Laporan Modul D RekMat

Tugas Laporan Praktikum Rekayasa Material Modul D oleh :

Nama

: Muhammad Arifiandi

NIM

: 13111005

Kelompok

:2

 Anggota (NIM) : Yulistian Nugraha (13111001) Muhammad Arifiandi (13111005)  Arya Evan Perdana (13111017) Rafiandy Dwi Putra (13111023) Ridho Fidiantowi (13111100) Muhammad Ihsan (13111113)

Tanggal Praktikum

: 12 November 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 18 April 2013 Nama Asisten (NIM)

: Ridzki Maulana (13708056)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2013

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Manusia dengan segala kebutuhannya, khususnya terhadap logam, seringkali membutuhkan sifat- sifat tertentu dari logam tersebut agar dapat digunakan sesuai kebutuhannya. Salah satu sifat dari material tersebut adalah kekerasan dan kekuatan.

Berbagai macam metode telah dikembangkan untuk mencapai sifat material yang diinginkan. Khusus untuk pengerasan logam dengan perlakuan panas, kita mengenal istilah heat treatment . Heat treatment   merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja, melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju pendinginan.

Berbagai

jenis

proses

heat

treatment

diantaranya

annealing,

stress

relief,

normalizing, spherodizing, quenching, dan precipitation hardening. Proses- proses heat treatment diatas tentunya memiliki kelebihan dan kekurangan serta digunakan sesuai dengan sifat material yang ingin dihasilkan.

Pada praktikum ini, proses heat treatment yang digunakan adalah quenching. Quenching merupakan proses heat treatment dimana material dipanaskan hingga mencapai temperatur austenisasi untuk jangka waktu tertentu. Setelah itu, material didinginkan secara cepat dengan cara dicelupkan kedalam media quenching (quenchant) berupa fluida cair sesuai laju pendinginan yang diinginkan.

1.2 Tujuan Praktikum a.

Mengukur kekerasan pada baja karbon setelah dilakukan proses quenching

b.

Menganalisis pengaruh quenching (pemanasan dan pendinginan) dan komposisi kimia terhadap sifat mekanik baja karbon (dalam hal ini kekerasannya)

1

BAB II TEORI DASAR Heat treatment   merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja, melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju pendinginan. Proses heat treatment dapat dilakukan dengan beberap metode diantaranya: a.

Annealing: proses perlakuan panas yang digunakan untuk meniadakan pengaruh dari cold working, dan juga berfungsi untuk membuat material menjadi lebih lunak dan meningkatkan keuletan. Pada annealing terdapat 3 fenomena, yaitu:

b.



Recovery: terjadinya rekonfigurasi dislokasi



Recyrstallization: inti butir baru mulai terbentuk



Grain Growth: terjadi pertumbuhan butir- butir baru

Normalizing: Pemanasan lambat sampai dengan temperatur diatas temperatur kritis dan diikuti oleh pendinginan udara yang bertujuan untuk meningkatkan keseragaman

mikrostruktur

dan

penghalusan

butir

serta

mengeleminasi

tegangan sisa. c.

Spheroidizing: Dilakukan untuk meningkatkan machinability   pada baja melalui pembentukan spheroidite.

Quenching merupakan proses heat treatment dimana material dipanaskan pada tungku pemanas (heat furnace) hingga mencapai temperatur austenisasi untuk jangka waktu tertentu agar terjadi keseragaman temperatur (bersifat homogen) di seluruh bagian material logam. Setelah itu, material didinginkan secara cepat dengan cara dicelupkan kedalam media quenching (quenchant) berupa fluida cair sesuai laju pendinginan yang diinginkan. Akhirnya, didapat material dengan sifat mekanik yang diinginkan.

Proses quenching untuk meningkatkan kekerasan dari baja dikontrol dengan pemilihan media pendingin yang tepat. Media quenching atau quenchant yang bisa dipakai adalah air, natrium hidroksida, oli, dsb. Karakteristik dari medium yang digunakan untuk quenching antara lain: 

Temperatur dari medium



Panas spesifik: panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur sebesar 1° satuan temperatur per satuan massa



Panas penguapan



Konduktivitas termal dari quenchant

  Viskositas



2

  Agitasi



Diagram CCT (Continuous Cooling Transformation) digunakan sebagai plot yang digunakan untuk menggambarkan proses quenching. Diagram CCT memperlihatkan hubungan

antara

pendinginan

laju kontinu

dengan fasa atau struktur yang

terbentuk

terjadinya

setelah

transformasi

fasa. Diagram CCT dapat diperoleh dengan konversi dari diagram fasa.

Diagram CCT untuk baja eutectoid (0,76 wt% C) ditunjukan oleh Gambar 2.1.

Gambar 2.1

Pada Gambar 2.1 ditunjukan critical cooling rate, yaitu laju pendinginan minimum dimana akan terbentuk 100% Martensite. Lalu, ditunjukan pula perbedaan pembentukan fine pearlite dan coarse pearlite dimana untuk membentuk fine pearlite dibutuhkan laju

3

pendinginan yang lebih lambat dibanding coarse pearlite. Fine pearlite lebih keras dan kuat dibanding coarse pearlite namun tidak lebih tangguh.

Diagram CCT untuk baja hypoeutectoid (0,76 wt% C) ditunjukan oleh Gambar 2.3

Gambar 2.3 Diagram CCT untuk baja karbon 1,13 wt% C

Keterangan:  A: Austenite P: Pearlite C: Cementite M: Martensite

4

Dari ketiga diagram CCT diatas (eutectoid, hypoeutectoid, dan hypereutectoid) berdasarkan perbandingan Martensite Start terlihat bahwa semakin tinggi kandungan karbon pada baja menurunkan temperatur Martensite Start. Untuk baja karbon rendah, pembentukan martensite tidak memungkinkan karena diperlukan laju pendinginan yang sangat cepat.

5

BAB III DATA PERCOBAAN Jenis Mesin Uji Keras

: Karl Frank GmBH

Tanggal Pengujian

: 12 November 2013

Media Quenching (Quenchant) : Minyak (Oil)

Low Carbon Steel High Carbon Steel

Kekerasan Awal (HRA) I II III

Kekerasan Akhir (HRA) I II III

T (°C)

t (menit)

800

30

17

17

18

19

21

21

800

30

38

38

37

52

51

53

6

BAB IV ANALISIS DATA

Berdasarkan data percobaan pada Bab 3, dimana baik low carbon steel dan high carbon steel diberi perlakuan panas yang sama sebesar 800 °C selama 30 menit (pada percobaan waktu dilebihkan menjadi 33 menit) pada heat furnace lalu didinginkan pada medium quenching (quenchant) berupa minyak atau oli.

Pada baja karbon rendah, harga kekerasan awal berada pada kisaran 17-18 HRA dan setelah melalui proses quenching meningkat menjadi 19-21 HRA. Lalu, untuk baja karbon tinggi, harga kekerasan awal berada pada kisaran 37-38 HRA dan meningkat setelah melalui proses quenching menjadi 51-53 HRA. Hal ini menunjukan proses quenching meningkatkan harga kekerasan baja karbon.

Peningkatan harga kekerasan ini diakibatkan pada proses quenching terjadi perubahan fasa dari austenite menjadi martensite akibat laju pendinginan yang cepat dari temperatur austenisasi sehingga atom- atom karbon tidak cukup waktu untuk berdifusi. Hal ini mengakibatkan perubahan struktur FCC austenite menjadi BCT (Body Centered Tetragonal) martensite. Struktur ini menyebabkan martensite bersifat keras dan kuat sehingga dapat meningkatkan harga kekerasan baja karbon.

Jika kita membandingkan perbedaan peningkatan harga kekerasan dari kedua baja karbon, baja karbon tinggi mengalami peningkatan kekerasan yang lebih signifikan. Hal ini disebabkan peluang baja karbon tinggi untuk membentuk martensite (bersifat sangat keras namun juga getas) lebih besar dibanding baja karbon rendah. Baja karbon rendah memerlukan laju pendinginan yang lebih cepat dibanding baja karbon tinggi untuk membentuk martensite.

Selain itu, pembentukan martensite didasarkan atas pencegahan difusi atom karbon sehingga semakin tinggi kadar atom karbon maka semakin besar pula peluang mencegah jumlah atom karbon untuk berdifusi sehingga fasa martensite dengan struktur BCT dapat terbentuk.

7

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan 1.

Kekerasan baja karbon meningkat setelah dilakukan proses quenching. Pada baja karbon rendah kekerasan meningkat dari kisaran 17-18 HRA menjadi 19-21 HRA sedangkan pada baja karbon tinggi kekerasan meningkat dari kisaran 37-38 HRA menjadi 51-53 HRA.

2.

Proses quenching mempengaruhi peningkatkan harga kekerasan baja karbon. Lalu, semakin tinggi kadar karbon pada baja maka kekerasannya akan semakin tinggi.

5.2

Saran 1.

Ketika hendak mengambil baja karbon dari tungku pemanas diperlukan alat yang tidak tercelup kedalam quenchant berupa minyak karena dapat memantik api dari tungku pemanas.

8

DAFTAR PUSTAKA th

Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6  edition, John Wiley & Sons, Inc. 2003 Dieter, G.E. “Mechanical Metallurgy” SI Metric Edition, McGraw-Hill Book Co. 1988

9

LAMPIRAN TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1.

Mengapa baja dengan kadar C lebih tinggi memiliki kekerasan yang lebih tinggi daripada baja dengan kadar C lebih rendah setelah Proses Heat Treatment ?

2.

Apakah pengaruh Proses Quenching   terhadap sifat mekanik (kekuatan dan kekerasan) logam?

3.

Jelaskan mekanisme terbentuknya Martensite dan mengapa Martensite memiliki kekerasan yang tinggi?

4.

Mengapa terbentuk Austenite sisa, apa pengaruhnya terhadap kekerasan dan  jelaskan cara yang dilakukan untuk menguranginya!

Jawab: 1.

Baja dengan kadar C lebih tinggi memiliki kekerasan yang lebih tinggi daripada baja dengan kadar C lebih rendah setelah proses heat treatment karena sebelum proses heat treatment pun baja karbon tinggi memiliki kekerasan yang lebih tinggi dibanding baja karbon rendah. Setelah melalui heat treatment kedua baja karbon akan mengalami peningkatan kekerasan.

2.

Proses

quenching

meningkatkan

kekuatan

dan

kekerasan

logam

melalui

transformasi fasa austenite menjadi fasa martensite akibat laju pendinginan yang cepat setelah proses pemanasan. 3.

Mekanisme terbentuknya martensite adalah sebagai berikut: (i)

Baja karbon dipanaskan hingga mencapai temperatur austenisasi

(ii)

Setelah mencapai temperatur tersebut, pemanasan dibiarkan hingga jangka waktu tertentu agar terbentuk fasa austenite homogen.

(iii)

Lalu, setelah fasa austenite terbentuk secara homogen, baja karbon di quench dengan laju pendinginan yang cukup untuk mencegah difusi karbon

(iv)

Terjadi perubahan struktur atom dari FCC austenite menjadi BCT martensite yang merupakan salah satu alasan mengapa martensite memiliki kekerasan yang tinggi

4.

Pada laju pendinginan yang sangat cepat dari temperatur austenisasi ke temperatur ruang menyebabkan terjadinya transformasi dari austenite menjadi martensite. Transformasi pembentukan martensite ini akan berakhir pada temperatur dibawah nol celcius. Sehingga bila didinginkan hanya sampai temperatur ruang maka akan terdapat austenite sisa. Hal ini menyebabkan pengerasan baja menjadi tidak optimal. Untuk dapat menghilangkan austenite sisa ini maka dilakukan perlakuan yang disebut subzero treatment yaitu pendinginan lanjut dibawah nol celcius. Cara lain adalah dengan perlakuan panas tempering.

10

FOTO SPESIMEN

Low Carbon Steel

High Carbon Steel

11