MODUL PRAKTIKUM MATERIAL TEKNIK

MODUL PRAKTIKUM MATERIAL TEKNIK

1.

Pengujian Logam Proses pengujian logam adalah proses pemeriksaan bahan-bahan untuk

diketahui sifat dan karakteristiknya yang meliputi sifat mekanik, sifat fisik, bentuk struktur, dan komposisi unsur-unsur yang terdapat di dalamnya. Adapun proses pengujiannya dikelompokkan ke dalam tiga kelompok metode pengujian, yaitu : 1. Destructive Test (DT), yaitu proses pengujian logam yang dapat menimbulkan kerusakan logam yang diuji. 2. Non Destructive Test (NDT), yaitu proses pengujian logam yang tidak dapat menimbulkan kerusakan logam atau benda yang diuji. 3. Metallography, yaitu proses pemeriksaan logam tentang komposisi kimianya, unsur-unsur yang terdapat di dalamnya, dan bentuk strukturnya. Penjelasan mengenai pengujian logam akan dijelaskan lebih lanjut pada subbab-subbab berikutnya. Berikut ini merupakan penjelasan mengenai ketiga metode pengujian logam [6]. ¾ Uji Kekerasan (Hardness Test) Proses pengujian kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap pembebanan dalam perubahan yang tetap. Dengan kata lain, ketika gaya tertentu diberikan pada suatu benda uji yang mendapat pengaruh pembebanan, benda uji akan mengalami deformasi. Kita dapat menganalisis seberapa besar tingkat kekerasan dari bahan tersebut melalui besarnya beban yang diberikan terhadap luas bidang yang menerima pembebanan tersebut [6]. Kita harus mempertimbangkan kekuatan dari benda kerja ketika memilih bahan benda tersebut. Dengan pertimbangan itu, kita cenderung memilih bahan benda kerja yang memiliki tingkat kekerasan yang lebih tinggi. Alasannya, logam keras dianggap lebih kuat apabila dibandingkan dengan logam lunak. Meskipun 2

demikian, logam yang keras biasanya cenderung lebih rapuh dan sebaliknya, logam lunak cenderung lebih ulet dan elastis [6]. ¾ Dasar-Dasar Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan bahan logam bertujuan mengetahui angka kekerasan logam tersebut. Dengan kata lain, pengujian kekerasan ini bukan untuk melihat apakah bahan itu keras atau tidak, melainkan untuk mengetahui seberapa besar tingkat kekerasan logam tersebut. tingkat kekerasan logam berdasarkan pada standar satuan yang baku. Karena itu, prosedur pengujian kekerasan pun diatur dan diakui oleh standar industri di dunia sebagai satuan yang baku. Satuan yang baku itu disepakati melalui tiga metode pengujian kekerasan, yaitu penekanan, goresan, dan dinamik [6]. Tabel 2.1 Logam Ferro Dan Pemakaiannya Nama Baja lunak (Mild Steel) Baja karbon sedang (medium carbon steel) Baja karbon tinggi (high carbon steel)

Komposisi Campuran ferro dan karbon (0,1%-0,3%) Campuran ferro dan karbon (0,4%-0,6%)

Sifat Ulet dan dapat ditempa dingin Lebih ulet

Pemakaian Pipa, mur, baut, dan sekrup Poros, rel baja, dan peron

Campuran ferro dan karbon (0,7%-1,5%)

Dapat ditempa disepuh

Baja kecepatan tinggi (high speed steel)

Baja karbon tinggi ditambah dengan nikel/krom/kobalt/tungsten/ vanadium

Getas, dapat disepuh keras, dimudakan, dan tahan terhadap suhu tinggi

Perlengkapan mesin perkakas, kikir, gergaji, pahat, tap, penitik, dan stempel Alat potong yang digunakan ialah pahat bubut, pisau fris, mata bor, dan perlengkapan mesin perkakas

dan

Pengujian kekerasan dengan cara penekanan banyak digunakan oleh industri permesinan. Hal ini dikarenakan prosesnya sangat mudah dan cepat dalam memperoleh angka kekerasan logam tersebut apabila dibandingkan dengan metode pengujian lainnya. Pengujian kekerasan yang menggunakan cara ini terdiri dari tiga jenis, yaitu pengujian kekerasan dengan metode Rockwell, Brinell, dan Vickers. Ketiga metode pengujian tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, serta perbedaan dalam menentukan angka kekerasannya. Metode Brinell dan Vickers misalnya, memiliki prinsip dasar yang sama dalam 3

menentukan angka kekerasannya, yaitu menitikberatkan pada perhitungan kekuatan bahan terhadap setiap daya luas penampang bidang yang menerima pembebanan tersebut. Sedangkan metode Rockwell menitikberatkan pada pengukuran kedalaman hasil penekanan atau penekan (indentor) yang membentuk berkasnya (indentasi) pada benda uji [6]. Perbedaan cara pengujian ini menghasilkan nilai satuannya juga berbeda. Karena itu, tiap-tiap pengujian memiliki satuannya masing-masing sesuai dengan proses penekannya, yang mendapat pengakuan standar internasional. Perbedaan satuan itu ditunjukkan dalam bentuk tulisan angka hasil pengujiannya. Berikut ini merupakan uraian terperinci mengenai masing-masing metode pengujian. ¾ Metode Pengujian Rockwell Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell ini diatur berdasarkan standar DIN 50103. Adapun standar kekerasan metode pengujian Rockwell ditunjukkan pada tabel sebagai berikut : Tabel 2.2 Skala Kekerasan Metode Pengujian Rockwell Skala A B C D E F G H K L M P R S V

Penekan Kerucut intan 120º Bola baja 1,558 mm (1/16”) Kerucut intan 120º Kerucut intan 120º Bola baja 3,175 mm (1/8”) Bola baja 1,558 mm Bola baja 1,558 mm Bola baja 3,175 mm Bola baja 3,175 mm Bola baja 6,35 mm (1/4”) Bola baja 6,35 mm Bola baja 6,35 mm Bola baja 12,7 mm (1/2”) Bola baja 12,7 mm Bola baja 12,7 mm

Awal

Beban Utama

Jumlah

Skala Kekerasan

Warna Angka

10 10

50 90

60 100

100 130

Hitam Merah

10 10 10

140 90 90

150 100 100

100 100 130

Hitam Hitam Merah

10

50

60

130

Merah

10

140

150

130

Merah

10

50

60

130

Merah

10

140

150

130

Merah

10

50

60

130

Merah

10 10 10

90 140 50

100 150 60

130 130 130

Merah Merah Merah

10 10

90 140

100 150

130 130

Merah Merah

4

Tingkatan

skala

kekerasan

menurut

metode

Rockwell

dapat

dikelompokkan menurut jenis indentor yang digunakan pada masing-masing skala. Dalam metode Rockwell ini terdapat dua macam indentor yang ukurannya bervariasi, yaitu : 1. Kerucut intan dengan besar sudut 120º dan disebut sebagai Rockwell Cone. 2. Bola baja dengan berbagai ukuran dan disebut sebagai Rockwell Ball. Untuk cara pemakaian skala ini, kita terlebih dahulu menentukan dan memilih ketentuan angka kekerasan maksimum yang boleh digunakan oleh skala tertentu. Jika pada skala tertentu tidak tercapai angka kekerasan yang akuran, maka kita dapat menentukan skala lain yang dapat menunjukkan angka kekerasan yang jelas. Berdasarkan rumus tertentu, skala ini memiliki standar atau acuan, dimana acuan dalam menentukan dan memilih skala kekerasan dapat diketahui melalui tabel sebagai berikut : Tabel 2.3 Skala Kekerasan Dan Pemakaiannya Skala A B C D E F G H K L M P R S V

Pemakaiannya Untuk carbide cementite, baja tipis, dan baja dengan lapisan keras yang tipis Untuk paduan tembaga, baja lunak, paduan alumunium, dan besi tempa Untuk baja, besi tuang keras, besi tempa peritik, titanium, baja dengan lapisan keras yang dalam, dan bahan-bahan lain yang lebih keras daripada skala B-100 Untuk baja tipis, baja dengan lapisan keras yang sedang, dan besi tempa peritik Untuk besi tuang, paduan alumunium, magnesium, dan logam-logam bantalan Untuk paduan tembaga yang dilunakkan dan pelat lunak yang tipis Untuk besi tempa, paduan tembaga, nikel-seng, dan tembaga-nikel Untuk alumunium, seng, dan timbal Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis Untuk logam, bantalan, dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis

Pembebanan dalam proses pengujian kekerasan metode Rockwell diberikan dalam dua tahap. Tahap pertama disebut beban minor dan tahap kedua (beban utama) disebut beban mayor. Beban minor besarnya maksimal 10 kg sedangkan beban mayor bergantung pada skala kekerasan yang digunakan [6].

5

Berikut ini merupakan cara pengujian dan penggunaan dengan menggunakan metode pengujian Rockwell, yaitu : 1. Cara pengujian kekerasan Rockwell Cara Rockwell ini berdasarkan pada penekanan sebuah indentor dengan suatu gaya tekan tertentu ke permukaan yang rata dan bersih dari suatu logam yang diuji kekerasannya. Setelah gaya tekan dikembalikan ke gaya minor, maka yang akan dijadikan dasar perhitungan untuk nilai kekerasan Rockwell bukanlah hasil pengukuran diameter atau diagonal bekas lekukan, tetapi justru dalamnya bekas lekukan yang terjadi itu. Inilah perbedaan metode Rockwell dibandingkan dengan metode pengujian kekerasan lainnya. Pengujian Rockwell yang umumnya dipakai ada tiga jenis, yaitu HRA, HRB, dan HRC. HR itu sendiri merupakan suatu singkatan kekerasan Rockwell atau Rockwell Hardness Number dan kadang-kadang disingkat dengan huruf R saja [4]. 2. Cara penggunaan mesin uji kekerasan Rockwell Sebelum pengujian dimulai, penguji harus memasang indentor terlebih dahulu sesuai dengan jenis pengujian yang diperlukan, yaitu indentor bola baja atau kerucut intan. Setelah indentor terpasang, penguji meletakkan specimen yang akan diuji kekerasannya di tempat yang tersedia dan menyetel beban yang akan digunakan untuk proses penekanan. Untuk mengetahui nilai kekerasannya, penguji dapat melihat pada jarum yang terpasang pada alat ukur berupa dial indicator pointer [4]. Kesalahan pada pengujian Rockwell dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain : 1. Benda uji. 2. Operator. 3. Mesin uji Rockwell. Kelebihan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Dapat digunakan untuk bahan yang sangat keras. 2. Dapat dipakai untuk batu gerinda sampai plastik. 3. Cocok untuk semua material yang keras dan lunak. 6

Kekurangan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Tingkat ketelitian rendah. 2. Tidak stabil apabila terkena goncangan. 3. Penekanan bebannya tidak praktis. ¾ Metode Pengujian Brinell Cara pengujian Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang terbuat dari baja krom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu oleh suatu gaya tekan secara statis ke dalam permukaan logam yang diuji tanpa sentakan. Permukaan logam yang diuji harus rata dan bersih. Setelah gaya tekan ditiadakan dan bola baja dikeluarkan dari bekas lekukan, maka diameter paling atas dari lekukan tersebut diukur secara teliti, yang kemudian dipakai untuk menentukan kekerasan logam yang diuji dengan menggunakan rumus (1) :

BHN =

2P πD[D −

(D

2

)

− d2 ]

…………………...(1)

dimana : P

= beban yang diberikan (KP atau Kgf)

D

= diameter indentor yang digunakan

d

= diameter bekas lekukan Kekerasan ini disebut kekerasan Brinell, yang biasa disingkat dengan HB

atau BHN (Brinell Hardness Number). Semakin keras logam yang diuji, maka semakin tinggi nilai HB. Bahan-bahan atau perlengkapan yang digunakan untuk uji kekerasan Brinell adalah sebagai berikut [4]: 1. Mesin uji kekerasan Brinell.

4. Stopwatch.

2. Bola baja untuk Brinell (Brinell

5. Mesin gerinda.

Ball). 3. Mikroskop pengukur.

6. Ampelas kasar dan halus. 7. Benda

uji

(test

specimen).

Apabila kita memakai bola baja untuk uji Brinell, biasanya yang terbuat dari baja krom yang telah disepuh atau cermentite carbide. Bola Brinell ini tidak boleh berdeformasi sama sekali di saat proses penekanan ke permukaan logam uji. 7

Standar dari bola Brinell yaitu mempunyai Ø 10 mm atau 0,3937 in, dengan penyimpangan maksimal 0,005 mm atau 0,0002 in. Selain yang telah distandarkan di atas, terdapat juga bola-bola Brinell dengan diameter lebih kecil (Ø 5 mm, Ø 2,5 mm, Ø 2 mm, Ø 1,25 mm, Ø 1 mm, Ø 0,65 mm) yang juga mempunyai toleransi-toleransi tersendiri. Misalnya, untuk diameter 1 sampai dengan 3 mm adalah lebih kurang 0,0035 mm, antara 3 sampai dengan 6 mm adalah 0,004 mm, dan antara 6 sampai dengan 10 mm adalah 0,005 mm. Penggunaannya bergantung pada gaya tekan P dan jenis logam yang diuji, maka penguji harus dapat memilih diameter bola yang paling sesuai [4]. Berikut ini merupakan langkah-langkah yang dilakukan untuk menguji kekerasan logam dengan metode Brinell, yaitu : 1. Memeriksa dan mempersiapkan specimen sehingga siap untuk diuji. 2. Memeriksa dan mempersiapkan mesin yang akan dipakai untuk menguji. 3. Melakukan pemeriksaan pada pembebanan, diameter bola baja yang digunakan, dan alat pengukur waktu. 4. Membebaskan beban tekan dan mengeluarkan bola dari lekukan lalu memasang alat optis untuk melihat bekas yang kemudian mengukur diameter bekas sebelumnya secara teliti dengan mikrometer pada mikroskop. Pangukuran diameter ini untuk sebuah lekuk dilakukan dua kali secara bersilang tegak lurus dan baru dari dua nilai diameter yang diperoleh, diambil rata-ratanya. Kemudian dimasukkan ke dalam rumus Brinell untuk memperoleh hasil kekerasan Brinell-nya (HB). 5. Melakukan proses pengujian sebanyak lima kali sehingga diperoleh nilai ratarata dari uji kekerasan Brinell tersebut. 6. Yang perlu diperhatikan adalah jarak dari titik pusat lekukan baik dari tepi specimen maupun dari tepi lekukan lainnya minimal 2 dari 3/2 diameter

lekukannya [4]. ¾ Metode Pengujian Vickers

Metode Vickers ini berdasarkan pada penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu oleh sebuah indentor berupa pyramid diamond terbalik dengan sudut

8

puncak 136º ke permukaan logam yang akan diuji kekerasannya, dimana permukaan logam yang diuji ini harus rata dan bersih [4]. Setelah gaya tekan secara statis ini kemudian ditiadakan dan pyramid diamond dikeluarkan dari bekas yang terjad, maka diagonal segi empat bekas

teratas diukur secara teliti, yang digunakan sebagai kekerasan logam yang akan diuji. Permukaan bekas merupakan segi empat karena pyramid merupakan piramida sama sisi. Nilai kekerasan yang diperoleh disebut sebagai kekerasan Vickers, yang biasa disingkat dengan Hv atau HVN (Vickers Hardness Number).

Untuk memperoleh nilai kekerasan Vickers, maka hasil penekanan yang diperoleh dimasukkan ke dalam rumus berikut ini : Hv =

2 F sin θ 2 1,8554 F = D2 D2

………………..(2)

Bahan-bahan atau perlengkapan yang biasa digunakan untuk uji kekerasan Vickers adalah sebagai berikut : 1. Mesin percobaan kekerasan Vickers.

5. Mesin gerinda.

2. Indentor pyramid diamond.

6. Ampelas kasar dan halus.

3. Mikroskop pengukur diagonal bekas.

7. Benda uji (test specimen).

4. Stopwatch. Hal terpenting yang harus dipelajari dalam pengujian Vickers adalah bagaimana menggunakan alat uji kekerasan Vickers dalam hal memasang indentor pyramid diamond, meletakkan specimen di tempatnya, menyetel beban yang akan dipakai,

melihat dan mengukur diagonal persegi empat teratas dari bekas yang terjadi seteliti mungkin [4]. ¾ Spesifikasi Alat Uji Kekerasan

Berikut ini merupakan spesifikasi alat uji kekerasan yang dimiliki oleh Laboratorium Material Teknik & Pengecoran Logam, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, yaitu [4]: Nama alat

: Rockwell Hardness Tester

Merk

: AFFRI Seri 206.RT – 206.RTS

9

Loading

: Maximum 150 KP Minimum 60 KP

Spesifikasi

:

™ HRC Load : 150 KP

™ HRD Load : 100 KP

™ Indentor

™ Indentor

: Kerucut intan 120º

: Kerucut intan 120º

™ HRB Load : 100 KP

™ HRF Load : 60 KP

™ Indentor

™ Indentor

: Steel Ball Ø 1/16”

: Steel Ball Ø 1/16”

™ HRA Load : 60 KP

™ HRG Load : 150 KP

™ Indentor

™ Indentor

: Kerucut intan 120º

: Steel Ball Ø 1/16”

Berikut ini merupakan gambar dari alat uji kekerasan Rockwell. Keterangan Gambar: 1. Wrench to select tested loads (kunci). 2. Tested loads mobile selector. 3. Loads scale. 4. Test Lever (handle). 5. Scale Indicator Pointer. -

Small pointer.

-

Larger pointer.

-

Red dot.

-

Outer rings.

6. Ring nuts to fix the penetrator. 7. Penetrator (indentor) 8. Anvil (dudukan). 9. Anvil holder screw (capstan). 10. Handwheel Gambar 2.1 Alat Uji Kekerasan Rockwell

to

regulate

the

rising screw.

10

¾ Uji Metalografi

Ilmu logam dibagi menjadi dua bagian khusus, yaitu metalurgi dan metalografi. Metalurgi adalah ilmu yang menguraikan tentang cara pemisahan logam dari ikatan unsur-unsur lain. Metalurgi dapat dikatakan pula sebagai cara pengolahan logam secara teknis untuk memperoleh jenis logam atau logam paduan yang memenuhi kebutuhan tertentu. Sedangkan metalografi adalah ilmu yang mempelajari tentang cara pemeriksaan logam untuk mengetahui sifat, struktur, temperatur, dan persentase campuran logam tersebut [3]. Dalam proses pengujian metalografi, pengujian logam dibagi lagi menjadi dua jenis, yaitu : 1. Pengujian makro (Macroscope Test) Pengujian makro ialah proses pengujian bahan yang menggunakan mata terbuka dengan tujuan dapat memeriksa celah dan lubang dalam permukaan bahan. Angka kevalidan pengujian makro berkisar antara 0,5 hingga 50 kali [3]. 2. Pengujian mikro (Microscope Test) Pengujian mikro ialah proses pengujian terhadap bahan logam yang bentuk kristal logamnya tergolong sangat halus. Sedemikian halusnya sehingga pengujiannya memerlukan kaca pembesar lensa mikroskop yang memiliki kualitas perbesaran antara 50 hingga 3000 kali [3]. ¾ Langkah-Langkah Pengujian Metalografi

Berikut ini merupakan langkah-langkah untuk melakukan pengujian metalografi. Adapun langkah-langkah yang harus dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Pemotongan Pemotongan specimen cukup dalam dimensi yang tidak terlalu besar (< 10 × 10 × 10) mm dan tidak boleh menjadi panas berlebihan dalam proses pemotongan untuk menghindari rusaknya struktur specimen tersebut akibat panas [3].

11

2. Penyalutan (Mounting) Benda kerja yang kecil sukar dipegang pada proses penggerindaan dan pemolesan, maka perlu disalut terlebih dahulu. Bahan penyalutan yang digunakan adalah termoplastik seperti resin, yang mencair pada temperatur 150º C. Berikut ini merupakan bahan-bahan yang digunakan pada proses penyalutan, yaitu : Tabel 2.4 Bahan-Bahan Mounting NO Plastik 1 Phenolic (contohnya bakelit)

Tipe Thermosetting

2

Diall (prepolimer)

phthalete

Thermosetting

3 4

Phenolic varnish Epoxy resin (contohnya Araldite)

Thermosetting Liquid various

5

Plyvinyl chloride

Thermosetting

Catatan Memerlukan pengontrolan panas dan tekanan dengan secukupnya memberikan bahan pelarut secara perlahan-lahan. Memerlukan pengontrolan suhu panas antara 130º C - 140º C tekanan, penyusutan rendah, dan karakteristik polishing yang baik. Untuk pengisian vakum oxide film Araltide grade ialah suatu cairan tuangan resin yang memberikan penyalutan yang baik tanpa panas dan tekanan, perlahan-lahan waktu proses mounting. Penyusutan rendah, lamban biasa pelarut, tetapi penyelesaian dengan glacialacetic acai.

3. Penggerindaan atau pengampelasan Proses ini menggunakan kertas ampelas yang berjenjang dimulai dari ampelas yang kasar sampai dengan yang halus. Tingkat kehalusan kertas ampelas ini ditentukan oleh ukuran serbuk silikon karbida yang menempel pada kertas tersebut [3]. Misalnya, terdapat ampelas yang memiliki tingkat kehalusan hingga 220, angka 220 menunjukkan bahwa serbuk silikon karbida pada kertas ampelas itu bisa lolos dari ayakan hingga mencapai 220 lubang pada luas 1 inchi2 (sekitar 625 mm2) [3]. 4. Pemolesan (polishing) Benda uji yang sudah melewati proses penggerindaan, dieteruskan ke proses pemolesan. Mesin yang digunakan adalah mesin poles metalografi. Mesin ini terdiri dari piringan yang berputar dengan kain beludru (selvyt) [3]. 12

Cara pemolesannya, benda uji diletakkan di atas piringan yang berputar, kain poles diberi sedikit pasta oles. Pasta oles yang biasa digunakan adalah alumina (Al2O3). Dalam istilah perdagangan diberi nama autosol atau gama alumina. Bila garis-garis bekas pengampelasan masih terlihat, pemolesan diteruskan. Apabila terlihat sudah rata, maka specimen dibersihkan dan dilanjutkan dengan pengetsaan [3]. 5. Pengetsaan Hasil pemolesan yang terakhir akan menghasilkan suatu lapisan yang menutupi permukaan struktur logam. Struktur mikro dapat terlihat dengan jelas di bawah mikroskop dengan menghilangkan lapisan tersebut dengan cara mengetsa [3]. Mengetsa dalam kamus, dapat diartikan sebagai proses pembuatan gambar atau ukuran pada pelat tembaga, yang dilapisi lilin dengan benda tajam kemudian membiarkan garis-garis yang diperoleh itu terkena korosi cairan asam. Hasil proses itu ialah etsa, yaitu berupa gambar atau ukiran. Berikut ini merupakan penjelasan beberapa larutan etsa untuk pengujian makro dan mikro yang biasa dipakai dalam metalografi [3]. a) Adapun bahan-bahan larutan pada etsa makro adalah sebagai berikut : (1) Hydrochloric, yang memiliki komposisi 50% asam hydrochloric dalam air dengan suhu antara 70º C - 80º C dan waktu yang dibutuhkan 1 jam, serta digunakan untuk bahan baja dan besi. (2) Sulphuric, yang memiliki komposisi 20% asam sulphuric dalam air dengan suhu 80º C dan waktu yang diperlukan antara 10 sampai 20 detik, serta digunakan untuk bahan besi dan baja. (3) Nitric, yang memiliki komposisi 20% asam nitric dalam air dan boleh dalam keadaan dingin jika cocok, serta digunakan untuk bahan besi dan baja. (4) Alcoholic ferric chloride, yang memiliki komposisi 96 cm3 ethyl alcohol, 59 gram ferric chloride, dan 2 cm3 asam hydrochloric.

13

(5) Bahan etsa, yang memiliki komposisi copper ammonium chloride 9 gram dan air 91 ml specimen untuk baja. Waktu etsa lebih lama daripada etsa mikro struktur. (6) Untuk mengetsa baja agar didapat hasil etsa yang dalam dan tebal lapisannya, digunakan bahan etsa yang baik, yaitu hydrochloric acil (HCl) 140 ml, sulphuric acid (H2SO4) 3 ml dan air 50 ml dengan waktu etsa antara 15 sampai 30 menit. (7) Specimen alumunium atau campuran alumunium bahan etsa ialah hydrofloride acid (HF) 10 ml, nitrid acid (HNO3) 1 ml, dan air 200 ml.

Waktu pengetsaannya sangat singkat dan karena itu, jika terjadi lapisan hitam yang tebal dapat dihilangkan dengan cara merendam pada asam nitrat (HNO3). Waktu pengetsaan itu lebih l daripada etsa untuk mikro struktur. Setelah kita mengetsa, kita langsung dapat melihat bagian mana yang bengkok atau mengambang dari serat (alur) benda kerja tersebut. Macro test ini biasanya dilakukan pada benda yang pembuatannya ditempa, dituang, dan hasil pengerolan. b) Adapun bahan-bahan larutan pada etsa mikro adalah sebagai berikut : (1) Asam nitrat, yang memiliki komposisi asam nitrat 2 ml dan alkohol 95% atau 98 ml. Pemakaiannya untuk bahan karbon, baja paduan rendah, dan baja paduan sedang. Waktu yang diperlukan beberapa detik sampai 1 menit. (2) Asam pikrat, yang memiliki komposisi 4 gram asam pikrat, alkohol 95% atau 98 ml. Pemakaiannya untuk baja karbon dalam keadaan normal, dilunakkan, dikeraskan (hardening) dan ditemper (tempering). Waktu pengetsannya beberapa detik sampai 1 menit. (3) NH4OH.H2O2, yang memiliki komposisi NH4OH sebagai dasar dan H2O2 beberapa tetes. Pemakaiannya untuk bahan tembaga dan paduannya dengan waktu pengetsaan sampai bahan uji berwarna biru. (4) Bahan etsa adalah nital 2%, yaitu 2 ml asam nitrat (HNO3) dan 98 ml methyl alcohol dalam waktu 10 sampai 30 detik.

14

(5) Bahan etsa menggunakan asam yang terdiri dari 10% ammonium ferri sulfat, 2,5% ammonium acrocide NH4(OH), dan 65% larutan asam

krom dalam waktu 10 sampai 30 detik, yang digunakan untuk tembaga dan campurannya [3]. c) Cara mengetsa Setelah bahan uji melalui beberapa tahapan, maka benda uji dapat langsung dietsa. Pengetsaan dilakukan dengan cara menempatkan asam yang akan digunakan pada sebuah cawan kemudian mencelupkan permukaan benda uji pada asam tersebut sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Setelah itu, benda dicuci dengan air hangat atau alcohol untuk menghentikan reaksi dan mengeringkan dengan udara dari mesin kompresor [3]. d) Pengaruh etsa Etsa larutan kimia sangat mempengaruhi bentuk permukaan benda uji. Dengan kata lain, baik atau tidaknya hasil pengetsaan dapat dipengaruhi oleh larutan kimia yang digunakan untuk mengetsa [3]. Setelah bahan uji dietsa, di atas seluruh permukaan benda uji akan tampak garis-garis yang tidak teratur. Garis-garis yang tampak itu menunjukkan adanya batas antar butir kristal logam tersebut [3]. Untuk memperjelas bentuk dan corak butir-butir kristal yang berbeda jenisnya itu, dapat diamati pada mikroskop. Dengan mikroskop, kita dapat menunjukkan adanya perbedaan beberapa elemen yang terkandung dalam bahan uji tersebut. Meskipun demikian, tidak semua proses pengetsaan menghasilkan hasil etsa yang memuaskan. Dengan kata lain, dalam satu proses pengetsaan terkadang kita tidak berhasil mengetsa benda yang diuji. Berikut ini merupakan faktor-faktor penyebab terjadinya kegagalan dalam mengetsa, yaitu : (1) Benda kerja terlalu kotor karena terlalu lunak atau berminyak. (2) Benda kerja tidak bersih pada waktu dicuci. (3) Kurangnya waktu pengetsaan. (4) Terlalu lama waktu yang digunakan dalam pengetsaan. 15

(5) Salah memilih dan menggunakan cairan etsa (etching reagent) [3]. 6. Mikroskop Pada dasarnya, mikroskop terdiri dari dua buah lensa positif, yaitu lensa yang menerima sinar langsung dari bendanya atau lensa dekat dengan benda yang akan dilihat, yang disebut lensa obyektif, sedangkan lensa yang berada dekat dengan mata disebut lensa okuler [3]. Perbesaran total oleh mikroskop ini didefinisikan dengan perbandingan antara tangen sudut buka baying akhir dengan sudut buka tanpa menggunakan alat. Perbesaran sebuah mikroskop biasanya berkisar 50, 100, 200, 400, dan 1000 kali lebih besar dari benda uji [3]. Perbesaran struktur mikro dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : LOK × LOB × FK × UKURAN FOTO

.….…………..(3)

dimana : LOK

= lensa okuler (nilai 2,5)

LOB

= lensa obyektif/lensa yang dipakai pada mikroskop

FK

= faktor kamera (nilai 1)

Ukuran foto 3R nilai 4 [3]. ¾ Spesifikasi Alat Uji Metalografi

Berikut ini merupakan spesifikasi alat uji metalografi (Mettalurgical Microscope) yang dimiliki oleh Laboratorium Material Teknik & Pengecoran

Logam, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, yaitu : Tyepiece

: NWF 10 X

Objective

: MSFX, MF 10 X, MF 20 X, MF 40 X

Viewing head

: Binocular body complete with interpupillary distance

Illuminator

: Koehler-type illuminator complete with aperture and field diaphragms, filter slots, and bulb cord. Uses EL-38 (8 V,

15 W) tungsten filamen bulb. 16

Mechanical stage

: Graduated 150 × 160 mm in size 30 × 30 mm cross motion, reading to 0,1 mm by vernier. Provided with low position stage controls.

Focusing control

: Stage height is adjustable by the control knob and fixed by locking knob. Fine controls are workable in arrange of

2 mm. Photo mechanic

: Optical path selector for visual observation and photography, built in reflecting mirror and camera port.

Polarizing filters

: Built-in slideway, complete with analyzer, rotatable through 0-9º, and polarizer filter.

Microscope stand

: Inverted stand, complete with built-in plane glass reflector, built in power supply transformer, variable light intensity control, out put sockets.

Color filters

: Green filter for visual observation and monochromatic film photography, and blue filter for color photography

[4]. Berikut ini merupakan gambar dari mikroskop untuk mengetahui struktur dari benda uji.

Gambar 2.2 Mettalurgical Microscope

17

Uji Impact Charpy

Uji impact charpy digunakan untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (specimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang akan diuji secara statik. Benda uji dibuat takikan terlebih dahulu sesuai dengan standar JIS Z2202 dan hasil pengujian benda tersebut akan mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk seperti bengkokan atau patahan sesuai dengan keuletan atau kegetasan terhadap benda uji tersebut [5]. ¾

Mesin Uji Impact

Mesin uji impact adalah mesin uji untuk mengetahui harga impak suatu beban yang diakibatkan oleh gaya kejut pada bahan uji tersebut. tipe dan bentuk konstruksi mesin uji bentur beraneka ragam, yaitu mulai dari jenis konvensional sampai dengan sistem digital yang lebih maju [5]. Dalam pembebanan statis dapat juga terjadi laju deformasi yang tinggi kalau bahan diberi takikan. Semakin tajam takikan, maka akan semakin besar deformasi yang terkonsentrasikan pada takikan, yang memungkinkan peningkatan laju regangan beberapa kali lipat [5]. Patah getas menjadi permasalahan penting pada baja dan besi. Pengujian impact charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Benda uji

takikan berbentuk V yang mempunyai keadaan takikan 2 mm banyak dipakai. Mesin uji impact charpy dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini [5].

Gambar 2.3 Mesin Uji Impact Charpy

18

Gambar 2.4 Benda Uji Impact Charpy Bentuk “V”

¾

Dasar Pengujian

Pada pengujian ini adalah suatu bahan uji yang ditakik, dipukul oleh pendulum (godam) yang mengayun. Dengan pengujian ini dapat diketahui sifat kegetasan suatu bahan. Cara ini dapat dilakukan dengan charpy atau cara izod [5]. ¾

Pengujian Charpy dan Izod

Pada pengujian kegetasan bahan dengan cara impact charpy, pendulum diarahkan pada bagian belakang takik dari batang uji. Sedangkan pada pengujian impact cara izod adalah pukulan pendulum diarahkan pada jarak 22 mm dari

penjepit dan takikannya menghadap pada pendulum [5]. Pengerjaan benda uji pada impact charpy dan izod dikerjakan habis pada semua permukaan. Takikan dibuat dengan mesin fris atau alat notch khusus takik. Semua dikerjakan menurut standar yang ditetapkan yaitu JIS Z 2202 [5].

Gambar 2.5 Sistem Uji Impact Charpy Dan Izod

19

Gambar 2.6 Benda Uji Standar JIS Z 2202

¾

Prinsip Dasar Mesin Uji Impact

Apabila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan, maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h2 yang juga hampir sama dengan tinggi semula (h1), dimana pendulum mengayun bebas. Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha lebih dari 0,05 kilogram meter (kg m) pada saat pendulum mencapai kedudukan 4 [5]. Apabila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut : W1 = G × h1 (kg m)

………………………..(4)

Atau dapat juga diselesaikan dengan menggunakan rumus berikut ini : W1 = G × λ(1 - cos α) (kg m)

.…………………….(5)

dimana : W1

= usaha yang dilakukan (kg m)

G

= berat pendulum (kg)

h1

= jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

λ

= jarak lengan pengayun (m)

cos λ = sudut posisi awal pendulum 20

Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut : W2 = G × h2 (kg m)

…..…………………….(6)

Sehingga dapat diperoleh persamaan sebagai berikut : W2 = G × λ(1 - cos β) (kg m)

.……………………..(7)

dimana : W2

= sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

G

= berat pendulum (kg)

h2

= jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)

λ

= jarak lengan pengayun (m)

cos β = sudut posisi akhir pendulum Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut : W = W1 - W2 (kg m)

……………………...(8)

Sehingga persamaan yang diperoleh dari rumus di atas adalah sebagai berikut : W = G × λ(cos β - cos λ) (kg m)

…..……………...(9)

dimana : W

= usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

W1

= usaha yang dilakukan (kg m)

W2

= sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

G

= berat pendulum (kg)

λ

= jarak lengan pengayun (m)

cos λ = sudut posisi awal pendulum cos β = sudut posisi akhir pendulum

21

Dan besarnya harga impact dapat diketahui dari rumus berikut ini :

K=

W Ao

…….…………………….(10)

dimana : K

= nilai impact (kg m/mm2)

W

= usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

Ao

= luas penampang di bawah takikan (mm2)

Gambar 2.7 Prinsip Dasar Mesin Uji Impact

¾

Spesifikasi dan Bagian Utama Alat Uji Impact Charpy

Adapun spesifikasi alat uji impact tipe charpy adalah sebagai berikut [5] : Tipe alat uji

: charpy

Kapasitas

: 85 Joule

Berat pendulum (godam)

: 8 kg

Jarak titik ayun dengan titik pukul

: 600 mm

Posisi awal pemukulan

: 140º

Sudut pisau pemukul

: 30º 22

Dimensi alat uji

: 750 mm × 400 mm × 1000 mm

Standar bahan uji

: alumunium

Tampak Depan

Tampak Samping Kiri

Tampak Belakang

Gambar 2.8 Alat Uji Impact Tipe Charpy Kapasitas 85 Joule

Gambar 2.9 Bagian-Bagian Utama Alat Uji Impact Tipe Charpy

Sedangkan bagian-bagian utama dari alat uji impact tipe charpy terdiri atas : 1. Badan alat uji impact Badan alat uji impact terbuat dari baja profil U 70 mm × 40 mm dengan tebal baja 5 mm. Sedangkan dimensi dari badan alat uji impact ini adalah 750 mm × 400 mm × 1000 mm. Proses pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan badan alat uji impact ini adalah proses penyambungan atau proses pengelasan. Badan alat uji impact berfungsi sebagai tempat dudukan 23

dari bearing dan tempat benda uji. Berikut ini merupakan gambar alat uji impact tipe charpy [5].

Gambar 2.10 Badan Alat Uji Impact Tipe Charpy

2. Pendulum Pendulum berfungsi sebagai beban yang akan diayunkan ke benda uji dan juga terdapat pisau pemukul untuk mematahkan benda uji. Pendulum terbuat dari baja pelat silinder Ø 230 × 30 mm dengan berat 8 kg. Pada bagian atas pendulum dihubungkan ke bagian lengan pengayun dengan cara dilas [5]. 3. Lengan pengayun Lengan pengayun berfungsi untuk menentukan gerakan ayunan dari poros ke pendulum. Lengan pengayun ini terbuat dari baja silinder Ø 20 × 600 mm dan pada bagian atasnya dihubungkan ke poros dengan dilas, serta pada bagian bawahnya dihubungkan ke pendulum dengan cara dilas [5]. 4. Poros pengayun Poros pengayun berfungsi sebagai penerus ayunan dari bearing ke lengan pengayun dan pendulum. Poros pengayun terbuat dari baja silinder Ø 25 × 450 mm. Pada bagian ujung kanan dan kirinya dihubungkan ke bearing dan pada bagian tengahnya dihubungkan ke lengan pengayun dengan cara dilas [5].

24

5. Bearing Bearing berfungsi sebagai pengayun poros dan bearing yang

digunakan adalah bearing dengan ukuran diameter dalam atau diameter poros 25 mm. Bearing ditempatkan pada bagian kanan atas dan kiri atas pada badan alat uji impact dengan cara dibaut [5].

Gambar 2.11 Bearing

6. Tempat benda uji Tempat benda uji berfungsi sebagai tempat diletakkannya benda uji yang akan dilakukan pengujian. Tempat benda uji ini terbuat dari baja profil U 70 × 40 mm dengan tebal 5 mm. Tempat benda uji dilas menyatu dengan badan alat uji impact [5]. 7. Busur derajat dan jarum penunjuk Busur derajat berfungsi sebagai alat pengukur atau alat baca dari hasil pengujian. Jarum penunjuk berfungsi untuk menunjukkan angka pada busur derajat yang merupakan hasil dari pengujian. Jarum penunjuk dihubungkan ke poros pengayun dengan dibaut sehingga arah ayunannya sesuai dengan arah ayunan poros pengayun [5].

Jarum penunjuk

Busur derajat

Gambar 2.12 Busur Derajat Dan Jarum Penunjuk

25

8. Pisau pemukul Pisau pemukul berfungsi untuk memukul benda uji yang telah dibuat takikan. Posisi pisau pada saat akan memukul adalah di belakang takikan benda uji. Bahan pisau pemukul ini harus lebih keras dari benda yang akan diuji dan sudut pisau pemukul adalah 30º [5].

Gambar 2.13 Pisau Pemukul

Berikut ini merupakan dimensi dari alat uji impact yang ditunjukkan dari berbagai tampak.

Gambar 2.14 Dimensi Alat Uji Impact

Gambar 2.15 Dimensi Alat Uji Impact

Tampak Samping

Tampak Depan

26

Besar energi (W1) pada setiap sudut ayun dapat diketahui dari data pada tabel berikut ini. Tabel 2.5 Besar Energi (W1) Pada Setiap Ayun Besar Sudut (α) 10º 20º 30º 40º 50º 60º 70º 80º 90º 100º 110º 120º 130º 140º

Energi (W1) (kg m) 0,0768 0,292 0,6432 1,1232 1,7184 2,4 3,1584 3,9667 4,8 5,6332 6,4416 7,2 7,8816 8,4768

Energi (W1) (Joule) 0,768 2,92 6,432 11,232 17,184 24 31,584 39,667 48 56,332 64,416 72 78,816 84,768

Sedangkan sisa usaha (W2) pada setiap sudut ayun dapat diketahui dari data pada tabel berikut ini. Tabel 2.6 Sisa Usaha (W2) Pada Setiap Ayun Besar Sudut (β) 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 45º 50º 55º 60º 65º 70º 75º 80º 85º 90º 95º 100º 105º 110º 115º 120º 125º 130º 135º 137º

Sisa Usaha (W2) (kg m) 0,0768 0,168 0,292 0,4512 0,6432 0,8688 1,1232 1,4064 1,7184 2,0496 2,4 2,7744 3,1584 3,5616 3,9667 4,3824 4,8 5,2176 5,6332 6,0384 6,4416 6,8256 7,2 7,5504 7,8816 8,1936 8,3088

Sisa Usaha (W2) (Joule) 0,768 1,68 2,92 4,512 6,432 8,688 11,232 14,064 17,184 20,496 24 27,744 31,584 35,616 39,667 43,824 48 52,176 56,332 60,384 64,416 68,256 72 75,504 78,816 81,936 83,088

27

¾

Langkah-Langkah Uji Impact Charpy

Adapun langkah-langkah pengujian impact tipe charpy ini adalah sebagai berikut : 1. Meletakkan benda uji di tempat benda uji pada alat uji impact. Penempatan benda uji harus benar-benar berada pada posisi tengah dimana pisau pada pendulum berada sejajar dengan takikan benda tersebut. 2. Menyetel posisi jarum penunjuk pada 0º. 3. Mengangkat pendulum sejauh 140º dengan cara memutar berlawanan arah jarum jam secara perlahan-lahan. 4. Melepaskan pendulum untuk mengayun dan mematahkan benda uji. 5. Melihat dan mencatat hasil data yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk pada busur derajat. 6. Melakukan perhitungan dari data pengujian yang telah diperoleh, yaitu menghitung besarnya usaha (W) dan harga impact (K) [5]. Berikut ini merupakan gambar dari dimensi benda uji dan cara menempatkan benda uji.

Gambar 2.16 Dimensi Benda Uji

Gambar 2.17 Cara Menempatkan Benda Uji

28

¾

Logam

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara penambangan yang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur. Bijih logam yang ditemukan dalam keadaan murni yaitu emas, perak, bismut, platina, dan ada yang bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon, serta kotoran seperti tanah liat, pasir, dan tanah [2]. Bijih logam yang ditemukan dengan cara penambangan terlebih dahulu dilakukan proses pendahuluan sebelum diolah dalam dapur pengolahan logam dengan cara dipecah sebesar kepalan tangan, dipilih yang mengandung unsur logam, dicuci dengan air untuk mengeluarkan kotoran, dan terakhir dikeringkan dengan cara dipanggang untuk mengeluarkan uap yang mengandung air [2]. Selain logam ada yang disebut dengan istilah bukan logam dan unsur metaloid, yang menyerupai logam, yaitu : 1. Logam berat

: besi, nikel, krom, tembaga, timah putih, timah hitam, dan seng.

2. Logam ringan

: alumunium,

magnesium,

titanium,

kalsium,

kalium,

natrium, dan barium. 3. Logam mulia

: emas, perak, dan platina.

4. Logam tahan api : wolfram, molibden, titanium, dan zirkonium. Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya tidak merupakan senyawa logam, tetapi merupakan paduan. Logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, dan pesawat terbang [2]. ¾ Bahan Logam

Logam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu logam besi (ferro) dan bukan besi (non ferro). Berikut ini merupakan pembagiannya, yaitu : 1. Logam besi (ferro) Logam besi adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang 29

mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam-macam logam lainnya. Logam besi terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dengan karbon. Masuknya unsur kimia ke dalam besi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Adapun jenis-jenis logam besi antara lain : a. Besi tuang Komposisinya yaitu campuran besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 4%, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin bubut, blok silinder, dan cincin torak [2]. b. Besi tempa Komposisi besi tempa terdiri dari 99% besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran, dan landasan kerja pelat [2]. c. Baja lunak Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1%-0,3%, mempunyai sifat dapat ditempa dan liat. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa, dan keperluan umum dalam pembangunan [2]. d. Baja karbon sedang Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,4%-0,6%. Sifat lebih kenyal daripada yang keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja [2]. e. Baja karbon tinggi Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,7%-1,5%. Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, dan alat mesin bubut [2]. f. Baja karbon tinggi dengan campuran Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, khrom, atau tungsten. Sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan, dapat

30

disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat mesin bubut dan alat-alat mesin [2]. 2. Logam bukan besi (non ferro) Logam bukan besi yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Adapun yang termasuk logam bukan besi antara lain : a. Tembaga (Cu) Warna cokelat kemerah-merahan, sifatnya dapat ditempa, liat, baik untuk penghantar panas, listrik, dan kukuh. Tembaga digunakan untuk membuat suku cadang bagian listrik, radio penerangan, dan alat-alat dekorasi [2]. b. Alumunium (Al) Warna biru putih, sifatnya dapat ditempa, liat, bobot ringan, penghantar panas dan listrik yang baik, mampu dituang. Alumunium digunakan untuk membuat peralatan masak, elektronik, industri mobil, dan pesawat terbang [2]. c. Timbel (Pb) Warna biru kelabu, sifatnya dapat ditempa, sangat liat, tahan korosi, air asam, dan bobot sangat berat. Timbel digunakan sebagai bahan pembuat kabel, baterai, bubungan atap, dan bahan pengisi [2]. d. Timah (Sn) Warna bening keperak-perakan, sifatnya dapat ditempa, liat, dan tahan korosi. Timah digunakan sebagai pelapis lembaran baja lunak (pelat timah) dan industri pengawetan [2]. ¾ Faktor Penentu Kualitas Bahan

Adapun beberapa faktor yang dapat menentukan kualitas suatu jenis bahan adalah sebagai berikut : 1. Sifat mekanik Untuk memperoleh kualitas bahan yang baik dan sesuai dengan mutu yang disyaratkan sifat mekaniknya, perlu dipahami lebih dahulu berbagai aspek kekuatan bahan terhadap pembebanan. Aspek kekuatan ini harus dikendalikan sedemikian rupa agar dapat memberikan jaminan ketahanan, usia 31

penggunaan (nilai teknis) yang layak, dan jaminan keamanan selama pemakaian. Karena itu, kita perlu melakukan analisis terhadap bentuk, arah, besarnya gaya, dan posisi dimana konsentrasi tegangan itu bekerja. Untuk itu, proses pengujiannya bisa menggunakan pengujian kekerasan, tarik, lengkung, geser, pukul tarik (impact test), puntir, dan kelelahan. Dalam proses pelaksanaannya, bentuk-bentuk pengujian tersebut dimaksudkan untuk merusak (destructive test). Dengan demikian, specimen atau benda ujinya harus dipilih dari bagian bahan kerja yang ada sebelum proses pembentukan dilakukan [6]. 2. Sifat fisik Kondisi fisik bahan berpengaruh besar terhadap kekuatan dan ketahanan ketika bahan tersebut digunakan berdasarkan sifat fisik ini. Kita dapat menganalisis kemungkinan terjadinya cacat sehingga dapat memilih metode pengujian yang tepat. Beberapa jenis cacat bahan berikut metode pengujiannya dapat diuraikan sebagai berikut : a. Cacat luar dengan metode pengujian yang tepat adalah menggunakan die penetrant dan spectromagnetic.

b. Cacat dalam dengan metode pengujian yang tepat adalah menggunakan radiografi dan ultrasonik [6]. 3. Sifat geometri Sifat ini merupakan bagian dari persyaratan kualiatas bahan yang harus dipenuhi. Nilai kualitas geometris bahan kerja diperoleh dari hasil analisis gaya yang akan diberikan dan sifat mekanik bahan yang berhubungan dengan fungsi bahan tersebut [6]. 4. Sifat kimia Pada dasarnya, dalam setiap bahan logam dipastikan memiliki unsur kimia. Unsur kimia logam yang satu dengan logam lainnya mudah bersenyawa dan beroksidasi. Hal ini dilakukan mengingat susunan kristal dari unsur kimia logam, sangat besar pengaruhnya terhadap sifat mekanik logam tersebut di samping jenis yang berbeda dengan komposisi tertentu, susunan kristal unsur 32

kimia logam tersebut sering pula digunakan untuk memperbaiki sifat mekanik dari logam tersebut [6]. ¾ Karakteristik Bahan Logam

Bahan logam memiliki beberapa karakteristik. Adapun karakteristik tersebut digolongkan menjadi empat sifat, yaitu : 1. Sifat mekanis Sifat mekanis suatu logam adalah kemampuan atau kelakuan logam untuk menahan beban yang diberikan, baik beban statis maupun dinamis pada suhu biasa, suhu tinggi, ataupun suhu di bawah 0º C. Beban statis adalah beban yang tetap, baik besar maupun arahnya pada setiap saat, sedangkan beban dinamis adalah beban yang besar dan arahnya berubah menurut waktu. Beban statis dapat berupa beban tarik, tekan lentur, puntir, geser, dan kombinasi dari beban tersebut. Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban tiba-tiba, berubah-ubah, dan beban jalar. Sifat mekanis logam meliputi kekuatan kekenyalan, keliatan, kekerasan, kegetasan, keuletan, tahan aus, batas penjalaran, dan kekuatan stress rupture. Berikut ini merupakan pembagian dari sifat mekanis, yaitu [2] : a. Sifat logam pada pembeban tarik Bila suatu logam dibebani beban tarik, maka akan mengalami deformasi, yaitu perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan padanya. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan plastis. Deformasi elastis yaitu suatu perubahan yang segera hilang kembali apabila beban ditiadakan. Sedangkan deformasi plastis yaitu suatu perubahan bentuk yang tetap ada meskipun beban yang menyebabkan deformasi ditiadakan [2]. b. Sifat logam pada pembeban dinamis Bahan yang dibebani secara dinamis akan lelah dan patah meskipun dibebani di bawah kekuatan statis. Kelelahan adalah gejala patah dari bahan disebabkan oleh beban yang berubah-ubah. Kekuatan kelelahan suatu logam adalah tegangan bolak-balik tertentu yang dapat ditahan oleh 33

logam itu sampai banyak balikan tertentu. Sementara itu, batas kelelahan adalah tegangan bolak-balik tertinggi yang dapat ditahan oleh logam itu sampai banyak balikan tak terhingga [2]. c. Penjalaran Penjalaran adalah pertambahan panjang yang terus-menerus pada beban yang konstan. Bila suatu bahan mengalami pembebanan tarik tertentu dan tetap, maka pertambahan panjangnya mungkin tidak berhenti sampai ia patah atau mungkin berhenti bergantung pada besarnya beban tarik tersebut [2]. d. Sifat logam terhadap beban tiba-tiba Bila deformasi mempunyai kecepatan regangan yang tinggi, maka bahan umumnya akan mengalami patah getas, akibat bahan dikenai beban tibatiba. Untuk melihat sifat tersebut dilakukan percobaan pukul, yang dilakukan pada batang uji dan diberi tarikan menurut standar yang telah ditentukan [2]. e. Sifat kekerasan logam Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis karena pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat ini banyak hubungannya dengan sifat kekuatan, daya tahan aus, dan kemampuan dikerjakan dengan mesin (mampu mesin). Cara pengujian kekerasan terdiri dari tiga macam, yaitu goresan, menjatuhkan bola baja, dan penekanan [2]. f. Sifat penekanan Sifat ini hampir sama dengan sifat tarikan. Untuk bahan getas, besaran sifat tekanannya cenderung lebih tinggi daripada sifat tariknya. Sebagai contoh, besi cor kelabu, yang sifat tekanannya kira-kira empat kali lebih besar daripada sifat tariknya [2]. g. Sifat logam terhadap geser dan puntir Pengujian geser suatu bahan akan sulit dilakukan dengan cara memberi beban berlawanan pada titik yang berlainan (tidak terletak pada suatu garis lurus dan salah satu arah beban), karena akan terjadi pembengkokan. Yang 34

lebih praktis adalah memberikan beban puntir pada sumbu suatu bahan yang berbentuk tabung. Pada pengujian ini, besarnya tegangan geser tidak sama dari permukaan ke pusat, tegangan geser di permukaan maksimum dan di sumbu nol [2]. h. Sifat redaman logam Apabila suatu logam ditarik atau ditekan sehingga terjadi deformasi elastis kemudian beban tersebut dihilangkan. Dengan demikian, energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk asal selalu lebih rendah daripada energi untuk deformasi elastis, karena penekanan atau tarikan tersebut. Hal ini terjadi karena adanya tahanan dalam. Tahanan dalam adalah kemampuan logam untuk meredam beban atau getaran tiba-tiba. Sebagai contoh, besi cor kelabu walaupun memiliki kekuatan dan tahanan kejut yang rendah, tetapi mempunyai tahanan redam yang tinggi sehingga untuk memegang perkakas, mesin besi cor kelabu tersebut akan memperoleh hasil yang lebih baik karena dapat meredam getaran [2]. i. Sifat plastis Sifat plastis adalah kemampuan suatu logam atau bahan dalam keadaan padat untuk dapat diubah bentuk yang tetap tanpa pecah. Sifat itu penting untuk

dipertimbangkan

dalam

pengolahan

bentuk

suatu

logam.

Kebanyakan logam pada suhu tinggi mempunyai sifat plastis yang baik dan cenderung bertambah dengan kenaikan suhu. Logam yang tidak plastis pada suhu tinggi disebut getas panas, yaitu mudah retak karena deformasi disebabkan adanya suatu beban pada suhu tersebut. Bila gejala ini terjadi pada suhu kamar biasa disebut getas dingin [2]. 2. Sifat fisik Sifat fisik adalah sifat bahan karena mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas dan listrik. a. Sifat karena pengaruh panas antara lain mencair, perubahan ukuran, dan struktur karena proses pemanasan. b. Sifat listrik yang terkenal adalah tahanan dari suatu bahan terhadap aliran listrik atau sebaliknya sebagai daya hantar listrik [2]. 35

3. Sifat pengerjaan atau teknologis Sifat pengerjaan logam adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses pengolahannya. Sifat itu harus diketahui lebih dahulu sebelum pengolahan bahan dilakukan. Pengujian yang dilakukan antara lain pengujian mampu las, mampu mesin, mampu cor, dan mampu keras [2]. 4. Sifat kimia Sifat kimia dari suatu bahan mencakup kelarutan bahan tersebut pada larutan basa atau garam, dan pengoksidasian bahan tersebut. Hampir semua sifat kimia erat hubungannya dengan kerusakan (deterisasi) secara kimia. Kerusakan tersebut berupa gejala korosi dan ketahanan bahan terhadap serangan korosi. Hal ini sangat penting dalam praktik [2]. ¾

Besi dan Baja

Besi dan baja paling banyak dipakai sebagai bahan industri yang merupakan sumber sangat besar, dimana sebagian ditentukan oleh nilai ekonomisnya tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang bervariasi. Bahan tersebut mempunyai berbagai sifat yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajam pun untuk pisau pemotong dapat dibuat, atau apa saja dengan bentuk apapun dapat dibuat dengan pengecoran. Dari unsur besi berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat. Itulah sebabnya mengapa besi dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat. Pembahasan dimulai dengan struktur mikro dari besi dan baja, dimana unsur paduan utamanya adalah karbon. Adapun penggolongan baja dibandingkan dengan kadar C dari komposisi eutektoid adalah sebagai berikut : 1. Baja yang berkadar C = komposisi eutektoid dinamakan baja eutektoid. 2. Baja yang berkadar C < komposisi eutektoid dinamakan baja hipoeutektoid. 3. Baja yang berkadar C > komposisi eutektoid dinamakan baja hipereutektoid. Berikut ini merupakan istilah-istilah yang terdapat pada diagram besi baja, yaitu : 1. Austenit

: larutan padat karbon di dalam Fe γ dengan kelarutan maksimal 2,14% C pada suhu 1.147° C.

36

2. Besi α (ferit)

: larutan padat karbon di dalam besi α (fcc) dengan kelarutan maksimal 0,02% C pada suhu 727° C (titik eutektoid).

3. Besi δ (delta)

: larutan padat karbon di dalam besi δ dengan kelarutan maksimal 0,1% C pada suhu 1.499° C.

4. Ledeburit

: campuran mekanis yang homogen antara kristal-kristal halus austenit (γ) dengan kadar 2,14% C dan kristal-kristal halus sementit (Fe3C) dengan kadar 6,687% C, yang rapat terletak bersebelahan, serta terjadi pada suhu tetap 1.147° C (suhu eltektikuin).

5. Pearlit (Pt)

: campuran mekanis yang homogen antara kristal-kristal halus ferit (α) dengan kadar 0,02% C dan kristal-kristal halus sementit (Fe3C) dengan kadar 6,687% C, yang rapat terletak bersebelahan, serta terjadi pada suhu 727° C (suhu eutektoid). Hal ini terjadi bukan dari larutan cair tetapi dari larutan pada austenit (ke kiri pearlit berkurang).

6. Sementit (Fe3C) : ikatan kimia besi karbon (Fe3C) yang terbentuk pada konsentrasi 6,687% C melalui reaksi 3 Fe + C → Fe3C, yang disebut sebagai karbid besi berwarna terang/keputihputihan. 7. Grafit

: kristal karbon dengan elemen kristal berwarna gelap dan bersifat stabil (Pt + Ld + Fe3C) [3].

Fase-fase tersebut memiliki sifat-sifat khas. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body centered tetragonal (bcc), yang menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada temperatur rendah. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau face centered cubic (fcc), yang menunjukkan titik mulur yang jelas tanpa kegetasan pada keadaan dingin. Akan tetapi, kalau berupa fase metastabil dapat berubah menjadi α’ pada temperatur rendah dengan pengerjaan. Martensit adalah fase larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau body centered tetragonal (bct). Semakin tinggi derajat kelewatjenuhan karbon, semakin besar pula perbandingan satuan sumbu

37

sel satuannya dan semakin keras, serta semakin getas martensit tersebut. Sedangkan bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit dengan ferit [7]. Baja merupakan paduan yang terdiri dari besi, karbon, dan unsur lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian, atau penempaan. Karbon merupakan salah satu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam teknik, bentuk pelat, lembaran, pipa, batang, profil, dan sebagainya. Berdasarkan unsur paduannya, klasifikasi baja mengikuti SAE (Society of Automotive Engineers) dan AISI (American Iron and Steel Institute). Baja paduan yang

meliputi ± 15% dari seluruh produksi baja mempunyai kegunaan khusus karena sifatnya yang unggul dibandingkan dengan baja karbon. Pada umumnya baja paduan memiliki : 1. Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik. 2. Kemampukerasan sewaktu dicelup dalam minyak atau udara dan dengan demikian kemungkinan retak atau distrosinya kurang. 3. Tahan terhadap korosi dan keausan yang bergantung pada jenis paduannya. 4. Tahan terhadap perubahan suhu, yang berarti bahwa sifat fisisnya tidak banyak berubah. 5. Memiliki kelebihan dalam sifat-sifat metalurgi seperti butir yang halus [1]. Berikut ini merupakan pengaruh unsur kimia terhadap besi cor, yang terdiri dari : 1. Karbon Besi yang mengandung > 2% karbon termasuk kelompok besi cor, besi cor kelabu mengandung 3-4% karbon. Kadar karbon bergantung pada jenis besi kasar, besi bekas, dan karbon yang diserap, yang berasal dari kokas selama proses peleburan. Sifat fisis logam selain bergantung pada jumlah kadar karbon, bergantung pula pada bentuk karbon tersebut. Morfologi grafit bergantung pada laju pendinginan dan kadar silikon. Kadar silikon yang tinggi memperbesar kemungkinan pembentukan grafit. Grafit meningkatkan kemampuan permesinan. Kekerasan dan kekuatan besi meningkat dengan

38

bertambahnya kadar karbon. Sifat besi cor tersebut dapat diubah melalui perlakuan panas [1]. 2. Silikon Silikon sampai kadar 3,25% bersifat menurunkan kekerasan besi. Kadar silikon menentukan berapa bagian dari karbon terikat dengan besi dan berapa bagian berbentuk grafit atau karbon bebas setelah tercapai keadaan seimbang. Kelebihan silikon membentuk ikatan yang keras dengan besi sehingga dapat dikatakan bahwa silikon di atas 3,25% akan meningkatkan kekerasan [1]. 3. Mangan Dalam jumlah rendah tidak seberapa pengaruhnya, dalam jumlah di atas 0,5% mangan bereaksi dengan belerang membentuk sulfida mangan. Ikatan ini rendah bobot jenisnya dan dapat larut dalam terak. Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan, dan kekerasan besi. Bila kadar ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik. Mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara 10 sampai 20% [1]. 4. Belerang Belerang sangat merugikan, oleh karena itu selama proses peleburan selalu diusahakan untuk mengikat belerang tersebut, antara lain dengan menambahkan ferro mangan. Belerang yang menyebabkan terjadinya lubanglubang (blow holes) membentuk ikatan dengan karbon dan menurunkan fluiditas sehingga mengurangi kemampuan tuang besi cor. Setiap kali kita melebur besi cor, kadar belerang meningkat sebesar 0,03%, yang berasal dari bahan bakar [1]. 5. Fosfor Fosfor dapat meningkatkan fluiditas logam cair dan menurunkan titik cair. Oleh karena itu, biasa digunakan fosfor sampai 1% dalam benda cor kecil dan benda cor yang mempunyai bagian-bagian yang tipis. Benda cor yang besar tidak memerlukan kadar fosfor yang tinggi karena tidak diperlukan 39

fluiditas tambahan. Sewaktu peleburan umumnya terjadi penungkatan kadar fosfor sampai 0,02%. Unsur fosfor sulit beroksidasi, kecuali bila dipenuhi beberapa persyaratan tertentu. Untuk mengendalikan kadar fosfor, perlu dipilih grade besi bekas yang tepat. Fosfor juga membentuk ikatan yang dikenal dengan nama steadit, yaitu campuran besi dengan fosfida. Ikatan ini keras, rapuh, dan mempunyai titik cair yang lebih rendah. Steadit mengandung fosfor sebanyak 10%. Dengan demikian, besi dengan 0,5% fosfor akan mengandung sekitar 5% steadit [1].

40