VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN PADA PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DENGAN MATERIAL SS 304L

VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN PADA PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DENGAN MATERIAL SS – 304L Disusun oleh : Suparjo dan Purnomo Dosen Tetap Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya.

ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk menguji perubahan sifat kekerasan dan struktur mikro setelah dilakukan proses perlakukan panas (Hardening) dengan beda temperatur pemanasan. Untuk mendapatkan hasil kekerasan yang baik perlu diperhatikan Parameter proses perlakuan panas dengan menggunakan sistem waktu penahanan (Holding Time) dengan menggunakan media pendinginan (Quenching) yaitu dengan Oli SAE-40 dan variasi temperatur pemanasan yang berbeda yaitu meliputi 700 0C, 800 0C, dan 900 0C. Dengan melakukan penelitian ini diharapkan dapat diketahui perubahan tingkat kekerasan serta perubahan struktur mikro pada material uji khususnya Stainless Steel (SS-304L) yang disebabkan oleh proses perlakuan panas ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada material induk sebelum pengujian nilai kekerasan tertinggi 244,9 kg/mm2, setelah mengalami proses pengujian perlakuan panas, maka nilai kekerasan material uji berubah. Pada media pendingin Oli SAE-40, temperatur 700 0C nilai tertinggi 268,76 kg/mm2, temperatur 8000C nilai tertinggi sama yaitu 268,76 kg/mm2, dan pada temperatur 9000C nilai tertinggi 259,71 kg/mm2 Kata kunci : Temperatur pemanasan, Perlakuan panas, Stainless Steel.

PENDAHULUAN. Latar Belakang Masalah. Tuntutan kebutuhan manusia akan bahan baku logam dengan sifat mekanik tertentu terus diupayakan , antara lain untuk memenuhi kebutuhan bahan – bahan konstruksi pemesinan serta berbagai macam industri khususnya dalam bidang manufaktur. Sifat mekanik tidak hanya tergantug pada komposisi kimia atau paduan dari material akan tetapi juga tergantung pada perubahan temperatur serta media pendingin pada material tersebut.Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki tingkat kekerasan yang berbeda dan sifat mekaniknya juga berbeda, hal ini tergantung pada proses pengerjaan yang dilakukan terhadap material berupa proses laku panas yang diterima selama proses pengerjaan. (Wahid S 1988) Tujuan utama dari proses pengerasan adalah untuk meningkatkan kekerasan benda kerja serta meningkatkan ketahanan aus, makin tinggi kekerasan akan berdampak semakin tinggi pula ketahanan ausnya. Sala satu material teknik (logam induk) yang digunakan dalam penelitian ini adalah Stainless Steel (SS-304L) yang mempunyai kombinasi sifat- sifat mekanis, sifat tahan terhadap korosi serta mempunyai ketahanan terhadap pemanasan yang mana sifat-sifat ini tidak dimiliki oleh logam komersial lainnya. Menurut AISI (The American Iron and Steel Institut) telah mengklasifikasikan komposisi dari Stainless Steel, serta beberapa campuran dari stainless steel (Fe ; Cr ; Ni dan beberapa kecil unsur – unsur carbon ), Magan, Molibdenum serta Sulphur dan Silikon. Chrominium (Cr) merupakan elemen yang membuat stainless steel tidak ternoda (Stainless) atau dalam artinya tahan terhadap karat. Stainless Steel merupakan campuran Iron Chromonium (Fe – Cr) yang terdiri atas 10 – 12% Cr dan beberapa yang mengandung sedikit Carbon. (Suprapti 1986). Tujuan Penelitian. Penelitian ini dilakukan untuk menguji perbedaan sifat kekerasan dan struktur mikro pada material Stainless Steel setelah mengalami proses hardening dengan pemakaian variasi temperatur pemanasan yang berbeda yaitu : 700 0C, 800 0C, dan 900 0C. Manfaat Penelitian.

Jurnal IPTEK Vol.16 No.2 Desember 2012

171

Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan informasi kepada para peneliti dan kalangan industri manufaktur khususnya dibidang kontruksi pemesinan, sehingga dapat mengetahui permasalahan yang ada pada sifat mekanik yang berhubungan pemakaian variasi temperatur pemanasan pada proses perlakuan panas (hardening) Stainless Steel dengan pendinginan cepat. MATERI DAN METODE PENELITIAN. Peralatan Penunjang Penelitian. Peralatan yang digunakan meliputi : 1. Material. - Bahan : Stainless Steel (SS 304L) - Heat Number : OR 25412 – A. - Komposisi Kimia : 0,03% C ; 2.00% Mn ; 1.000% Si ; 0,045% P ; 0,30%S ; 19 % Cr ; 8 – 10% Ni.

8 50

10

Gambar 1. Material Uji. 2. Peralatan lain : Vickers Nunber (beban mayor 100 kg), dengan waktu tahan 10 sampai 15 detik indentor kerucut intan dan panjang diagonal 1 dan 2 (mm), (Tungku pemanas model N. 11 210 V, serial No. 64351.146A, max 1100 0C – 3,2 kw), Kertas gosok, filem ASA 400, Jangka sorong, Kerja bangku, dan Mikroskop. Variabel Pengujian. 1. Jenis Logam Induk : Stainless Stell (SS 304L). 2. Media Quenching : Oli SAE 40. 3. Teemperatur : 700 0C, 800 0C, dan 900 0C.

Batasan dan Metode Pengujian. 1. Pengujian Kekerasan. Pengujian kekerasan memakai dengan cara Vickers menggunakan piramida intan sebagai indentor, dasar dari piramida berbentuk bujur sangkar dan sudut antara bidang miring yang berhadapan 1360 dan beban yang digunakan 100 kg dengan interval 5 kg. Diagonal bekas penekanan (d) diukur dengan mikroskop pengukuran skala kekersan. Tujuan pengujuan kekerasan untuk membandingkan kekerasan masing – masing benda kerja yang telah mengalami proses quenching dengan variasi temperatur pemanasan : 700 0C, 800 0C, dan 900 0C. 2. Pengamatan Struktur Mikro. Pengamatan struktur mikro bertujuan untuk mengetahui dan membedakan strktur mikro anatara logam induk yang diberikan pada saat proses (Perlakuan panas). Pengamatan dengan menggunakan mikroskop pada pembebanan tertentu dapat mengetahui struktur butiran, ukuran butiran, dan bentuk butiran

Suparjo, Purnomo, Variasi Temperatur Pemanasan Pada Proses . . .

172 0

setelah stainless steel mengalami proses perlakukan panas denagan variasi temperatur pemanasan 700 C,

800 0C, dan 900 0C. Proses pengamatan struktur mikro diawali dengan penggosakkan pada spesimen yang sudah dipotong sebelum proses etsa elektrolotik dengan menggunakan kertas amplas mulai dari gride 400# , 500#, 600#, 800#, 1000#, sampai pada grid 1200#. Sealama penggosokkan berlangsung diberi air sebagai pendingin dan arah penggosokan dilakukan dengan satu arah dan dilakukan sampai permukaan halus dan mengkilap. Sampel uji yang telah mengalami proses pemolesan, maka spesimen dimasukam ke dalam larutan asam oxalat ( 10 gram) dan 100 ml H2O selama kurang lebih 90 detik yang diberi aliran listrik, kemudian meletakan spesimen pada preparat dan meja obyektif pada mikroskop. Tahap akhir memasang pembesaran lensa obyektif, kemudian diatur fokusnya dan spesimen difoto dengan pembesaran sebesar 200 kali. 3. Pengujian komposisi kimia. Pengujian komposis kimia bertujuan untuk mengetahui unsur – unsur dan komposisi kima pada logam induk (Stainless Steel) dan pendinginan cepat sebelum mengalami proses perlakuan panas dengan variasi temperatur pemanasan : 700 0C, 800 0C, dan 900 0C Data Hasil Pengujian. 1. Data Hasil Uji Kompisisi Kimia pada Logam Induk. Tabel 1. Komposisi Kimia Pada Logam Induk No. Unsur Simbol Komposisi Kimia. (%) 1. Karbon C 0,03 2. Mangan Mn 2,00 3. Phospor P 0,045 4. Sulfur S 0,03 5. Silikon Si 1,00 6. Chrom C 19 7. Nikel Ni 10

2. Data Hasil Uji Kompisisi Kimia pada proses hardening Tabel 2. Komposisi Kimia Pada proses hardening No. Unsur Simbol Komposisi Kimia. (%) 1. Karbon C 0,32 2. Mangan Mn 1,20 3. Phospor P 0,065 4. Sulfur S 0,02 5. Silikon Si 0,75 6. Chrom C 19 7. Nikel Ni 12

3. Data Hasil Uji Kekerasan. Tabel 3. hasil Uji Kekerasan Material Dasar (Logam Induk) Titik Pengujian d1 ( mm ) d2 ( mm ) dr ( mm ) 1. 0 ,90 0,90. 0,90 2. 0,90. 0,95. 0,925 3. 0,85. 0,90. 0,875. 4. 0,88. 0,86. 0,87. 5. 0,90 0,96. 0,93.

HV 228,94 216,73 242,21. 244,99 214,41.


173

Tabel 4. Hasil Uji Kekerasan Dengan Media Pendingin Oli SAE – 40 Pada Temperatur 700 0C Titik Pengujian d1 ( mm ) d2 ( mm ) dr ( mm ) HV 1. 0,85 0,80. 0,83 268,76 2. 0,80. 0,89. 0,845 259,71 3. 0,80. 0,87. 0,835. 266. 4. 0,80. 0,87. 0,835 266. 5. 0,85 0,87. 0,86 250,73. Tabel 5. Hasil Uji Kekerasan Dengan Media Pendingin Oli SAE – 40 Pada Temperatur 800 0C Titik Pengujian d1 ( mm ) d2 ( mm ) dr ( mm ) HV 1. 0,90 0,78. 0,84 262 2. 0,80. 0,89. 0,845 259,71 3. 0,85. 0,80. 0,83. 268,76. 4. 0,85. 0,80. 0,83 268,76. 5. 0,88 0,87. 0,875 242,21. Tabel 6. Hasil Uji Kekerasan Dengan Media Pendingin Oli SAE – 40 Pada Temperatur 900 0C Titik Pengujian d1 ( mm ) d2 ( mm ) dr ( mm ) HV 1. 0,80 0,89. 0,845 259,71 2. 0,89. 0,84. 0,865 248. 3. 0,80. 0,89. 0,845. 259,71. 4. 0,80. 0,89. 0,845. 259,71. 5. 0,89 0,84. 0,865 248.

4. Grafik Hasil Uji Kekerasan.

Grafik 1. Kekerasan Vickers Pada Material Dasar

Nilai Kekerasan (Kg/mm2)

250 240 230 220 210 200 190 1

2

3

Jumlah Titik Pengujian

4

5


174


Grafik 2. Kekerasan Vickers Pada Temperatur 700 C Dengan Media Pendingin Oli SAE-40

0

270 265 260 255 250 245 240 1

2

3

4

5




0

270 265 260 255 250 245 240 235 230 225 1

2

3 Jumlah Titik Pengujian

4

5


175



0

260 258 256 254 252 250 248 246 244 242 1

2

3

4

5


Gambar 3. Struktut Mikro Pada Material dasar.

Gambar 4. Struktur Mikro Pada Temperatur 700 0 C Dengan Media Pendingin Oli SAE-40


176



PEMBAHASAN 1. Analisa Uji Kekerasan Vickers. Pengujian kekerasan memakai dengan cara Vickers menggunakan piramida intan sebagai indentor, dasar dari piramida berbentuk bujur sangkar dan sudut antara bidang miring yang berhadapan 1360 dan beban yang digunakan 100 kg dengan interval 5 kg. Diagonal bekas penekanan (d) diukur dengan mikroskop pengukuran skala kekersan Vickers dihitung sebagai berikut : VHN =

Beban P = LuasPenekanan A

Dimana : A =

d2 2 cos 22

=

d2 1,8544


177

HVN = 1,8544

P d2

(kg / mm2), dimana

d=

d1  d 2 2

Dimana : -

HVN = angka kekerasan Vickers (kg/mm2)

-

P

-

d

= Besarnya beban yang digunakan. = diagonal rata – rata indentasi ( mm )

Pengujian kekerasan Vickers ditunjukkan pada gambar 7.(Suheni 2003) Dari hasil uji kekerasan pada specimen dengan temperatur 7000C, 8000C, dan 9000C dapat diambil suatu analisa sebagai berikut : Untuk tmperatur 7000C dengan media quenching Oli SAE – 40 nilai kekerasan rata-rata adalah 262,24 kg/mm2, ternyata nilai ini lebih tinggi apabila dibandingkan dengan temperatur 8000C yang memiliki nilai kekerasan rata-rata 260 kg/mm2. Sedangkan pada temperatur 9000C memiliki nilai kekerasan rata – rata yaitu 255 kg/mm2. .

Gambar 7. Pengujian kekerasan Vickers 2. Analisa Foto Struktur Mikro

Dari pengamatan foto struktur mikro dari hasil perlakukan panas dengan menggunakan material Stainless Steel (SS – 304L) dengan media quenching Oli SAE 40, maka dapat diambil analisa sebagai berikut : - Pada material dasar terdapat endapan karbida antara ferrite dan bainit, dimana bainit berwarna hitam sedangkan ferrite berwarna putih. Butiran bainit besar sedangkan butiran ferrite butirannya lebih halus. - Pada temperatur 7000C dengan media quenching Oli SAE – 40, terdapat endapan karbida dan struktur pearlite. Butiran ferrite dan bainit lebih besar dibandingkan dengan material dasar. - Pada temperatur 8000C dengan media media quenching Oli SAE – 40, terdapat endapan karbida paerlit atau matrik perlit. Struktur mikronya lebih halus apabila dibandingkan dengan material dasar dan temperatur 7000C. - Pada temperatur 9000C dengan media quenching Oli SAE – 40, kandungan endapan karbida lebih banyak apabila dibandingkan dengan material pada temperatur 7000C dan 8000C. Struktur mikronya lebih halus dan homogen.


178

KESIMPULAN Dari analisa variasi temperatur pada proses perlakuan panas terhadap material jenis Stainless Steel (304L) dan kekerasan, dengan waktu penahanan 30 menit dan media quenching Oli – 40 , maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil uji kekerasan untuk temperatur 7000C dengan media quenching Oli SAE – 40 nilai kekerasan tertinggi adalah 268,76 kg/mm2, ternyata nilai ini sama apabila dibandingkan dengan temperatur 8000C yang memiliki nilai kekerasan tertinggi 268,76 kg/mm2. Sedangkan pada temperatur 9000C memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi yaitu 259,71 kg/mm2. 2. Hasil Pengamatan Struktur Mikro. Pada temperatur 700 0C dengan media quenching Oli SAE – 40, terdapat endapan karbida dan struktur pearlite. Butiran ferrite dan bainit lebih besar dibandingkan dengan material dasar. Pada temperatur 800 0C dengan media media quenching Oli SAE – 40, terdapat endapan karbida paerlit atau matrik perlit. Struktur mikronya lebih halus apabila dibandingkan dengan material dasar dan temperatur 7000C. Pada temperatur 9000C dengan media quenching Oli SAE – 40, kandungan endapan karbida lebih banyak apabila dibandingkan dengan 0 0 material pada temperatur 700 C dan 800 C. Struktur mikronya lebih halus dan homogen. DAFTAR PUSTAKA R. Djoko Andrijono (2005).” Jurnal Ilmu – Ilmu Teknik DIAGONAL.” Unmer Malang. Sudjana (1989). “ Desain Dan Analisa Eksperimen”, Bandung. Sriati Djapri (1987).” Metalurgi Mekanik”. Jakarta : Penerbit Erlangga. Suprapti (1989). “ Pengetahuan Bahan”. ITS Surabaya. Suheni (2003).” Jurnal IPTEK Volume 5 Nomor 3.” Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya. Wahid Suherman(1988).” Ilmu Logam 1.” Institut Teknologi Surabaya.

VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN PADA PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DENGAN MATERIAL SS 304L

Recommend Documents