PENGARUH PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 310S Mahasiswa Edwin Setiawan Susanto Dosen Pembimbing Ir. Rochman Rochiem, M. Sc. Hariyati Purwaningsih, S.Si, M.Si.
1
TUGAS AKHIR – RL1585
Latar Belakang z
z
Heat exchanger adalah alat yang merubah (menurunkan) temperatur kerja. Kegagalan bahan dari heat exchanger yang berupa timbulnya benjolan-benjolan pada heat exchanger.
2
TUGAS AKHIR – RL1585
Batasan Masalah z z z
z
Kondisi bahan diasumsikan homogen Pengaruh lingkungan diabaikan Laju temperatur selama pengeluaran spesimen dari dapur pemanas diabaikan Pengaruh agitasi dan perubahan temperatur pada media pendingin diabaikan
3
TUGAS AKHIR – RL1585
Permasalahan z
z
z
Bagaimana pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan baja AISI 310S?. Bagaimana pengaruh perlakuan panas terhadap perubahan struktur mikro baja AISI 310S? Bagaimana pengaruh proses perlakuan panas terhadap pembentukkan fasa baru dan transformasi fasa? 4
TUGAS AKHIR – RL1585
Tujuan z
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan dan perubahan struktur mikro serta pembentukan fasa –fasa baru pada baja AISI 310S.
5
TUGAS AKHIR – RL1585
Perlakuan Panas z
Kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu, untuk memperoleh sifat tertentu.
6
TUGAS AKHIR – RL1585
Hardening z
z
Proses pengerasan terhadap logam atau paduan yang dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan, fatique limit atau strength yang lebih baik. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan sangat cepat.
7
TUGAS AKHIR – RL1585
Normalizing z
z
Proses perlakuan panas yang dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir kristal yang lebih halus, menaikkan sedikit kekuatan dan kekerasan. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan dengan cukup cepat. 8
TUGAS AKHIR – RL1585
Kekerasan z
Ketahanan dari material terhadap deformasi.
Uji Vickers z
Uji kekerasan dengan menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk persegi.
9
TUGAS AKHIR – RL1585
Difraksi Sinar X z
Suatu teknik analisa yang digunakan untuk identifikasi fasa dan dimensi dari unit sel.
10
TUGAS AKHIR – RL1585
Metodologi z
Diagram alir
Start
Preparasi specimen baja AISI 310S dengan dimensi 21x21x4 mm sebanyak delapan buah
Perlakuan panas Normalizing dengan temperatur 1050oC dan 1075oC dengan holding time 40 menit
Perlakuan panas Hardening dengan temperatur 1050oC dan 1075oC dan holding time 40 menit dengan media quench oli
Pengujian
Kekerasan (Vickers)
Metalografi
Difraksi Sinar - x
Pengambilan data
Pengolahan data dan pembahasan
Finish
11
TUGAS AKHIR – RL1585
Langkah kerja z
z
z
z
Melakukan proses perlakuan panas normalising pada temperatur 1050oC dan 1075oC dengan holding time 40 menit. Melakukan proses perlakuan panas hardening pada temperatur 1050oC dan 1075oC dengan holding time 40 menit dan media quench oli. Menguji kekerasan dari material dengan metode kekerasan Vickers. Menganalisa struktur mikro yang terjadi dan fasa yang terbentuk setelah proses perlakuan panas 12
TUGAS AKHIR – RL1585
Dimensi spesimen Spesimen yang dipakai adalah baja AISI 310S dengan komposisi kimia 0,08%C, 1,50%Si, 2,00%Mn, 0,045%P, 0,03%S, 22,00%Ni, 26,00%Cr. □ 21mm
4mm
z
13
TUGAS AKHIR – RL1585
Analisa Data z
1. 2. 3. 4.
Kekerasan Pengujian kekerasan menggunakan delapan buah spesimen. spesimen 1 dan 2 mengalami perlakuan panas normalizing pada temperatur 1050oC dengan media pendingin udara. spesimen 3 dan 4 mengalami perlakuan panas hardening pada temperatur 1050oC dengan media pendingin oli. spesimen 5 dan 6 mengalami perlakuan panas normalizing pada temperatur 1075oC dengan media pendingin udara. spesimen 7 dan 8 mengalami perlakuan panas hardening pada temperatur 1075oC dengan media pendingin oli.
14
TUGAS AKHIR – RL1585
z
Table nilai kekerasan rata – rata No
Temperatur (oC )
Perlakuan
Kekerasan rata – rata (HV30)
1
1050
Normalizing
138
2
1050
Hardening
167
3
1075
Normalizing
146
4
1075
Hardening
175
15
TUGAS AKHIR – RL1585
Metalografi Sigma
austenit
z
Gambar struktur mikro spesimen tanpa perlakuan dengan perbesaran 500 kali. Strukturnya berupa sigma (FeNi) di dalam matriks austenit. Etsa : elektrolit asam oksalat. 16
TUGAS AKHIR – RL1585
Presipitasi karbida
austenit
Sigma
Sigma austenit
Presipitasi karbida
b
a z
z z
Gambar struktur mikro spesimen dengan perlakuan panas normalizing dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Pada Temperatur 1050oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) Pada Temperatur 1075oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. 17
TUGAS AKHIR – RL1585
austenit Sigma austenit
Presipitasi karbida
Presipitasi karbida
b
a z
z z
Sigma
Gambar struktur mikro spesimen dengan perlakuan panas hardening dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Pada Temperatur 1050oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) Pada Temperatur 1075oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. 18
TUGAS AKHIR – RL1585
Presipitasi karbida Sigma austenit
Sigma austenit
b
a z z z
Presipitasi karbida
Gambar struktur mikro spesimen dengan Temperatur 1050oC dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Perlakuan panas normalizing. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) perlakuan panas hardening. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. 19
TUGAS AKHIR – RL1585
austenit
austenit
Sigma
Presipitasi karbida
Presipitasi karbida
b
a z z z
Sigma
Gambar struktur mikro spesimen dengan Temperatur 1075oC dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Perlakuan panas normalizing. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) perlakuan panas hardening. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitasi karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. 20
TUGAS AKHIR – RL1585
Difraksi sinar - x z
2000
Fe Cr0,29Ni0,16C0,06
c o u n ts
1500 1000
Cr23C6 FeNi
500 0
-500 0
20
40
60
80
100
Dari hasil pengujian difraksi sinar – x yang ditunjukkan fasa yang terbentuk pada stainless steel dengan perlakuan normalizing pada temperatur 10500C adalah Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) ) dengan nomer pcpdf 33-0397. Fasa lain yang terbentuk adalah FeNi dengan nomer pcpdf 471405 dan Cr23C6 dengan nomer pcpdf 14-0407. Fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) terbentuk pada 2 theta = 43,58500 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa FeNi terbentuk pada 2 theta = 50,75860 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa Cr23C6 terbentuk pada 2 theta = 68,31401 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic).
2 theta 21
TUGAS AKHIR – RL1585
z
2500
Fe Cr0,29Ni0,16C0,06
2000 c o u n ts
1500 Cr23C6
1000
FeNi
500 0
-500 0
20
40
60
80
100
Dari hasil pengujian difraksi sinar – x yang ditunjukkan fasa yang terbentuk pada stainless steel dengan perlakuan hardening pada temperatur 10500C adalah Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) ) dengan nomer pcpdf 33-0397. Fasa lain yang terbentuk adalah FeNi dengan nomer pcpdf 471405 dan Cr23C6 dengan nomer pcpdf 14-0407. Fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) terbentuk pada 2 theta = 43,56446 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa FeNi terbentuk pada 2 theta = 50,68637 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa Cr23C6 terbentuk pada 2 theta = 68,81910 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic).
2 theta 22
TUGAS AKHIR – RL1585
z
2000
Fe Cr0,29Ni0,16C0,06
c o u n ts
1500 1000
FeNi
Cr23C6
500 0
-500 0
20
40
60
80
100
Dari hasil pengujian difraksi sinar – x yang ditunjukkan fasa yang terbentuk pada stainless steel dengan perlakuan normalizing pada temperatur 10750C adalah Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) dengan nomer pcpdf 33-0397. Fasa lain yang terbentuk adalah FeNi dengan nomer pcpdf 471405 dan Cr23C6 dengan nomer pcpdf 14-0407. Fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) terbentuk pada 2 theta = 43,69400 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa FeNi terbentuk pada 2 theta = 50,85950 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa Cr23C6 terbentuk pada 2 theta = 68,32246 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic).
2 theta 23
TUGAS AKHIR – RL1585
z
2500 2000
Fe Cr0,29Ni0,16C0,06
c o u n ts
1500 1000
FeNi
Cr23C6
500 0
-500 0
20
40
60
80
100
Dari hasil pengujian difraksi sinar – x yang ditunjukkan fasa yang terbentuk pada stainless steel dengan perlakuan hardening pada temperatur 10750C adalah Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) ) dengan nomer pcpdf 33-0397. Fasa lain yang terbentuk adalah FeNi dengan nomer pcpdf 471405 dan Cr23C6 dengan nomer pcpdf 14-0407. Fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) terbentuk pada 2 theta = 43,65356 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa FeNi terbentuk pada 2 theta = 50,78577 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic). Fasa Cr23C6 terbentuk pada 2 theta = 68,82246 dengan struktur kristal FCC (Face centered cubic).
2 theta 24
TUGAS AKHIR – RL1585
Kesimpulan Dengan adanya variasi perlakuan panas normalizing dan hardening pada temperatur 1050oC dan 1075oC dapat mempengaruhi nilai kekerasan pada baja AISI 310S. z Pada perlakuan panas normalizing dengan temperatur 1050oC memiliki angka kekerasan 138 HV30 dan pada temperatur 1075oC memiliki angka kekerasan 146 HV30. z Pada perlakuan panas hardening dengan temperatur 1050oC memiliki angka kekerasan 167 HV30 dan pada temperatur 1075oC memiliki angka kekerasan 175 HV30. z Dari hasil pengujian metalografi pada spesimen dengan perlakuan panas normalizing didapatkan batas butir yang lebih tebal yang mengindikasikan adanya presipitat karbida (M23C6) pada perlakuan panas normalizing lebih banyak bila dibandingkan dengan perlakuan panas hardening. z Dari pengujian difraksi sinar – x didapatkan fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06), FeNi, dan Cr23C6 pada masing – masing spesimen. 25
TUGAS AKHIR – RL1585
TERIMA KASIH
26
TUGAS AKHIR – RL1585
