PengerasanPermukaanBaja PerkakasHSSM41 denganTeknik PeiapisanMetal Spray (Leni Juwita)
PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41 DENGAN TEKNIK PELAPISAN METAL SPRAY LeniJuwita Jurusan Teknik Metalurgi -UNJANI J1. Gatot Subroto, Bandung, PO BOX 8(
ABSTRAK PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41 DENGAN TEKNIKPELAPISAN METALSPRAl': Paduan intermetalik Fe-AI memiliki sif"atyang kuat dan keras dan sif"at ini sangat membantu meningkatkan ketahanan aus permukaan terutama komponen yang bergesekanseperti haInya pahat potong pactaproses pemesinan. Sehubungan dengan hal tersebut telah dilakukan percobaan awal dalam rangka melihat kemungkinan terbentuknya lapisan Fe-AI pacta permukaan, mengukur tebal lapisan yang terjadi dan mengukur besamya peningkatan kekerasan dan ketahanan aus yang terjadi terhadap lapisan tersebut. Disamping itu penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari dan memahami mekanisme yang terjadi dalam terbentuknya lapisan tersebut. Untuk tujuan ini dilakukan penelitian dengan menggunakan spesimen baja perkakas HSS M41sebagai material dasar dan menggunakan material pelapis AI-Si .Material aluminium tersebut disemprotkan ke permukaan baja dengan menggunakan metoda "metal spray". Setelah itu spesimendilaku panas pactatemperatur 850 °C , dengan waktu (holding time) yang bervariasi yaitu ; 4 jam, 6 jam dan 8 jam. Setelahitu dilakukan pemeriksaanmetalografi, uji kekerasandan uji keausan. Hasil penelitian menunjukkan kekerasandan ketahananaus yang paling tinggi diperoleh pactakondisi laku panas: temperatur 850 °C dan waktu 8 jam. Teballapisan yang terbentuk sekitar 0,81mm, kekerasan 1120 HV, prosentase keausan 0,147 % dan meningkatkan umur sampel dari 1,84 hari menjadi 14,125 hari.
Kala kunci : Metal spray,perlakuanpanas,difusi, pengerasan permukaan.
ABSTRACT SURFACE HARDENING OF BASE METAL HSS M41 SURFACE BY METAL SPRAY TECHNIQUE. Intermetallic compound Fe-AI has good strength and hardness properties. Those properties were required to improve the wear resistance of component which its application always contact with another part like cutting tool in machining processes. This experiment was carried out to improve the wear resistance of metal, which in this case is high speed steel (HSS M4I). This preliminary experiment was focused on to form the Intermetallic compound Fe-Allayer in the surface of the steel. This layer was obtained by metal spray technique in which AI-Si spray to the surface of base metal HSS M4 I and then heat treated at 850 DC.The holding time of heat treatment tor 4 hours, 6 hours and 8 hours respectively was used. Experimental results showed holding time of heat treatment process was influenced to torming the intermetallic layer, thickness and hardnesswas specimen with heattreated at 850 °c and holding time 8 hours exhibit the maximum hardnessof 1120 HV and also increase the lite time trom 1.84 days to 14.125 days. The thickness of inter metallic layer was 0.81 mm. Key words: Metal surface spray, heat treatment, diffusion, surface hardening.
PENDAHULUAN Waktu proses pemotongan berlangsung akan terjadi geseran antara pabat dan benda kerja pada pada proses pemesinan. Geseran tersebut akan mengakibatkan keausan pacta pacta bidang-bidang utama dari pabat. Sehubungandengan kondisi kerja tersebut,maka material pabat harus memiliki sifat kuat,kerastetapitidal rapuh, kekuatan dan kekerasannya hams tetap tinggi walaupun suhu pemotongan tinggi [2]. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut acta beberapa metode yang dapat ditempuh diantaranya adalah;memilih material pabatyang memenuhi sifat yang diinginkan, melakukan pengerasan permukaan dan
membentuk lapisan pada permukaan benda kerja. Masing -masing metode tersebut memiliki keunggulan daD penelitian ini merupakan studi awal dalam hal pembentukan lapisan pada permukaan, sehingga permukaan memiliki kekerasandan ketahananaus yang lebih tinggi. Pada penelitian ini digunakan metode Metal Spray untuk menempelkanmaterial pelapis (AL-Si) pada permukaan dan kemudian diploses laku panas, untuk memperolehlapisan intemletalik Fe-AI padapermukaan.
89
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
ISSN1411-2213
PERCOBAAN
Pemanasan awal
Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir Gambar I. Prosespelapisan dengan metoda metal .~praydilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :
Pemanasanawal dilakukan terhadap spesimen yang akan di metal spray pada suhu 1500C. Tujuan pemanasanawal ini untuk menghilangkan kelembaban pada permukaan material dasar yang akan dilapis dan menghilangkan tegangansisa sertameminimalkan efek pemuaian material pada waktu proses pelapisan.
Persiapan Permukaan Persiapan permukaan dilakukan dengan tujuan menghilangkan oksida besi, lemak dan kotoran-kotoran lain yang ada pada permukaan. Untuk itu persiapan permukaan dilakukan dengan beberapa tahap yaitu pemolesan mekanik, pencucian dan grit blasting. Pemolesanmekanik dilakukan dengan menggunakan kertas amplas, pencucian dilakukan dengan air panas (60-80 °C) dan grit blasting dilakukan dengan menggunakan material abrasifjenis aluminium oksida dan titanium oksida dengan ukuran 30 mesh.
ProsesPelapisan Proses pelapisan yang dilakukan dalam penelitian ini, disesuaikan dengan standar operasi proses plasma spraying untuk serbuk jenis 52 CN-S daTiMetco. Standar proses tersebut dapat dilihat pada Tabell.
IPengujian Ioomposisl I
killlia-
Persiapan Ma~tria! .Pencucian .Grid
(Rinsing)
Blasl;n!,'
..Prchcating
.Prosn
I
Ht:_t truttllf:tlt
T = 850 "C
t = 4 jam
T = 850 "c
t = 6 jam
iT.:
850 DC
~
-t
= 8 jam
Pcngujran laboratorium
IIl~lr~r:lsan ~~~!~~~ I ~
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
90
~
PengerasanPermukaanBaja PerkakasHSSM41 denganTeknikPeiapisanMetal Spray(Leni Juwita)
PerlakukanPanas Proses perlakukan panas dilakukan pacta temperatur 850 °C dengan waktu yang bervariasi yaitu ; 4 jam, 6 jam dan 8 jam. Tungku yang digunakan dalam proses laku panas ini adalah tungkU vakum dengan tekanan 0,03 torr. Tujuan penggunaantungku vakum adalah untuk mengurangi kemungkinan terbentuknyaoksida pacta lapisan. Setelah
proses
laku
panas
proses terbentuknya lapisan tersebut adalah proses difusi. Dari referensi 9, diperolehdata laju difusi Fe dalam AIlebih tinggi dibandingkan dengan AI dalam Fe,berarti Fe yang adapactalogam dasar akan berdifusi ke material pelapis untuk membentuk lapisan intermetalik Fe-AI. Dari pemeriksaanmetalografi yang telah dilakukan tidak dapat mengindentifikasi intermetalik yang terbentuk karena menggunakan mikroskop optik daD untuk pemeriksaan tersebut direncanakan akan menggunakan elektron mikroskop.
dilakukan
pemeriksaanmetalografi denganmenggunakan mikroskop metalurgi, untuk mengamati struktur lapisan yang terbentuk antara material dasar dan material lapisan. Lamtan etsa yang digunakan adalah Nita12 %. Untuk mengamati pembahan sifat mekanik daTi
Uji Kekerasan
DATA DAN PEMBAHASAN
Data basil uji kekerasan ditampilkan pada Gambar 4. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa teballapisan yang terjadi bervariasi dengan fungsi waktu perlakukan panas (Holding Time) yang digunakan. Kekerasanmaksimum yang diperoleh terjadi pada waktu perlakukan panas 8jam, kekerasanlapisan yang terjadi adalah 1120 HV Dan referensi 1 diperoleh data bahwa fa sa intermetalik dengan kekerasan 1120 adalah All2 Fe) Si , sedangkanrasa FeAI) memiliki kekerasan 730 HV dan rasa terebut diperoleh pada waktu pemanasan4 jam dan 6jam. Disisi lain perlakuan panas dengan waktu 8 jam, mengakibatkankekerasanmaterial bendakerja menumn cukup berarti dari 617HV menjadi 312 HVHaI ini dapat diakibatkan, butir yang membesar daD terjadinya perubahan karbida kompleks (annealing effect) pada material HSS M41.
PemeriksaanMetalografi
Uji Keausan
Hasil uji metalografi dilakukan terhadap spesimenyang belum diplOSeslaku panas dan spesimen yang telah mengalami proses laku panas. Hasil pemeriksaanmetalografi ditunjukkan padaGambar 2 dan Gambar 3. Dari gambar terse but dapat dilihat terbentuknya lapisan barn diantara material dasar dengan material pelapis daD lapisan tersebut muncul setelah spesimen mengalami proses laku panas. Tebalnya lapisan yang terbentuk mempakan fungsi daTi suhu daD waktu, hal ini dapat dimengerti karena
Pengujian keausan dilakukan berdasarkan ASTM B611-76. Dari pengujian ini ditentukan umur dan prosentase keausan dengan lama pengujian 30 menit. Umur dihitung berdasarkanrumus berikut ini :
spesimen maka dilakukan uji kekerasan Mikro Vickers dengan beban 300 gram. Uji kekersan dilakukan mulai dari material dasar setiap 0,03 mm sampai material peiapis. Disamping uji kekerasan dilakukan juga uji keausan. Uji keausan dilakukan berdasarkan standar ASTM B-611- 76 dengan ukuran spesimen ; panjang 20 nun, lebar 14 nun, diameter lubang 2,5 mm dan kedalaman lubang 6 mm. piling
Kondisi pengujian adalah; kecepatan putaran 100 rpm dan beban sebesar 10 Kg, pH lumpur
almnina2,5.
-':,:~-, .'.'
""
~
80
x 30 =
Umur
(menit)
80-81
~
,,' ,'"
~ .,...~ '.~. r"""..,., ~.t \ -~r!-' ,-,?~ ~-;.~t,'-"'1:;.~l-.~':~::i:.:");.'. ~' -'1~'~;A;.~' )'~~_4~..., ',:; . , ;J
:f;
:."~.\.,.. .,.,~.~.~it::~",."J'"
.",',.
,
"-7"'.. ,t.~~_..~
~~"',-!""'":..'
~'"
~:~~,
'"
Gambar Z. Gambar hasil metalografi metal .~pray yang belum dilaku panas
.~pecimen hasil
: I
Gombar 3. Gambar hasil metalografi specimen yang telah mengalami proses laku panas. Suhu 850.C dan waktu : 8 jam. Pembesaran 100 X, larutan etsa menggunakan: Nital 2%
91
Prosiding Pertemuanllmiah llmu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002 Serpong,22 -23 Oktober2002
Tabel I. Standar parameter prosesplasma spray
ISSN1411-2213
Tabel J. 'Komposisi kimia material pelapis 52 CN-S (standar metco)Komposisi kimia baja perkakas HSS M-14
Pte$$i1!'e
i",;
Elemen
No
Fl~ "":'
01
P~w~r
i
02
J~~~~~~ Tabel2. Komposisi kimia baja perkakas HSS M-14
Sedangkanprosentasekeausanditentukan dengan rumus:
% Berat
Al
88
Si
12
;;;
~1'"
3. Pada penelitian ini parameter yang menghasilkan kekerasan dan ketebalan lapisan paling tinggi adaIah; Suhu850°C dan waktu pemanasan(Holding time) 8 jam. Dengan parameter perlakuan panas tersebut diperoleh kekerasan maksimum 1120 HV dan menurunkan prosentase keausan serta menaikkan umur sampel daTi 1,84 hari menjadi 14,125hari. 4. Padaprosesperlakuan panas suhu 850°Cdan waktu pemanasan(Holding time) 8 jam, terjadi penurunan kekerasan sampel yang cukup berarti daTi 617HV menjOOi312HV olehkarenai1u disarankanmelakukan penelitian untuk mencari parameterperlakuan panas yang optimal.
Bo-Bl
Pro.\'entase keausan =
'
x 100%
Bo dimana : Bo = Berat awal, B 1 = Berat akhir Data uji keausandapat dilihat pactaTabel4. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa waktu perlakuan panas 8 jam memiliki laju keausan yang paling kecil sebesar0,147% dan umur 14,125 hari, sedangkantanpa lapisan prosentasekeausanadalah 1,13% dan umurnya 1,84hari. Dari dataini dapatdisimpulkan bahwa adanya lapisan Fe-AI dapat meningkatkan umur sebesar7,7kali.
KESIMPULANDANSARAN DaTipenelitian awal yang telah dilakukan dapat diambil beberapakesimpulan dan saran. 1. Proses metal spray dan diikuti dengan proses perlakuan panas dapat digunakan untuk meningkatkan kekerasan paa permukaan baja perkakasHSS M14. 2. Lapisan Fe-Ai teIbentuk setelahspecimenmengalami laku panas dan parameter yang digunakan pada perlakuan panas akan menentukan tebal dan kekerasan lapisan yang terbentuk.
DAFTAR PUSTAKA [IJ.
DAVIS J.R.,.4Iumunium andAlumuniumAlloys, ASM Specialty Handbook, Material Park, Ohio, USA, (1993) [2J. BEGEfvtENM.L.,ManufacturingProcesses, John Wiley, London, (1957) [3J. CALISlER Jr., Material~'i Science and Engi neering an Introduction, John Wiley & Son Inc., (1985) [4]. SMALLMAN R.E., Modern Physical Metallurgy, Betterworths, London, (1976) ASM Metal Handbook, Surface Cleaning, Finishing and Coating, 5 Ninth Edition, (1982) [6J. ASM Metal Handbook, Properties and Selection Stainless Steel, Tool Material and Special Purpose Metal, 3, (1982) [7J. ROBERT G.A., HAMAKER Jr., Jhonson A.R., Tool Steel,ASM Handbook, Third Edition, (1962) [5].
Tabel 4. Data basil u.ii keausan
Kondisi
Perlakuan Pana.'!
T = 850.C, t=6jam
Perlakuan Panas
T = 850°C, t = 8jam
BerntAwal
5,30gr
7,18gr
7,28 gr
BeratAkhir
5,28gr
7,11 gr
7,26 gr
6,76 gr
Umur
1,84 hari
2,1 hari
7,5 hari
14,125 hari
1,13%
0,97%
0,27%
0,147%
Prosentase Kea~an
92
Perlakuan Panas Tanpa T ~ 850°C. Perlakuan t ~ 4 jam Panas
6,77gr
PengerasanPermukaanBaja PerkakasHSSM41 denganTeknik PelapisanMetal Spray(Leni Juwita)
1200
1000
800
~c
. ;
600
.¥
G)
~
400
200
0
r~~ HT~:~~~
~!~"+~~J
Gambar 4. Grafik hasil uji kekerasanspesimendenganberbagaiwaktu perlakuan panas
SAUBARI A.H., PelapisanAl padaBaja dengan ProsesMetal Spray,DepartemenTeknik Mesin nB,(1991) [9] SCHAFFER J.P.,The Scienceand Design of EngineeringMaterial, WCB/McGraw-Hill,(1999) [8)
Ke Daftar Isi 93
