) Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka audtenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja. Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk sementitoleh karena itu terjadi fase lalu yang mertensit, imi berupa fase yang sangat keras dan bergantung pada keadaan karbon. b. Annealing Proses anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas temperature kritis ( 723 °C )selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar temperature bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperoleh struktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin udara. Tujuan proses annealing : 1.
Melunakkan material logam
2.
Menghilangkan tegangan dalam / sisa
3.
Memperbaiki butir-butir logam.
c. Normalizing Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namunhasilnya jauh lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon. d. Tempering Proses tempering adalah pemanasan baja sampai temperature sedikit di bawah temperature kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan sampai merata selama 15 menit. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin. Jika kekerasan turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalamhal ini keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan baja yang lebih lemah. Proses ini berbeda dengan anneling karena dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh kadar karbon. Jenis-jenis pengerasan permukaan 1. karburasi Cara ini sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan bentuk padat, cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan karburasi gas. 2. karbonitiding Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm. 3. cyaniding Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan. 4.
Nitriding
adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu. Pengelompokan dan Standarisasi Baja Pengelompokan Baja
1)
Baja Karbon
Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur. 2)
Baja Paduan
Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%. 3)
Baja Khusus
Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena pemakaianpemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan panas, baja perkakas, baja listrik. Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsure terpenting untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan austenitis. Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi. Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang peranan dalam industri-industri. Unsure-unsur paduan dalam karbitnya diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi. Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika. Standarisasi Baja 1) a)
Amerika Serikat ASTM ( American Society for Testing Materials )
o Strogen Steel (H3 9M-94) o High Strength Low alloy Structure Steel (H 2 42M-93a) o Low and Intermediate tensile Strength carbon silicon, steel plate for machine pane and general construction (A 284M-38) o High Steel Strength. Quenhead and Temporal alloy steel plate euatable for andirum (A 514-94m)
o Structural Steel mide 290 MPa minimum Yield point (BMM) maximum o High Strongth Low alloy alambium vanadium steel of structural quality (43,72m-94a) o Structural carbon steel plate of improved longers (AS 37M-93a) o High Strength Low alloy Structural Steel 345 MPa minimum yield point 100 mm thickness (AS 88M-94a) o Normalized high Strength Low alloy Structural Steel (A633-94a) o Low carbonate hardening, nikel copped evanium monodin, corombium and nikel copper columbion allow steel (A710M-94) o Hot road stuktural steel high Strength Low alloy plate with improved in ability (A 610 M-93a) o Quenhead and tempered carbon steel plates for structural aniration (A 67894a) b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive Engineers) Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi dengan loxx digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja AISI, SAE 1445, ini berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan paduan uranium (0,4%-1,4%) c)
Menurut UNS (United Numbering System)
Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan SAE, hanya saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk jenis tambahan lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi G41070 di mana awalnya G untuk baja karbon paduan rendah. 2)
Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)
o Rolled Steel for general structural (G 3101-87) o Rolled Steel for walled structural (G 3106-92) o Hot Rolled Atmosphetle corrosion resisting steel (G 3128-87) o Hot Yield Strength Steel plate for walled structural (G 3128-87) o Superior atmosphere corrosion resistant steel (G 3215-87) 3)
Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.)
o Steel for general structural purposes (17100-80) o Waldable tine astin steel (17102-83) 4)
Standarisasi Perancis (NF)
o Structural Steel (A 35-501-87) o Structural Steel Imprived atmosphere votection vistance (H 35-502-DA)
Heat Treatment
A. EFEK PADA STRUKTUR MIKRO DAN UKURAN BUTIRAN Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment. Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram). Fig 6.3 Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face – centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic) Penjelasan diagram:
· Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan). ·
Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas
· Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit. · Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. · Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. · Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. · Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit. · Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit. Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram. Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel Penjelasan diagram:
· Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja. · Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit. · Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit). · Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas). · Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan. · Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
C. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.
Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram. Penjelasan diagram:
Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja: · Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 - 9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar. · Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 – 0 980 C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling). · Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli.Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.
Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat. Struktur mikro dan sifat karakteristik baja dapat disesuaikan dengan pemilihan heat treatment yang tepat. Keterangan tambahan:
Ferit biasa dinamakan juga Besi - α
Austenit dinamakan juga Besi - g
Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d
http://tabunginfo.blogspot.sg/2011/06/heat-treatment-process.html
Heat Treatment. Perlakuan panas secara eksplisit didefinisikan sebagai perpaduan antara proses pemanasan, penahanan temperatur, dan pendinginan. Perlakuan panas biasa diaplikasikan pada logam atau paduan dalam keadaan padat, untuk mendapatkan sifat fisik dan atau mekanik tertentu. Yang perlu dicatat di sini adalah perlakuan panas tidak selalu logam, tapi bisa juga pada kaca. Perubahan sifat yang dapat diperoleh dari perlakukan panas pada logam adalah sifak mekanik seperti kekerasan, kekuatan, keuletan, ketangguhan, dll, yang merupakan sifat yang paling sering dirubah dengan metoda perlakukan panas. Sifat lain yang juga dapat dirubah melalui perlakukan panas adalah sifat teknologi seperti sifat mampu bentuk dan mampu las dan mampu mesin.
Beberapa perlakukan panas yang umum diaplikasikan pada baja adalah aniling, normalisasi,qeunching dan tempering. Namun demikian yang dibahas disini hanya quenching dan tempering. Proses Queching. Perlakuan panas yang memiliki siklus pemanasan sampai temperatur austenit, penahanan selama waktu tertentu pada temperatur austenit, dan kemudian didinginkan dengan cepat,queching. Salah satu ciri dari perlakuan ini adalah produk menjadi sangat keras, karenanya sering disebut sebagai proses pengerasan, hardening. Perlakukan panas akan menghasilkan produk yang optimal, jika selama transformasi seluruh fasa austenit dapat dikonversi ke fasa martensit. Siklus perlakuan panas Quench dan Tempering Untuk Baja dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Siklus Perlakuan Panas Pada Baja Tahap pertama adalah pemanasan sampai temperatur austenite, akan terjadi perubahan fasa dari fasa ferrit dan pearlite menjadi fasa austenite ferit + perlit —> austenit Tahap kedua adalah menahan temperatur beberapa saat untuk memberikan kesempatan fasa logam bertransformasi seluruhnya. Pada tahap ini akan terjadi pertumbuhan butir austenit. Target tahapan ini adalah untuk homogenisasi temperatur dan fasa, batasan waktu yang digunakan adalah homogennya fasa dan ukuran butir austenit. Tahap ketiga adalah mendinginkan sesegera mungkin dari temperatur austenit ke temperatur ruang. Terjadi transfomasi fasa dari fasa austenite menjadi fasa martensite
Austenit —> Martensit Sifat akhir produk perlakuan ini sangat ditentukan oleh siklus selama perlakuannya. Ketiga tahapan akan sangat menentukan apakah logam akan memiliki sifat-sifat yang sudah dirancang atau tidak. Pengaruh Temperatur Terhadap Besar Butir Austenite. Pengaruh dari temperatur terhadap besar butir austenit dapat dilihat seperti pada Gambar 1. Tampak bahwa pada temperatur yang lebih tinggi butir austenit lebih besar. Pada temperatur yang lebih tinggi, tumbuh butir-butir yang relatif besar dari butir-butir tetangganya. Ukuran butit austenit menjadi tidak homogen. Perbedaan struktur mikro ini tentunya dapat memicu perbedaan sifat akhir produk. Yang pada akhirnya, produk menjadi tidak sesuai dengan desain dan persyaratan aplikasinya.
Gambar 2. Besar Butir Fasa Austenite
Gambar 3. Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Besar Butir Austenite Baja Dengan Karbon 0,3 %.
Pengaruh Temperatur Terhadap Kekerasaan. Temperatur pemanasan, austenisasi juga berpengaruh terhadap nilai kekerasan yang dimiliki oleh produk hasil proses quenching, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Baja dengan kandungan karbon 0,3 % yang dipanaskan pada temperatur yang lebih tinggi, maka setelahquenching akan memiliki kekerasan yang lebih tinggi.
Gambar 4. Pengaruh Temperatur Austenisasi Terhadap Kekerasan Baja Dengan Karbon 0.3 % Setelah Quenching Pada temperatur austenisasi yang lebih tinggi butir-butir austenit akan tumbuh membesar. Pada butiran austenit yang lebih besar, luas batas butir atau jumlah titik sebagai tempat pengintian untuk terjadinya dekomposisi fasa austenit menjadi pearlit semakin rendah. Dekomposisi dan pertumbuhan perlit akan menjadi terhambat, hal ini akan memudahkan transformasi austenit menjadi martensit, sehingga dengan membesarnya butiran austenit, maka baja akan mempunyai kemampukerasan yang lebih tinggi. Artinya austenite akan lebih mudah terdekomposisi menjadi martenisit pada austenite yang berukuran besar. Struktur Martensit yang terbentuk dari temperatur pemanasan yang lebih tinggi akan memilki kerapatan dislokasi yang tinggi. Sehingga baja yang mengalami pendinginan yang cepat dengan temperatur pemanasan yang lebih tinggi akan memilikii fasa martensit dengan kekerasan yang tinggi pula. Pengaruh Temperatur Terhadap Struktur Mikro Martensit. Pada Gambar 5. dapat dilihat pengaruh temperatur austenisasi terhadap struktur martensit yang terbentuk pada baja dengan karbon 0,3 persen.
Gambar 5. Struktur Martensite Baja Setelah Quenching Dengan Temperatur Austenisasi Yang Berbeda
Gambar: 1. http://ardra.biz http://ardra.biz/sain-teknologi/metalurgi/perlakuan-panas-logam/
2.1. PENGERTIAN HEAT TREATMENT Heat treatment (perlakuan panas) merupakan suatu proses untuk merubah sifatsifat dari logam sampai suhu tertentu kemudian didinginkan dengan media pendingin tertentu pula. Baja merupakan jenis logam yang banyak mendapatkan perlakuan panas untuk megubah sifat mekanik sesuai dengan keinginan namun terlebih dahulu diketahui instalasi dari baja tersebut. Untuk mengetahui suhu yang digunakan dapat dilihat pada gambar Fe-C dan aturan kerja perlakuan panas pada baja: · Setiap jenis baja mempunyai daerah suhu yang optimal untuk pencelupan yang terbentang dari suhu awal yang tinggi ke suhu akhir yang rendah
· Bahan campuran baja dengan keadaan kadar karbon yang tinggi 0,3 %, beroksidasi dengan intensif oleh karenanya harus dipanaskan sampai suhu awal. · Baja karbon yang tinggi dan campuran merupakan penghantar panas yang buruk sehingga haru dipanaskan secara prlahan-lahan dan menyeluruh hingga di atas suhu kritis. · Jika pemanasan dilakukan melampaui batas suhu yang diperbolehkan akan terjadi gosong pada baja dan setelah dingin akan mengalami kerapuhan. 2.1.1
Tujuan Heat Treatment
Tujuan dari perlakuan panas tersebut meliputi : 1.
Meningkatnya kekuatan dan kekerasannya;
2.
Mengurangi tegangan;
3.
Melunakkan;
4. Mengembalikan pada kondisi normal akibat pengaruh pengerjaan sebelumnya; dan 5. Menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh terhadap keuletan bahan, serta beberapa maksud yang lain. 2.1.2
Sifat-sifat Bahan
Untuk bisa menemukan bahan yang tepat untuk suatu bagian mesin, pemahaman akan sifat-sifat bahan sangat diperlukan. Sifat-sifat bahan yang penting adalah sifat fisik, sifat teknik, dan sifat kimia. Selain itu, masih diperlukan pula pertimbangan-pertimbangan ekonomis dan dampak lingkungan. Sifat fisik bahan meliputi : ·
Kekuatan
Kekuatan suatu bahan pada umumnya berpedoman pada kekuatan tariknya. ·
Kekerasan
Kekersan suatu bahan bias diartikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi benda padat lainnya. ·
Elastisitas
·
Pemuluran
·
Berat jenis
·
Titik lebur
·
Kemampuan menghantarkan panas dan listrik
Sifat fisik suatu bahan bisa dengan baik diukur besarnya dan dinyatakan dengan satuan.
Sifat teknik bahan adalah kelakuan bahan paada saat pengerjaan. Contoh: ·
Mampu tempa
Logam yang mempunyai sifat mampu tempa yang baik adalah dapat dibentuk dengan sejumlah tekananmvxxtanmvxpa menunjukkan keretakan. ·
Mampu tarik
·
Ulet
·
Mampu mesin
·
Mampu las
2. 1.3
Macam-macam Heat Treatment
Pada perlakuan panas terdapat beberapa proses yang dikenal atau dilakukan pada pemanasan logam seperti:
a)
Annealing
Proses annealing atau proses pelunakan baja merupakan proses dimana proses pemanasan samapi di atas suhu temperatur kristalnya. Selanjutnya dibiarkan sampai beberapa lama, samapai temperatur merata, disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan dalam tungku dan dijaga agar temperatur bagian dalma tungku dan kira-kira sama sehingga diperoleh struktur yang diinginkan. b)
Normalizing
Merupakan proses pemanasan logam sampai mencapai fasa austenik yang kemudian didinginkan dengan media pendingin udara. Hasil pendinginannya berupa penit atau ferit. Namun lebih halus dibandingkan annealing. c)
Tempering
Merupakan proses pemanasan logam (baja) yang telah dikeraskan sampai temperatur tertentu untuk mengurangi kekerasan baja, struktur martensit yang
sangat keras, sehingga terlalu getas. Pada proses ini mengunakan temperatur di bawah temperatur kritis kemudian suhunya. d)
Hardening
Merupakan proses pemanasan logam sampai atau lebih diatas temperatur kritisnya (723°C) kemudian didinginkan dengan cepat dengan media pendingin yang telah disiapkan. 2.1.4 a)
Jenis-jenis pengerasan permukaan Karburasi
Cara ini sudah lama dikenal oleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan bentuk padat,cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan karburasi gas. b)
Karbonitiding
Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm. c)
Cyaniding
Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan. Proses ini tidak sembarang dilakukan dengan sembarang .Penggunaan closedpot dan hood ventilasi diperlukan untuk cyaniding karena uap sianida yang terbentuk sangat beracun. d)
Nitriding
Adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu. Metode pengerasan kasus ini menguntungkan karena fakta bahwa kasus sulit diperoleh dari pada karburasi. Banyak bagian-bagian mesin seperti silinder barrel and gear dapat dikerjakan dengan cara ini. Proses ini melibatkan theexposing dari bagian untuk gas amonia atau bahan nitrogen lainnya selama 20 sampai 100 jam pada 950 ° F. The inwhich kontainer pekerjaan dan gas Amoniak dibawa dalam kontak harus kedap udara dan mampu mempertahankan suhu sirkulasi andeven. 2.2 JENIS MATERIAL YANG DAPAT DI HEAT TREATMNET Dalam ilmu logam, jenis-jenis logam dikelompokkan menjadi 4 kelompok, yaitu:
1. Logam berat (besi, nikel, chrom, tembaga, timah hitam, timah putih, timah, dan seng). 2. Logam ringan (alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, dan barium). 3.
Logam mulia (emas, perak, dan platina).
4.
Logantahan api (wolfram, titanium, sirkonium, dan molibden).
Sedangkan jenis logam berdasarkan bahan dasar yang membentuknya dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu : 1. Logam besi (ferrous) yaitu suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Jenis-jenis logam ini antara lain yaitu besi tuang, besi tempa, baja lunak, baja karbon sedang, baja karbon tinggi, serta baja karbon tinggi dan campuran.
2. Logam bukan besi (non ferrous) yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Jenis-jenis logam ini antara lain yaitu tembaga (Cu), alumunium (Al), timbel (Pb), dan timah (Sn). 1.3 1.3.1
Pengujian Kekerasan Jenis – Jenis Pengujian
Pengujian kekerasan dapat dilakukan dengan berbagai metode, diantaranya : 1. Tempa Untuk metode ini, benda kerja dipukul dengaan menggunakan palu, jika benda kerja mengalami keretakan yang banyak berarti benda tersebut keras, sedangkan jika benda mengalami sedikit retakan berarti benda tersebut ulet. 2. Tarik Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik , benda uji diberi beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji. 3. Bending Pengujian lengkung merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang dilakukan terhadap speciment dari bahan baik bahan yang akan digunakan sebagai konstruksi atau komponen yang akan menerima pembebanan lengkung maupun proses pelengkungan dalam pembentukan. Pelengkuan (bending) merupakan proses pembebanan terhadap suatu bahan pada suatu titik ditengahtengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan.
4. Mekanik Yaitu dengan menggunkan alat berupa gerinda atau punch dengan cara merusak permukaan alat. 5. Kimia ( pengujian dengan larutan ETSA ) Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeperjelas batas butir yang ada pada suatu material karena larutan etsa akan memeberi warna tambahan pada batas butir. Namun larutan ini dapat merusak batas butir tersebut.
6. Goresan Merupakan pengujian kekerasan terhadap benda (logam) dimana dalam menentukan kekerasannya dilakukan dengan mencari perban-dingan dari bahan yang menjadi standart. Contohnya adalah pengujian metode MOH’S 7. Tekan Pengujian ini dilakukan merupakan pengujian kekerasan terha-dap bahan logam dimana dalam menentukan kekerasaannya deilakukan dengan cara menganalisis indentasi atau bekas penekanan pada benda uji sebagai reaksi dari pembebanan tekan. 8. Penetrant testing Yaitu pengujian yang digunakan untuk melihat keretakan dan perositas dari suatu bahan. Pengujian dengan penetrant terdiri dari 4 tahap yaitu pembersihan awal, pemberian penetrant, pembersihan penetrant, dan pemberian developer. Pengujian ini memiliki keuntungan yaitu murah dan cepat dilaksanakan. 9. Uji Struktur Uji struktur mempelajari struktur material logam. Untuk keperluan pengujian, material logam dipotong-potong, kemudian potongan – potongan diletakkan di bawah dan dikikis dengan material alat penggores yang sesuai. Uji struktur ini dilaksanakan secara makroskopik atau mikroskopik. Dalam uji makroskopik, permukaan spesimen diperiksa dengan mata telanjang atau melalui loupe untuk mengetahui status penetrasi, jangkauan yang terkena panas, dan kerusakannya. Dalam pemeriksaan mikroskopik, permukaan spesimen diperiksa melalui mikroskop metalurgi untuk mengetahui jenis struktur dan rasio komponenkomponennya, untuk menentukan sifat-sifat materialnya. 10. DLL
2.3.2 Alat-Alat Pengujian Kekerasan
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Untuk pengujian kekerasan dengan cara ditekan terdiri atas berbagai macam alat uji yaitu : a.
Brinnel (HB / BHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (spesimen).Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan untuk material yang memiliki permukaan yang kasar dengan uji kekuatan berkisar 500-3000 kgf.Identor (Bolabaja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Uji kekerasan brinnel dirumuskan dengan :
Dimana : D =Diameter bola (mm) d = impression diameter (mm) F =Load (beban) (kgf) HB= Brinell result (HB) b.
Rockwell (HR / RHN)
Gambar 2. Pengujian Rockwell
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap
indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode Rockwell dijelaskan pada gambar 3, yaitu pada langkah 1 benda uji ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah 2, dan pada langkah 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat total load F yang terlihat pada Gambar 3. Besarnya minor load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji, jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 1.
Gambar 3 Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
Dimana : F0 = Beban Minor(Minor Load) (kgf) F1 = Beban Mayor(Major Load) (kgf) F
= Total beban (kgf)
e
= Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan
0.002mm E
= Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference
line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda yang bisa dilihat pada table 1 HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness Tabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell. Tabel 1 Rockwell Hardness Scales Scal e
Indentor
F0 (kg f)
F1 (kg f)
F (kg f)
E
A
Diamond cone
10
50
60
100
Exremely hard materials, tugsen carbides, dll
B
1/16" steel ball
10
90
100
130
Medium hard materials, low dan medium carbon steels, kuningan,
Jenis Material Uji
perunggu, dll C
Diamond cone
10
140
150
100
Hardened steels, hardened and tempered alloys
D
Diamond cone
10
90
100
100
Annealed kuningan dan tembaga
E
1/8" steel ball
10
90
100
130
Berrylium copper,phosphor bronze, dll
F
1/16" steel ball
10
50
60
130
Alumunium sheet
G
1/16" steel ball
10
140
150
130
Cast iron, alumunium alloys
H
1/8" steel ball
10
50
60
130
Plastik dan soft metals seperti timah
K
1/8" steel ball
10
140
150
130
Sama dengan H scale
L
1/4" steel ball
10
50
60
130
Sama dengan H scale
M
1/4" steel ball
10
90
100
130
Sama dengan H scale
P
1/4" steel ball
10
140
150
130
Sama dengan H scale
R
1/2" steel ball
10
50
60
130
Sama dengan H scale
S
1/2" steel ball
10
90
100
130
Sama dengan H scale
V
1/2" steel ball
10
140
150
130
Sama dengan H scale
c.
Vikers (HV / VHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk piramid seperti ditunjukkan pada gambar 3. Beban yang dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan brinel yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) dari
indentor(diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136°/2). Rumus untuk menentukan besarnya nilai kekerasan dengan metode vikers yaitu :
Gambar 5. (Callister, 2001)
Gambar 4. Pengujian Vikers
Dimana : HV
= Angka kekerasan Vickers
F
= Beban (kgf)
d
= diagonal (mm)
d.
Micro Hardness (knoop hardness)
Mikrohardness test tahu sering disebut dengan knoop hardness testing merupakan pengujian yang cocok untuk pengujian material yang nilai
kekerasannya rendah. Knoop biasanya digunakan untuk mengukur material yang getas seperti keramik.
Nah, setelah kita mengetahui macam-macam pengujian untuk uji kekerasan maka kita harus memikirkan apa yang harus kita ketahui untuk menentukan metode uji kekerasan yang digunakan, untuk itu kita harus memperhatikan halhal dibawah ini : Ø Permukaan material Ø Jenis dan dimensi material Ø Jenis data yang diinginkan Ø Ketersedian alat uji
2.4 CARBURIZING Karburasi adalah sebuah proses penambahan unsur Karbon pada permukaan logam dengan cara difusi untuk meningkatkan sifat fisis dan mekanisnya. Proses karburasi ini biasanya dilakukan pada baja karbon rendah yang mempunyai sifat lunak dan keuletan tinggi. Tujuan dilakukannya karburasi : ·
Menghasilkan permukaan material yang tahan aus terhadap gesekan.
· Namun tetap ulet pada bagian tegahnya untuk menanggulangi hentakan pada mesin. Ada 3 cara penambahan karbon atau karburasi : ·
Menggunakan medium padat atau Pack carburizing.
·
Menggunakan medium cair atau Liquid carburizing.
·
Menggunakan medium gas atau Gas carburizing.
1.
Medium padat atau Pack carburizing
Komponen yang akan dikarburisasi ditempatkan dalam kotak yang berisi media penambah unsur karbon atau mediaKarburasi.
2.
Proses Pack carburizing
Dipanaskan pada suhu austenisasi (842–953 0C). Akibat pemanasan ini, media karburasi akan teroksidasi menghasilkan gas CO2 dan CO.Gas CO akan bereaksi dengan permukaan baja membentuk atom Karbon yang kemudian berdifusi ke dalam baja. 3.
Medium cair atau Liquid carburizing
Pada karburasi yang menggunakan medium cair atau Liquid Carburizing biasanya pemanasan benda kerja menggunakan garam cair (salt bath) .
Garam cair terdiri dari campuran sodium cyanide (NaCN) atau potasium cyanide (KCN) yang berfungsi sebagai karburasi agent yang aktif. Dengan natrium carbonat (NaCO3) yang berfungsi sebagai energizer dan penurun titik cair garam. Dalam praktek, NaCN lebih banyak digunakan karena relaitif lebih murah, lebih banyak menagndung karbon dan titik cair relatif lebih rendah (500°C)
4.
Medium gas atau Gas carburizing
Setelah permukaan material sudah mengandung cukup karbon, proses dilanjutkan dengan pengerasan yaitu dengan pendinginan (Quenching) untuk mendapatkan kekerasan yang tinggi. 2.4.1 Jenis Material Carburizing Jenis material yang dapat di carburizing adalah logam besi dan baja. 2.4.2 Karakteristik Material Carburizing Adapun karateristik material yang dapat dicarburizing : Baja carbon yang memiliki kadar carbon < 0,3 %, agar dapat dilakukan proses heat treatment Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang,fosforus, dan silikon. Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon. Ia keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya. Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb. 2.5
MEDIA PENDINGIN
2.5.1 Jenis – Jenis Media Quenching Adapun jenis – jenis media quenching yaitu : a) Air garam
Air memiliki viskositas yang rendah sehingga nilai kekentalan cairan kurang, sehingga laju pendinginan cepat dan massa jenisnya lebih besar dibandingkan dengan media pendingin lainnya seperti air,solar,oli,udara, sehingga kecepatan media pndingin besar dan makin cepat laju pendinginannya. b)
Air
Air memiliki massa jenis yang besar tapi lebih kecil dari air garam, kekentalannya rendah sama dengan air garam. Laju pendinginannya lebih lambat dari air garam. c)
Solar
Solar memiliki viskositas yang tinggi dibandingkan dengan air dan massa jenisnya lebih rendah dibandingkan air sehingga laju pendinginannya lebih lambat. d)
Oli
Oli memiliki nilai viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya lambat. e)
Udara
Udara tidak memilki viskositas tetapi hanya memiliki massa jenis sehingga laju pendinginannya sangat lambat.Besi cor yang berada pada suhu outektoid yaitu pada suhu 1148 °C rata-rata mengandung 2,5% - 4% kadar karbon yang kaya besi mengandung 2,1% berat atau 9% atom. Atom-atom karbon ini larut secara intertisi dalam besi KPS. Baja yang mengandung 1,2% karbon dapat mempunyai fasa tunggal pada proses penempaan atau proses pengerjaan panas lainnya yaitu sekitar 1100°C – 1250°C pada daerah yang kaya besi 99% Fe dan 1% C diagram Fe-Fe3C berada dengan diagram lainnya. Perbedaan ini karena besi adalah paimorf pada daerah 700°C – 900°C. Daerah karbon 0% - 1%. Pada diagram ini struktur mikro baja dapat diatur. 2.5.2 1.
Kelebihan dan Kekurangan dari Media Quenching MEDIA OLI
· Mendinginkan lebih lambat dari air garam karena memanfaatkan nilai visikositasi · Transformasi ke daerah martensit cepat dengan menghasilkan martensit 100% ·
Nilai kekerasan tinggi tidak sebesar air garam
· Cocok untuk benda-benda yang konstruksi rumit dan berpotensi keretakan besar
2.
MEDIA UDARA
·
Proses pendinginan lambat
·
Transformasi ke daerah ferrite dan pearlite
·
Tidak terjadi perubahan kekerasan karena kembali ke struktur awal
·
Nilai kekerasan rendah
3.
MEDIA AIR GARAM
·
Dapat mendinginkan cepat
·
Transformasi ke daerah martensite sangat extreme
·
Nilai kekerasan yang dihasilkan sangat tinggi
·
Memiliki struktur martensite kasar,keras, dan rapuh
2.5.3 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Pendinginan Media Pendingin
a)
Densitas Semakin tinggi densitas suatu media pendingin, maka
semakin cepat proses pendinginan oleh media pendingin tersebut. b) Viskositas Semakin tinggi viskositas suatu media pendingin, maka laju pendinginan semakin lambat,Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawah tekanan shear. Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluid. Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi.
2.5.4 Heat Treatment dengan pendinginan A. Heat Treatment dengan pendinginan tak menerus
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Gambar 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel Penjelasan diagram: Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja. Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit). Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas). Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan. Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih
besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah. Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
Penjelasan diagram:
Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
2.6 2.6.1
PENGELOMPOKAN DAN STANDARISASI BAJA Pengelompokan Baja
a.
Baja Karbon
Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur.
b.
Baja Paduan
Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%. c.
Baja Khusus
Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena pemakaianpemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan panas, baja perkakas, baja listrik. Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsure terpenting untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan austenitis. Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi.Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang peranan dalam industriindustri. Unsure-unsur paduan dalam karbitnya diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi. Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika.
2.6.2
Standarisasi Baja
a)
ASTM ( American Society for Testing Materials )
·
Strogen Steel (H3 9M-94)
·
High Strength Low alloy Structure Steel (H 2 42M-93a)
· Low and Intermediate tensile Strength carbon silicon, steel plate for machine pane and general construction (A 284M-38) · High Steel Strength. Quenhead and Temporal alloy steel plate euatable for andirum (A 514-94m) ·
Structural Steel mide 290 MPa minimum Yield point (BMM) maximum
· High Strongth Low alloy alambium vanadium steel of structural quality (43,72m-94a) ·
Structural carbon steel plate of improved longers (AS 37M-93a)
· High Strength Low alloy Structural Steel 345 MPa minimum yield point 100 mm thickness (AS 88M-94a) ·
Normalized high Strength Low alloy Structural Steel (A633-94a)
· Low carbonate hardening, nikel copped evanium monodin, corombium and nikel copper columbion allow steel (A710M-94) · Hot road stuktural steel high Strength Low alloy plate with improved in ability (A 610 M-93a) · Quenhead and tempered carbon steel plates for structural aniration (A 678-94a) b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive Engineers) Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi dengan loxx digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja AISI, SAE 1445, ini berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan paduan uranium (0,4%-1,4%) c)
Menurut UNS (United Numbering System)
Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan SAE, hanya saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk jenis tambahan lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi G41070 di mana awalnya G untuk baja karbon paduan rendah. d)
Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)
·
Rolled Steel for general structural (G 3101-87)
·
Rolled Steel for walled structural (G 3106-92)
·
Hot Rolled Atmosphetle corrosion resisting steel (G 3128-87)
·
Hot Yield Strength Steel plate for walled structural (G 3128-87)
·
Superior atmosphere corrosion resistant steel (G 3215-87)
e)
Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.)
·
Steel for general structural purposes (17100-80)
·
Waldable tine astin steel (17102-83)
f)
Standarisasi Perancis (NF)
·
Structural Steel (A 35-501-87)
·
Structural Steel Imprived atmosphere votection vistance (H 35-502-DA)
Keterangan tambahan:
Ferit biasa dinamakan juga Besi - α
Austenit dinamakan juga Besi - g
Struktur mikro diatas suhu 13500C dinamakan Besi - d
2.7 KESELAMATAN KERJA 1.
Praktik Heat Treatment
A. Alat Pelindung Diri -
Pakaian kerja standar (seragam ATS)
Digunakan untuk melindungi badan dari kemungkinan tergores/tersayat oleh benda tajam ataupun benda-benda yang panas. -
Sepatu safety
Digunakan untuk melindungi kaki dari kemungkinan benda yang dapat terjatuh dari atas meja atau tempat lain dan juga melindungi telapak kaki dari potensi benda tajam yang dapat menusuk dari arah bawah sepatu. Sepatu safety ini dilengkapi plat/ besi yang terletak pada ujung sepatu dan bagian alas sepatu. -
Kacamata safety
Digunakan untuk melindungi mata dari debu-debu yang beterbangan dan berpotensi masuk kemata. Kacamata safety diwajibkan untuk digunakan ketika diarea perbengkelan. Standar kacamata yang digunakan Z87+. -
Cotton glove
Digunakan untuk melindungi tangan dari benda-benda panas. -
Jaket dan sarung tangan
Digunakan untuk melindungi tubuh dari benda-benda panas dan sinar ultraviolet. -
Face shield
Digunakan untuk melindungi wajah dari percikan api dan serpihan benda yang panas. -
Masker
Digunakan untuk melindungi saluran pernapasan dari debu yang mengandung zat besi, kimia,dll.
B. Hal –hal yang perlu diperhatikan -
Gunakan alat pelindung diri yang diwajibkan pada setiap proses
Bersihkan benda-benda/tumpahan oli yang berserakan di lokasi heat treatment. Pastikan bahwa thermocouple tidak terkena benda panas/ box yang dimasukkan kedalam furnace. -
Gunakan semua peralatan sesuai fungsinya.
Pengopersian furnace harus dengan persetujuan dan didampingi oleh instruktur. Pasang tanda peringatan “AWAS!!! BENDA PANAS“ disekitar benda panas pada setelah proses pemanasan (Heat Treatment). Saat melaksanakan quenching, pastikan bahwa sarung tangan tidak terkena/ tercelup ke oli quenching, karena berpotensi menyebabkan terbakarnya sarung tangan tahan api.
C. Potensi Bahaya -
Tangan tergores kawat saat mengikat benda.
Terpeleset akibat benda-benda/ oli yang berserakan /berceceran di lokasi praktik. -
Tangan melepuh/terbakar akibat menyentuh atau memegang benda panas.
Pakaian ,jaket dan sarung tangan terbakar akibat menyentuh atau memegang benda/box panas.
Wajah atau badan terkena oli panas akibat membuang atau melempar benda kedalam oli quenching. Tangan terbakar akibat nyala api pada oli quenching yang disebabkan oleh benda kerja yang tidak dicelupkan seluruhnya ke dalam media pendinginan “Quenching”. Sarung tangan tahan api terbakar karena terkena/tercelup ke oli saat proses quenching.
2.
Praktik Uji Kekerasan
A.
Alat Pelindung Diri
-
Pakaian kerja
-
Cotton glove
-
Safety glasses
-
Safety shoes
B.
Hal-hal yang perlu diperhatikan
-
Gunakan peralatan safety yang diwajibkan.
-
Bersihkan benda-benda/ tumpahan oli yang berserakan di lantai.
-
Pastikan indentor tidak terbentur pada benda kerja saat setting.
-
Pastikan bahwa indentor tidak jatuh.
-
Gunakan semua peralatan sesuai fungsinya.
-
Tanyakan pada instruktur jika pengoperasian alat belum dimengerti.
-
Gunakan anvil yang sesuai untuk bentuk benda kerja.
Master kalibrasi mesin tidak boleh digunakan oleh mahasiswa, kalibrasi dengan mengunakan master kalibrasi dilakukan oleh instruktur/ penanggung jawab alat uji kekerasan.
C. -
Potensi Bahaya Tangan tergores bagian yang tajam pada benda kerja.
Terpeleset akibat menginjak benda-benda/ oli yang berserakan/berceceran di lantai.
-
Alat uji pecah, akibat pemilihan type penguji yang tidak sesuai.
http://edukasi77.blogspot.sg/2014/10/heat-treatment.html Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang samadapat memiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan. Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu. Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis : 1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan) Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk : a. Melunakkan struktur kristal b. Menghaluskan butir c. Menghilangkan tegangan dalam d. Memperbaiki machineability.
Jenis dari perlakukan panas Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing) Stress relief Annealing Process annealing Spheroidizing Normalizing Homogenizing. 2. Non Equilirium (Tidak setimbang)
Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.
Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya : Hardening Martempering Austempering Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening) Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment. Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikropada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).
Gambar Diagram Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe-Fe3C) Gambar Diagram Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe-Fe3C) Keterangan gambar : Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia. Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan). Sifat sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit. Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit.
Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit. Penekanan terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan Carbon. a. Kandungan Carbon 0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature kamar 0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723 b. Derajat Celcius 0,83%C = Titik Eutectoid 2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius 4,3%C = Titik Eutectic 0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius c. Garis-garis Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan). Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan). Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution. Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite) Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan. Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan. Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid. Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite. d. Struktur mikro Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C. Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic). Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic. Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.
Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C. Secara umum heat treatment dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.
perlakuan-panas-2
perlakuan-panas-3 Annealing Annealing ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll. 1. Full annealing (annealing) Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan
didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik). Perlu diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperature kritis garis A1 maka belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila temperature pemanasan mencapai garis atau temperature A1 (butir-butir Kristal pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid bila pemanasan dilanjutkan ke temperature yang lebih tinggi maka butir kristalnya mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh. Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperature kritis A3). Pada temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen. Dengan menaikan temperature sedikit diatas temperature kritis A3 (garis A3) dan memberI waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir Kristal ferrite dan pearlite yang halus. Baja yang dalam proses pengerjaannya mengalami pemanasan sampai temperature yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan (holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja hypereutectoid,annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan tidak merupakan proses akhir. 2. Normalizing Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing. 3. Spheroidizing Merupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibilitypada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang terbungkus oleh jaringan cemented. Adanya
jaringan cemented (cemented network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan pemanasan sampai disekitar temperature kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya dan dibiarkan pada temperature tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam) baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperature yang tinggi dalam waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite yang tersebar dalam matriks ferrite. 4. Process Annealing Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada dasarnya proses Annealing danStress relief Annealing itu mempunyai kesamaan yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1 (temperature kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekristalisasi saja. 5. Stress relief Annealing Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbu yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing. Heat Treatment dengan pendinginan A. Heat Treatment dengan pendinginan tak menerus Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
perlakuan-panas-4 Gambar 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel Penjelasan diagram: Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja. Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit). Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat strukturMartensit (sangat keras dan getas). Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan. Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil. B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS
Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah. Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
perlakuan-panas-5 Penjelasan diagram:
Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.
Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.
Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja: Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 9500 C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar. Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 9800C disusul dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan kondisi panas (rolling).
Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas. Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering. Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih ulet dan liat. http://gregorius.blogdetik.com/2009/08/09/heat-treatmentsannealing-tempering-quenching HEAT TREATMENT (PERLAKUAN PANAS)
Pengertian perlakuan panas atau heat treatment ialah suatu cara yang mengakibatkan perubahan struktur bahan melalui penyolderan atau penyera pan panas: dalam bentuk bahan tetap sama (kecuali perubahan akibat regangan panas). Yang disebut struktur adalah susunan dalam logaa, menjadi dapat dlihat jik a sekeping logam yang terasah dan teretsa (asam salpeter) diamati dibawah mikroskop. Struktur besi murni Struktur semua logam terdiri atas kristal-kristal yang bergandengan kuat satu sama lain dalam wujud dan ukuran yang berlainan . Kristal-kristal itu terdiri atas bagian-bagian terkecil suatu unsur, atom-atom. Atom besi tersusun didalam sebuah kisi ruang. Penegertiannya adalah sebuah wuj ud garis meruang yang titik-titik potongnya diduduki atom-atom besi, kisi ruang ini terdiri atas mata jaringan yang berbentuk dadu.
Dalam hubungan ini ditemukan perletakan atom menurut tiga jenis : ¤ BESI ALFA Delapan atom terletak pada pojok dadu dan sebuah atom ke 9 ditengahtengah dadu (di pusat ruang). Susunan atom ini disebut juga kisi terpusat ruang sampai suhu ruangan 7080 C, besi alfa bersifat magnetis. Dari 7680 C sampai 9110 C, besi terpusat ruang menjadi tidak magnetis dan dahulu disebut juga besi.
¤ BESI GAMMA Pada 9110 C, ikatan kisi terpusat ruang menjelma menjadi besi gamma terpusat bidang : pada setiap pojok dadu berada sebuah atom dan 6 atom lainnya
berada dipetengahan ke 6 bidang bujur sangkar permukaan dadu. Karena sebuah dadu gamma menampung 14 atom, sedangkan jumlah keseluruhan atom besi tentunya tidak akan bertambah akibat pemanasan, maka dadu gamma lebih besar dari dadu alfa.
¤ BESI DELTA Pada 13920 C, besi gamma yang terpusat bidang berubah wujud kambali menjadi besi terpusat ruang yang disebut besi delta (gambar 2c). besi delt a berbeda dari besi alfa dalam jarak atomnya yang lebih besar.
MENGENAL PROSES HEAT TREATMENT
Heat Treatment adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dal am keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku-panas pada dasar nya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.
KLASIFIKASI HEAT TREATMENT
v NEAR EQUILIBRIUM (MENDEKATI KESETIMBANGAN)
Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya adalah untuk melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangka n tegangan dalam dan memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan pan as Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.
Diagram : Heat treatment near equilibrium
Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita tarik benang merah bahwa secara umum laku panas dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut denga
n anneling. Anneling ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu pro duk. Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi sela ma beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu beraneka r agam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll. Sehingga kita akan mengenal dengan apa yang disebut : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.
Diagram : Near Equilibrium Ferrite-Cementid (Fe- Fe3C) Ö Struktur mikro ü Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempuny ai batas kelarutan Carbon 0,008%C.
ü Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic). ü Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic. ü Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperatur e 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C. ü Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 3%C.
Ö Kandungan Carbon 0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperat ure kamar 0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada temperature 723
Ö Derajat Celcius 0,83%C = Titik Eutectoid 2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada temperature 1130 Derajat Celcius 4,3%C = Titik Eutectic 0,1%C = atas kelarutan Carbon pada besi Delta pada temperature 1493 Derajat Celcius. Ö Garis-garis Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan). Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan). Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution. Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite) Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pa da pemanasan. Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma ) menjadi Ferrit pada pendinginan. Garis A0 = Garis temperature dimana terj adi transformasi magnetic pada Cementid. Garis A2 = Garis temperature dima na terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.
v NON EQUILIRIUM (TIDAK SETIMBANG)
Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non Equibrium, misalnya Hardening, Martempering,Auste mpering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening)
JENIS-JENIS PENGERASAN PERMUKAAN:
Ø Karburasi Cara ini sudah lama dikenaloleh or ang sejak dulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, ba ik dalan bentuk padat, cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi padat, kaburasi cair dan karburasi gas.
Ø Karbonitiding Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan diata s suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan l uar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yan g relative murah ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm.
Ø Sianiding Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.
Ø Nitriding Adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai ± 510°c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.
PENGELOMPOKAN DAN STANDARISASI BAJA
Ø Pengelompokan Baja a.
Baja Karbon
Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsure karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsurunsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur.
b.
Baja Paduan
Aja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%. c.
Baja Khusus
Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena pemakaianpemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja than karat, baja tahan panas, baja perkakas, baja listrik. Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsur e terpenting untuk memperoleh sifat tahan terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan austenitis. Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi.Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang peranan dalam industri-industri. Unsureunsur paduan dalam karbitnya diperlukan untuk memperoleh sifatsifat tersebut dan kuat pada temperature tinggi. Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika.
STANDARISASI BAJA
A. Amerika Serikat i.
ASTM ( American Society for Testing Materials )
ii. AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of Automotive Engineers) B. Menurut UNS (United Numbering System)
i. ii.
Jepang (JIS = Japan Industrial Standar) Inggris (British Standard)
iii.
Jerman DIN Swedia
iv.
Indonesia (Standar Nasional Indonesia)
DIAGRAM BESI-KARBIDA BESI
Sebagian dari diagram kesetimbangan besi-karbida besi baja terlihat pada gambar 3.1. Bila sepotong baja dengan kadar karbon 0,20% dipanaskan se cara merata dengan lambat dan suhunya dicatat pada selang waktu tertentu, a kan diperoleh kurva seperti terlihat pada gambar 3.1. Kurva ini disebut Kurva l aju inverse.
Diagram : Besi-karbida besi
Sumbu mendatar adalah laju pemanasan atau waktu yang diperlukan untuk memanaskan atau mendinginkan baja sebanyak 10oC. Kurva ini merupakan garis vertikal kecuali pada titiktitik diamana laju pemanasan atau pendinginan mengalami perubahan. Terlihat bahwa pada tiga titik terdapat perubahan dalam laju pemanasan. Hal yang sama dijumpai sewaktu pendinginan; tercatat tig a perubahan yang lebih rendah dibandingkan dengan sewaktu pemanasan. Titiktitik di mana terjadi perubahan struktur disebut titik transformasi dan diberi lambing Ac1, Ac2 dan Ac3. Huuf C adalah huruf permulaan dari kata perancis chauffage yang berarti memanaskan. Titik-titik identik yang diperoleh pada kurva pendingin disebut Ar1, Ar2 dan Ar3.r diambil dari kata refroidissement yang berarti mendinginkan. Perubahan-perubahan yang terjadi pada titik-titik kritis tersebut disebut perubahan alatropik. Meski susunan kimia tetap, baja mengalami perubahan sifat antara lain : tahanan listrik, struktur atom dan kehilangan sifat magnetic. Menurut defenisi suatu perubahan alotropi adalah perubahan yang mampu balik ata ureversible pada struktur atom suatu logam yang diikuti dengan perubahan sifat. Titik-titk kritis tersebut harus diketahui, mengingat perlakuan panas baja meliputi pemanasan di atas daerah ini. Baja tidak dapat dikeraska kecualibila dipanaskan di atas daerah kritis bawah dan kadang-kadang di atas daerah kritis atas.
Diagram : laju-invers, untuk baja SAE 1020
Serangkaian percobaan pemanasan dan pendinginan dapat dilakukan pada baja dengan kandungan karbon yang berbeda dan bila hasilnya digambarka n sebagai kurva suhu terhadap kadar karbon maka akan diperoleh suatu dia gram yang serupa dengan gambar 3.1. Diagram ini yang disebut diagram besikarbida besi parsial hanya berlaku untuk kondisi pendinginan yang perlahanlahan. Suhu pencelupan yang tepatdapat diperoleh dari diagram ini. Misalkan sepotong baja karbon 0,20% dipanskan disekitar 870oC. Diatas titik Ar3 baja merupakan larutan padat dari karbon dalam besi-gamma dan disebut austenit. Atom-atom besi membentuk kisi kubik pemusatan sisi (Face Centered Cubic) dan bersifat nonmagnetik. Bila didinginkan sampai mencapai suhu dibawah titik Ar3, atom-atom akan membentuk kisi kubik pemusatan ruang (Body Centered Cubic). Strukt ur logam dapat dilihat pada gambar 3.3. Struktur yang baru ini disebut ferit atau besi alpha dan merupakan larutan padat karbon dan besi alpha. Daya larut kar bon dalam besi alpha jauh lebih rendah daripada dalam besi gamma.Pada titik Ar2 baja menjadai magnetic, dan bila baja didinginkan sampai garis Ar1, ferit yang terbentuk akan bertambah. Pada garis Ar1 austenit yang masih ada akan bertransformasi mejadi suatu struktur baru yang disebut perlit.
Gambar : Mikrofoto efek pertambahan karbon atas struktur logam
Bila kadar karbon baja malampaui 0,20%, suhu diamana ferit mulai terbentuk dan mengendap dari austenit turun. Baja yang berkadar karbon 0,80% disebut baja eutektoiddan struktur terdiri dari 100% perlit. Titik eutektoid adalah suhu terendah dalam logam dimana terjadi perubahan dalam keadaan larut padat, dan merupakan suhu keseimbangan terendah di mana austenit terurai menjadi ferit dan simentit. Bial kadar karbon baja lebih besar daripada eutektoid, perlu diamati garis pada diagr am besi-karbida besi yang bertanda
Acm. Garis ini menyatakan dimana karbida besi mulai memisah dari austenit. Karbida besi ini dengan rumus Fe3C disebut sementit. Sementit sangat keras dan rapuh. Baja yang mengandung kadar karbon kurang dari eutektoid (0,80%). Disebut baja hipoeutektoid, dan baja dengan kadar karbon lebih dari eutectoid disebut juga hipereutektoid.
BESAR BUTIR. Baja cair bila didinginkan mulai membeku pada titik-titik inti yang cukup banyak. Atom-atom yang tergabung dalam kelompok di sekitar suatu inti cenderung memiliki letak yang serupa. Batas butir yang bentuknya tidak teratur tampak dibawah mikroskop, setelah dipolis dan dietsa dan merupakan bata s kelompok sel atom yang memiliki orientasi umum yang sama. Ukuran butir tergantung pada beberapa faktor, antara lain laju pendinginan sewaktu pembekuan. Baja dengan butiran yang kasar kurang tangguh, dan memiliki kecenderungan untuk distorsi, namun baja jenis ini lebih mudah untuk pemesinan dan memiliki kemampuan pengerasan yang lebih baik. Baja berbutir halus di samping lebih angguh juga lebih ulet dna kurang peka terhadap distorsi atau retak sewaktu perlakuan panas. Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu proses pembuatan, akan tetapi setelah baja jadi, pengendalian dilak ukan melalui perlakuan panas. Alluminium yang digunakan sebagai deoksidator merupakan faktor mengendali yang terpenting, karena dapat menaikkan suhu dimana terjadi pertumbuhan butir dengan cepat. Besar butir diukur dengan mikroskop, meskipun penaksiran secara kasar dapat dilakukan denagn memeriksa bidang perpatahan. Untuk pengukurna d i bawah mikroskop baja perlu dipolis dan dietsa agar batas butir tampak dengan jelas. Pada karbon rendah ferit akan berpresipitasi dari austenit setelah didinginkan secara perlahan-lahan. Karena laju pendinginan yang rendah dapat menghasilkan terlalu banyak ferit primer, yang menyulitkan pengukuran bes ar butir austenit sebelumnya, maka harus diusahakan agar laju pendinginan sedemikian rupa sehingga struktur pracutektoid hanya terjadi pada batasbatas daerah perlit. Pada baja karbon medium, besar butir austenit sebelumnya dihitung dari luas daerah perlit ditambah dengan setengah daerah ferit yang mengelilinginya. Pada baja hipereutektoid besar butir austenit dibatasi oleh sementit yang mengendap.
Gambar : Pemisahan kristal dan ukurna butir yang sangat besar.
DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTERMAL.
Diagram fasa Fe3C bermanfaat untuk memilih suhu yang tepat untuk berbagai operasi laku panas dan memperlihatkan pula struktur yang dapat diperoleh setelah pendinginan perlahan-lahan. Meskipun demikian diagram tersebut tidak menggambarkan pengaruh dari berbagai laju pendinginan, w aktu pemanasan atau struktur yang dapat diperoleh bila pencelupan ditunda pada suhu tertentu. Diagram transformasi isothermal atau dikenal juga sebagai diagra m waktu-suhu-transformasi atau kurva S dapat memberi informasi tersebut. Dengan mempergunakan diagram ini dapat dilihat perubahan struktur bila logam dibiarkan pada suhu konstan tertentu.
Diagram : Transformasi
Dengan demikian waktu transformasi mulai terjadi dan berakhir dapat diketahui, begitu pula struktur yang akan diperoleh. Untuk memperoleh struktur martensit, baja harus dicelupkan dengan cepat sedemikian sehingga kurva pendinginan tidak memotong kurva transformasi. Pada gambar 3.5 yang menampilkan kurva pendinginan yang memotong garis Ms dan Mf (permulaan dan berakhirnya transformasi austenit menjadi martensit). Bentuk umum dari kurva waktu-suhu-transformasi berbeda untuk jenis baja yang berlainan, ter gantung pada kadar karbon, unsur paduan dan besar butir austenit. Kebanyakan unsur paduan baja menggeser kurva ke kanan, sehin gga memperpanjang waktu pengerasan baja tanpa mengenai atau memotong kurva.Hal ini memungkinkan pengerasan ukuran penampang yang lebih besar. Pada b aja karbon, kurva akan bergeser ke kiri dengan menurunnya kadar karbon.Oleh karena itu agak sulit untuk memperoleh martensit dengan pencelupan baja hipoeutektoid. Baja karbon dengan komposisi eutektoid lebih mudah dikeraskan. EFEK PADA STRUKTUR MIKRO DAN UKURAN BUTIRAN
Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai beruba
h menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perub ahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment. Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).
Diagram : Equilibrium phase diagram for iron – iron carbide system (f.c.c.face– centred cubic: b.c.c. body-cenreed cubic)
Penjelasan diagram: I. Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan). II.
Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas
III. Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
IV. Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid. V. Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit. VI. Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. VII. Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon r endah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit. VIII. Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit. IX. Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendingi nan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
PENDINGINAN HEAT TREATMENT DIBEDAKAN MENJADI 2 YAITU :
I.
HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN TAK MENERUS
Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.
Diagram : Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel
Penjelasan diagram: i. Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimiaterutama kadar karbon dalam baja. ii. Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit. iii. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit). iv. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas). v. Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan. vi. Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.
II.
HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS
Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.
Penjelasan diagram: · Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit. · Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit. · Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.
Dalam prakteknya ada 5 heat treatment dalam pembuatan baja: Secara umum heat treatment dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.
1.
ANNEALING
Yang dimaksud dengan annealing ialah menurunkan kekerasan suatu baja dengan jalan memanaskan baja tersebutpada temperatur diatas temperatur krisis maksimum 9800C, dan kemudian dinginkan secara perlahanlahan di udara(sampai dingin). Sebagai misal baja dengan kadar
karbon 1,2%C, susunan strukturnya adalah Sementit dan pearlit, setelah kitaannealing maka akan didap at susunan pearlit agak kasar sehingga mengurangi kekerasan dari baja tersebut.
TUJUAN DARI ANNEALING IALAH UNTUK : · Mendapatkan baja yang mempunyai kadar karbon tinggi, tetapi dapat dikerjakan mesin atau pengerjaan dingin. ·
Memperbaiki keuletan.
·
Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur.
·
Memperhalus ukuran butir.
·
Menghilangkan tegangan dalam.
·
Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.
LANGKAH KERJA PROSES ANNEALING :
§ Proses annealing adalah sebagai berikut: o Benda kerja kita masukan kedalam kotak baja yang kita isi dengan terak atau pasir. o Panaskan pada temperatur 9800C selama 1 sampai 3 jam. o Setelah cukup waktunya kotak kita angkat dari dapur. o Benda kerja didinginkan dengan perlahan-lahan.
§ Cara-Cara Pendinginan Pada Proses Annealing: o Benda kerja dikeluarkan dari kotak dan dibiarkan dingin perlahan-lahan dengan pendinginan dari udara. o Benda kerja bersama-sama dengan kotaknya dibiarkan dingin perlahan- lahan dengan pendinginan udara.
o Kotak yang berisi benda kerja dibiarkan didalam dapur dan dapur kita matikan. Sehingga dapur, benda kerja dan kotakmengalami pendinginan yang pe rlahan-lahan dari udara. TIPE-TIPE PROSES ANNEALING:
Ø Full Annealing. Full annealing (FA) terdiri dari austenisasi dari baja yang diikuti dengan pendinginan yang lambat didalam tungku, kemudian temperatur yang dipilih untuk austenisasi tergantung pada kandungan karbon dari baja tersebut. Full annealing untuk baja hipeutektoid dilakukan pada temperatur austenisasi sekitar 500C diatas garis A3 danmendiamkannya pada tempertur tersebut untuk jangkauan waktu tertentu, kemudian diikuti dengan pendinginan yang lamba t diatas tungku. Pada temperatur austenisasi, pembentukan austenit akan merubah struktur yang ada sebelum dilakukanpemanasan, dan austenit yang terbentuk r elatif halus. Pendinginan yang lambat didalam tungku akan menyebabkana ustenit mengurai menjadi perlit dan ferit. Pemanasan yang terlalu tinggi diatas A3 akan menyebabkan austenit tumbuhsehingga dapat merugikan sifat baja yan g diproses. Menganil/annealing baja hipereutektik dilakukan dengan cara memanaskan baja tersebut diatas A1 untuk membulatkansementit proeutektoid. Jika baja hipereutektik dipanaskan pada temperatur Acm dan didinginkan perlahan-lahan, maka pada batas butir akan terbentuk sementit preutektoid sehingga akan terjadi rangkaian sementit pada batas butir austenit. Pendinginanyang diperlambat akan menyebabkan presipitasi ferit sebagai kelompok yang terpisah. Pembentukan daerah pemisah ferit padabaja yang tidak dikehendaki karena akan menimbulkan daerah yang lunak (soft spot) selama proses pengerasan berlangsung.Full annealing juga diterapkan pada baja karbon dan baja paduan hasil proses pengecoran serta baja hot worked hipereutektoid.Untuk produk cor yang besar, terutama yang terbuat dari baja paduan,Full annealing akan memperbaiki mampu mesin dan juga menaikan kekuatan akibat butir-butirnya menjadi halus.Full annealing juga diterapkan pada baja-baja dengan kadar karbonlebih dari 0,5% ag armampu mesinnya menjadi lebihBaik.
Ø Spheroidized Annealing. Spheroidized annealing (SA) dilakukan dengan cara memanaskan baja sedikit diatas atau dibawah titik A1, kemudiandidiamkan pada temperatur
tersebut untuk jangka waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat. Proses ini ditujukan agar karbida-karbida yang berbentuk lamelar pada perlit dan sementit sekunder menjadi bulat.Disamping itu, perlakuan ini ditunjukan mendeformasikan struktur seperti martensit, trostit, dan sorbit dlsb ya ng merupakan hasil akhir dari proses quench.
2.
NORMALIZING
Normalizing adalah proses Perlakuan panas terhadap baja dengan tujuan mendapatkanstruktur, butiran yang halusdan seragam untuk menghilangkan tegangan dalam akibat pengerjaan dengan mesin.
TUJUAN NORMALIZING : ·
Untuk memperhalus butir
·
Memperbaiki mampu mesin
·
Menghilangkan tegangan sisa
· Memeperbaiki sifat mekanik baja karbon struktural dan baja-baja pad uan rendah.
PROSES NORMALIZING Proses dari pada normalizing ialah dengan memanaskan baja diatas temperatur kritis maksimum 850oC dan kemudiankita biarkan dingin perlahan-lahan maka susunan yang terjadi adalah pearlite yang agak halus sehingga benda kerj a menjadi lunak dan tegangan –tegangan dari bahan tersebut akan hilang serta susunannya menjadi merata.( Menurut Hand Out POLMAN ) Normalizing terdiri dari Proses pemanasan baja diatas temperatur kritis A3 atau ACM dan ditahan pada temperaturtersebut untuk jangka waktu tertentu tergantung pada jenis dan ukuran baja. Agar diperoleh austenit yang homogen bajabaja hypoeutektoid dipanaskan 30-400C diatas garis A3. Pemanasan Austenit yang terlalu tinggi akan menyebabkantumbuhnya butiran- butiran austenit. Setelah waktu pemanasan selesai, benda kerja kemudian didinginkan diudara. Struktur metalurgi bajahypoutektoid yang akan dihasilkan teriri dari ferit dan pearlite. Perlu diketahui bahwa batas-batas butir yang baru tidak ada hubungannya dengan batas-batas butir sebelum baja dinormalkan, jika struktur sebelum diproses berupa butir yang kasar atau tidak beraturan maka setel
ah penormalan akan terjadi perbaikan terhadap strukturnya diiringi dengantibulnya perbaikan sifat mekaniknya. Dengan cara yang sama Menormalkan baja hypoeutektoid dilakukan dengan memanaskan baja 30-400C diatastemperatur ACM dan menhannya pada teperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu sehingga transformasi fasa dapat berlangsung diseluruh bagian benda kerja dan selanjutnya didinginkan diudara. Proses ini tida k hanya menghaluskanukuran butir tetapi juga melarutkan jaringan–jaringan karbida yang mungkin terbentuk pada saat proses pengerjaan panasatau pada saat dikarburasi. Pada temperatur kamar struktur hasil penormalan akan terdiri dari dari butir pearlit yanghalus dan sementit. Struktur hasil penormalan lebih cocok untuk proses sperodisasi agar diperoleh mampu mesin yanglebih baik. Sifat mekanik yang kan diperoleh setelah prose penormalan tergantung pada laju pendinginan diudara. Laju pendinginancepat akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi. Atas dasar tersebut, jika didinginkan kekuatan dankekerasan yang lebih tinggi laju pendinginan diudara yang agak cepat dapat dicapai dengan menggunakan kipas angin. Proses penormalan umumnya diterapkan pada baja karbon dan baja paduan rendah. Kekerasan yang diperoleh dariperlakuan ini tergantung pada uk uran, komposisi baja serta laju pendinginan. Normalizing tidak dapat diterapkan pada jenis bajayang dapat dikeraskan diudara. Pendinginan diudara setelah proses austenisasi baja-baja paduan akan menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi. Untuk ituagar tetap memiliki mampu mesin yang memadai baja-baja tersebut dapat ditemper 600-6500C. dengan demikian untukbeberapa jenis baja paduan dari pada menerapkan proses anil ya ng cukup lama, lebih baik menerapkan proses normalizing kemudian diikuti dengan proses temper sehingga waktu yang diperlukan relatif lebih singkat. Secara umum proses normalizing ini dilakukan dengan dengan cara memanaskan baja 850 derajat sampai 900 derajat, kemudian setelah suhu merata didinginkan diudara.
MANFAAT DARI PROSES NORMALIZING INI ADALAH ANTARA LAIN : Menghilangkan struktur yang berbutir kasar yang diperoleh dari proses pengerjaan yang sebelumnya di alami oleh baja: a. Mengeliminasi struktur yang kasar yang diperoleh dari akibat pendinginan yang lambat pada proses anil b.
Menghaluskan ukuran ferit dan pearlite
c.
Memodifikasi dan menghaluskan struktur cor dendritik
d. Penormalan dapat mencegah distorsi dan memperbaki mampu mesin-mesin baja paduan yang dikarburasi karen atemperatur penormalan lebih tinggi dari temperatur pengkarbonan e.
Penormalan dapat memperbaiki sifat-sifat mekanik
3.
TEMPERING
Proses temper adalah proses memanaskan kembali baja yang sudah dikeraskan dengan tujuan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan , duktilitas dan ketangguhan yang tinggi. Proses temper terdiri dari memanaskan baja sampai dengan temperatur dibawah temperatur A1, dan menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan diudara. Hasil penelitian menunjukan bahwa padasaat temperatur dinaikan, baja yang dikeraskan akan mengalami 4 tahapan sebagai berikut: a. Pada temperatur antara 80 dan 2000C, suatu produk transisi yang kaya karb on yang dikenal sebagai karbida, berpresipitasi dari martensit tetragonal sehingga menurunkan tetragonalitas martensit atau bahkan mengubahmartensit tetragonal menjadi ferit kubik. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap pertama. Pada saat ini, akibatkeluarnya karbon, volume martensit berkontraksi. Karbida yang terbentuk pada perioda ini disebut sebagai karbidaepsilon. b. Pada temperatur antara 200 dan 3000C, austenit sisa mengurai menjadi suatu produk seperti bainit. Penampilannya mirip martensit temper. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap kedua. Pada tahap ini volume baja meningkat. c. Pada temperatur antara 300 dan 4000C, terjadi pembentukan dan pertumbuhan sementit dari karbida yang berpresipitasipada tahap pertama dan kedua. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap ketiga. Perioda ini ditandai denganadanya penurunan volume dan melampaui efek yang ditimbulkan dari penguraian austenit pada tahap yang kedua. d. Pada temperatur 400 dan 7000C pertumbuhan terus berlangsung dan disertai dengan proses sperodisasi darisementit. Pada temperatur yang lebih tinggi lagi, terjadi pembentukan karbida kompleks, pada bajabaja yangmengandung unsur-unsur pembentuk karbida yang kuat. Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap keempat. e. Perlu diketahui bahwa rentang temperatur yang tertera pada setiap ta hap proses temper, adalah spesifik. Dalampraktek, rentang temperatur tersebut bervariasi tergantung pada laju pemanasan, lama penemperan, jenis d
an sensitifitas pengukuran yang digunakan. Disamping itu, tergantung juga pada komposisi kimia baja yang diproses.
PENGARUH UNSUR-UNSUR PADUAN PADA PROSES TEMPERING:
Jika baja dipadu, interval diantara tahapan proses temper akan bergeser kearah temperatur yang lebih tinggi; dan itu berarti martensit menjadi lebih tahan terhadap proses penemperan. Unsur-unsur pembentuk karbida khususnya: Cr, Mo, W, Tidan V dapat menunda penurunan kekerasan dan kekuatan baja meskipun temperatur tempernya dinaikan. Dengan jenis dan jumlah yang tertentu dari unsurunsur tersebut diatas, dimungkinkan bahwa penurunan kekerasandapat terjadi pada temperatur antara 400-6000c, dan dalam beberpa hal, dapat juga terjadi peningkatan kekerasan. Pengaruhunsur paduan terhadap penurunan kekerasan d iterangkan dengan adanya kenyataan bahwa unsur paduan tersebut menunda presipitasi karbon dari martensit pada temperatur temper yang lebih tinggi dilain pihak, peningkatan kekerasan pada temperatur temper yang lebih tinggi pada baja-baja yang mengandung W, Mo, dan V disebabkan karena adanyatransformasi austenit sisa menjadi martensit. Baja perkakas paduan tinggi seperti baja hotworked dan high speed pada rentang temperatur pada 2003000C, austenitsisa yang ada belum bertransformasi. Tetapi pada penemperan sekitar 450-6000 C, austenit akan terkondisikan da n ketika didinginkan, akan terbentuk martensit sekunder. Dengan adanya martensit seperti itu pada baja yang barsangkutan, prosepenemperan tidak menghasilkan pelunakan yang berarti. Pengkondisian austenit tergantung pada waktu dan temperatur.Dengan adanya presipitasi karbida, kandungan karbon dan unsur paduan pada austenit akan menurun, sehingga meningkatkantemperatur pembentukan martensit. Pembentukan matrensit dari austenit sisa barsamasama dengan adanya presipitasi karbidaakan menimbulkan peningkatan kekerasan yang merupakan ciri dari baja-baja paduan tinggi dan baja high speed. Pada baja high speed dan baja yang mengandung Cr yang tinggi, austenit sisa bertransformasi menjadi martensit padasaat didinginkan dari temperatur temper sekitar 5000C. karena itu, baja seperti itu harus ditemper kembali dengan maksud untuk meningkatkan ketangguhan baja yang diproses takibat terbentuknya martensit sekunder pada saat ditemper. Peningkatankekerasan sebagai akibat dari adanya transform asi austenit sisa menjadi martensit merupakan hal yang umum terjadi padabajabaja paduan tinggi, namun sangat jarang terjadi pada baja-baja karbon dan baja
paduan rendah karena jumlah austenitsisanya relatif sedikit. Sedangkan pada baja paduan tinggi jumlah austenit sisanya mencapai lebih dari 5-300 C.
4.
QUENCHING
Perlakuan baja ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga fasa menjadi austenit dan didinginkan secara cepat (lihat diagram CCT baja karbon rendah). Media pendinginan cepat seperti air, oli, garam atau media pendingin lainnya. Tujuan utama perlakuan ini untuk meningkatkan kekerasan baja.
Diagram : gabungan annealing, non treat, quenching
Quenching merupakan salah satu teknik perlakuan panas yang diawali dengan proses pemanasan sampai temperatur austenit (austenisasi) diikuti pendinginan secara cepat, sehingga fasa austenit langsung bertransformasi secara parsial membentuk struktur martensit. Austenisasi dimulai pada temperatur minimum ± 50°C di atas Ac3,yang merupakan temperatur aktual transformasi fasa ferit, perlit, dan sementit menjadi austenit. Temperatur pemanasan hingga fasa austenit untuk proses quenching
disebut juga sebagai temperatur pengerasan (haardening temperatur). Dan setelah mencapai temperatur pengerasan, dilakukan penahanan selama beberapa menit untuk menghomogenisasikan energi pan as yang diserap selama pemanasan, kemudian didinginkan secara cepat dalam media pendingin. Pada percobaan kami media pendingin yang didinginkan adalah air.
TUJUAN QUENCHING
Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi. Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh, melalui transformasi austenit ke martensit. Proses quenching akan optimal jika selama proses transformasi, struktur austenit dapat dikonversi secara keseluruhan membentuk struktur martensit. Hal-hal penting untuk menjamin keberhasilan quenching dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, adalah : temperatur pengerasan, waktu tahan, laju pemanasan, metode pendinginan, media pendingin dan hardenability. Quenching adalah proses pendinginan secara cepat setelah mengalami pema nasan.
Ada tiga tingkatan pendinginan, yaitu: 1)
Vapor-blanket Cooling stage
Tahap pertama, suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching menguap pada permukaan logam.
2)
Vapor-transport Cooling Stage
Proses ini dimulai ketika logam didinginkan pada suhu uap air dan film tid ak stabil.Permukaan logam basah oleh medium quenching dan titik didih yang tinggi. Tahapan ini merupakan proses pendinginan yang paling cepat.
3)
Liquid Cooling Stage
Proses ini dimulai ketika suhu permukaan logam mencapai titik didih. Tahapan ini merupakan proses yang paling lambat. Laju reaksi, transformasi isotermal
ditunjukan dalam diagram TTT. Garis yang terdapat di sebelah kiri menyatakan waktu yang diperlukan untuk memulai dengan dekomposisi. Garis yang terdapat disebelah kanannya menyatakan waktu berakhirnyareaksi ( a + C ) Garis -garis yang terdapat pada gambar tersebut dinamakan dengan diagram transformasi Isotermal atau diagram TI. Gambar T-I diperoleh dari potongan-potongan contoh baja eutektoid yan g dipanaskan sampai mencapai suhu austenit dan dibiarkan untuk waktu tertentu agar transformasi ke austenit selesai sepenuhnya. Potongan-potongan sampel kemudian dicelupkan lebih lanjut sampai mencapai suhu ruang. Perubahan ( a + C ) tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama kurang dari satu detik, dan transformasi sempurna menjadi a +karbida baru terjadi setelah 10 detik berlalu.Dengan diagram TI membuktikan bahwa transformasi austenit berlangsungdengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid) maupun suhu rendah . Reaksi yang lamban pada suhu tinggi disebabkan karena tidak cuk up pendinginan lanjutyang dapat menimbulkan nukliasi ferit dan karbida baru dari austenit semula.
Menurut media pendinginnya, quenching dapat dibagi menjadi beberapa agian,yaitu:
i.
Quenching air
Air adalah media yang paling banyak digunakan untuk quenching,karena biayanya yang murah, dan mudah digunakan serta pendinginannya yang cepat. Air khususnya digunakan pada baja karbon rendah yang memerlukan penurunan temperatur dengan cepat dengan tujuan untuk memperoleh k ekerasan dan kekuatan yang baik. Air memberikan pendinginan yang sangat cepat, yang menyebabkan tegangan dalam, distorsi, dan retakan
ii.
Quenching dengan media oli
Oli sebagai media pendingin lebih lunak jika dibandingkan dengan air. Digunakan pada material yang kritis, Antara lain material yang mempunyai bagian tipis atau ujung yang tajam. Karena oli lebih lunak, maka kemungkinan adanya tegangan dalam, distorsi, dan retakan kecil. Oleh karena itu medium oli tidak menghasilkan baja sekeras yang dihasilkan pada medium air. Quenchi
ng dengan media air akan efektif jika dipanaskan pada suhu 30-60 derajat Celcius.
iii.
Quenching Dengan Media Udara
Quenching dengan media udara lebih lambat jika dibandingkan dengan media oli maupun air. Material yang panas ditempatkan pada screen. Kemudian udara didinginkan dengan kecepatan tinggi dialirkan dari bawah melalui screen dan material panas. Udara mendinginkan material panas lebih lambat dari dari pada medium air dan oli. Pendinginan yang lambat kemungkinan adanya tegangan dalam dan distorsi. Pendinginan udara pada umumnya digunakan pada baja yang mempunyai kandungan paduan yang tinggi.
iv.
Quenching Dengan Media Air Garam
Air garam adalah media yang sering digunakan pada proses quenching ter utama untuk alat-alat yang terbuat dari baja. Beberapa keuntungan menggunakan air garam sebagai media adalah. Suhunya merata pada air garam, proses pendinginan merata pada semua bagian logam, tidak ada bahaya oksidasi, karburisasi, atau dekarburisasi selama proses pendinginan
5.
CASE HARDENING
Case hardeniong merupakan kombinasi dari proses kimia dan proses perlakuan panas. Prosesnya denhan memanaskan benda kerja pada temperature tertentu dalam suatu medium kimia yang aktif.
Macamnya antara lain :
i.
Carburizing
Carburizing adalah proses penjenuhan lapisan permukaan baja dengan hardening akan mendapatkan kekerasan lapisan permukaan yang sangat tinggi sedangkan pada bagian tengahnya tetap lunak.
ii.
Nitriding
Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan nitrogen, yaitu dengan cara melakukan holding dalam waktu yang agak lama pada temperature 4800 C – 650 0 C dalam lingkungan amoniak (NH3). Macamnya nitriding antara lain : o Strength Nitriding : digunakan untuk meningkatkan kekerasan / ketahanan gesek dan ketahanan fatigue. o Anti Corrosion Nitriding : bahan yang digunakan biasanya besi tuang dan baja paduan. Derajat kelarutan nitrogen yang dapat dicari adalah 35 – 70 %.
iii.
Cyaniding
Proses ini merupakan proses penjenuhan permukaan baja dengan unsure karbon dan nitrogen bertujuan untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan gesek, dan kelelahan. Bila proses ini dilakukan di udara disebut karbunitriding.
Macam cyaniding adalah : o High Temperatur Liquid Cyaniding o High Temperatur Gas Cyaniding o Low Temperatur Liquid Cyaniding o Low Temperatur Gas Cyaniding o Low Temperatur Solid Cyaniding
iv.
Sulphating
Sulphating digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesek dari bagian – bagian mesin maupun alat-alat tertentu dari bahan HSS dengan cara penjenuhan lapisan permukaan dengan sulfur.
ü Teori Carburizing Karburisasi atau carburizing adalah proses penambahan unsure karbon pada permukaan baja karbon rendah dengan metode difusi intersisi. Pemanasan carburizing dilakukan pada suhu 9000 C – 9500 C. unsure karbon dapat diperoleh dari arang kayu, arang batok kelapa atau suatu material yang mengandung unsure karbon. Pengarbonan bertujuan untuk memberikan kandungan karbon yang lebih banyak pada bagian permukaan dibandingkan dengan bagian dalam, sehingga kekerasan pada permukaan lebih meningkat, tebal permukaan yang dikarburizing dalam lingkungan melepaskan karbon, tergantung waktu, dan suhu carburizing. Carburizing dapat dilakukan dengan empat cara : a.
Pack Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Padat)
Pada proses ini baja dimasukkan ke dalam kotak baja yang berisi medium kimia aktif padat. Kotak tersebut dipanaskan sampai pada suhu sekitar 900 0 C – 9500 C. waktu total ditentukan oleh kedalaman pengerasan yang hendak dicapai.
b.
Gas Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Gas)
Pada proses ini, benda kerja dipanaskan dalam atmosfer yang mengandung karbon, bisa gas alam maupun gas buatan. Benda kerja dipanaskan dengan temperature 8500 C – 9000C. c.
Liquid Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Zat Cair)
Proses ini dilakukan pada medium kimia aktif cair. Komposisi medium kimianya adalah soda abu, NaCl, SiC, dan terkadang dengan NH 4Cl. Suhu yang digunakan 8500 C – 9000C. d.
Paste Carburizing (Carburizing Dengan Perantara Pasta)
Disini medium kimia yang digunakan berbentuk pasta. Prosesnya adalah bagian yang akan dikeraskan ditutup dengan pasta dengan ketebalan 3-4 mm lalu dikeringkan dan dimasukkan ke dalam kotak. Proses ini dilakukan pada suhu sekitar 9200 C – 9300 C.
ü Perubahan Pada Sifat-Sifat Material: 1)
Sifat Mekanis :
·
Peningkatan kekerasan permukaan
·
Peningktan ketahanan aus
·
Peningkatan kelelahan tarik / kekuatan tarik
2)
Sifat Fisik :
·
Grain pertumbuhan mungkin terjadi
·
Perubahan volume dapat terjadi
3) ·
Sifat Kimia : Peningkatan kandungan karbon permukaan
ü Pack Carburizing Dalam proses ini bagian yang decarburizing dimasukkan dalam kotak baja sehingga benar-benar dikelilingi oleh arang. Arang yang diperlakukan dengan bahan kimia seperti BaCo3 yang mendorong membentu CO2. Gas ini nantinya akan tereaksi dengan karbon yang berlebih dalam arang untuk menghasilkan CO. CO bereaksi dengan permukaan baja karbon rendah untuk membentuk atom karbon yang berdifusi ke dalam baja Ø Proses Packcarburizing Ada Tiga Tahapan, Yaitu : o Heating Pada tahap ini, terjadi pada fase austenite, karena fase austenite adalah fase yang paling stabil. Material yang akan decarburizing ditempatkan dalam kotak baja berisi arang aktif yang ditumbuhi energizer (BaCO 3, Na2CO3) Reaksi kima : C + O2 CO2 CO2 + C 2CO Reaksi cementite untuk karbon monoksida 2CO CO2 + C Sebagai sumber CO2 diperoleh dari tambahan BaCO3 / Na2CO3 sehingga terjadi proses :
BaCO3 BaO + CO2 Akibatnya semakin semakin tingginya temperatur pemanasan, maka CO akan lebih banyak berbrntuk daripada CO2 sehingga terjadi proses kimi sebagai berikut : C + CO2 2CO Pada suhu pengarbonan, reaksi ini selalu berlangsung ke kanan, karena karbonmonoksida bebas bereaksi dengan besi, kondisi ini seperti pada reaksi berikut : 2CO + 3Fe Fe3C + CO2 Setelah proses di atas, baja telah dilapisi oleh karbon, sedangkan CO 2 hasil proses di atas akan berrikatan dengan BaO, sehingga menghasilkan : BaO + CO2 BaCO3
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PACK CARBURIZING
§ Holding Time Semakin lama waktu penahanan, maka proses difusi akan semakin dalam, sehingga akan mebuat kekerasan semakin meningkat. Y=k. Y = total kedalaman difusi k = konstanta bahan t = waktu penahanan
§ Temperature Temperature yang tinggi akan menyebabkan arang akan lebih mudah berdifusi masuk dan mengisi celah-celah kosong diantar butiran atom, sehingga akan meningkatkan kekerasan.
§ Komposisi Carburizer Komposisis carburizer, yaitu arang + energizer akan mempengaruhi kekerasan karena mempengaruhi laju reaksi selama heating
§ Media Quenching Media quenching berpengaruh terhadap proses pendinginan (cooling).
§ Medianya Adalah Sebagai Berikut : § Air Murah serta systemnya sederhana. Kekurangannya air mudah membentuk selimut uap yang menutupi permukaan material, sehingga menghhasilkan pendinginan tidak seragam di penempang permukaan yang luas. Eliminasinya ditambahkan Na / Ca Chloride, membutuhkan closed sytem.
§ Oli kemampuan pendinginan tidak sebaik air karena pengaruh veskositasnya.
§ Larutan Polymer Kemampuan pendinginan diantara oli dan air. Memerlukan close control karena konsentrasinya mudah berkurang.
§ Lelehan Garam Dapat bekerja pada rentangn temperature yang besar (150 0 C – 5950 C). karena karakter tersebut, lelehan garam banyak digunakan untuk delayed quenching.
Ö APLIKASI PROSES HEAT TREATMENT
Aluminium adalah material yang banyak sekali digunakan untuk konstruksi, mulai dari sepeda, otomotif, kapal laut hingga pesawat udara. Keunggulan material aluminium adalah berat jenisnya yang ringan dan kekuatannya ya ng dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. Kekuatan aluminium biasanya ditingkatkan dengan cara paduan (alloying) dan memberi perlakuan panas (heat treatment).Paduan aluminium merupakan material utama yang saat ini digunakan industri pesawat terbang komersial. Aluminium dipilih karena memiliki sifat ringan dan kekuatannya dapat dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur lain. Permasalahan yang dihadapi adalah pemilihan jenis unsur apa yang akan dipadu dengan aluminium untuk mendapatkan karakteristik material yang dibutuhkan. Unsur paduan yang ditambahkan dan perlakuan panas (heat treatment) yang diberikan pada aluminium selama pemrosesan sangat mempengaruhi sifat paduan aluminium yang dihasilkan. Awalnya paduan aluminium dikembangkan dengan tujuan mendapatkan material yang kuat dan ringan. Namun, seiring dengan berkembangnya kebutuhan struktur pesawat udara komersial dengan ukuran yang semakin besar,material yang dibutuhkan tid ak hanya kuat dan ringan saja. Dewasa ini paduanaluminium
dikembangkan untuk mendapatkan material yang kuat, ringan, usia pakai yang lama, biaya prod uksi rendah, toleransi kegagalan tinggi, dan tahanan korosi yang baik.Sekitar ta hun 1900 duralium, paduan aluminium dengan tembaga,magnesium, dan manga n, petama kali diperkenalkan di Jerman. Jenis ini merupakan paduan aluninium yang dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) dan menghasilkan kombinasi kekuatan dan keuletan yang baik. Saat ini paduan ini dikenal dengan nama aluminium 2017-T4. Pesawat udara yang pertama kali memakai struktur rangka aluminium adalah Junkers F13 yang diproduksi di Jerman pada tahun 1920 dan kemudian disusul Douglas DC3 yang memakai aluminium 2024-T3. Keunggulan aluminium 2024-T3 adalah memiliki tahanan fatik yang lebih baik dari versi sejenisnya. Boeing-777 merupakan pesawat udara komersial terbesar dengan dua mesin propulsi yang menggunakan material struktur utama dari aluminium. Sekitar 70 persen struktur Boeing777 dibuat dari material paduan aluminium. Struktur upper wing Boeing-777 dibuat dari lempengan dan ekstrusi aluminium 7055T7751. Paduan ini dipilih karena memiliki kekuataan dan tahanan retak yang lebih baik dari aluminium7150T7. Sedangkan struktur fuselage dibuat dari aluminium 2524T3 yang merupakan modifikasi dari aluminium 2024T3. modifikasi ini dilakukan untuk meningkatkan tahanan retak (fracture toughness) dan kemampuan mengha mbat kelelahan struktur akibat pertumbuhan retak (fatigue crack growth resistance). Pengembangan paduan aluminium untuk struktur Boeing-777 ini dilakukan oleh Alcoa. http://teknikmesin19.blogspot.sg/2013/12/heat-treatment-perlakuan-panas.html
