Fransiscus Dheni I1220620045

K

1.Sebutkan 3 jenis pengerasan utama pada logam dan berikan contoh-contohnya. 2. Bandingkan gambar diagram TTT (I-T atau S) dari kedua baja AISI 1030 dan 1070 apabila dipanasi 50OC diatas suhu A3 di holding dan dilanjutkan dengan cooling pada suhu konstan. Suhu kritis baja 1030 dan 1070 masing-masing 600OC dan 500OC sedangkan suhu transformasi yang lain sama yaitu pada 725OC, 700OC, 650OC, 600OC, 550OC, 500OC, 450OC, 400OC, 350OC, 300OC. 3.Tentukan hardenability dari kedua baja AISI 1070 (0.65-0.75%C, 0.60-0.90%Mn, 0.04%P, 0.05%S) dengan 4340 (0.35-0.45%C; 0.60-0.80%Mo; 0.035%P; 0.04%S, 0.15-0.30%Si, 1.65-2.00%Ni, 0.7-0.90%Cr, 0.20-0.30Mo). Apabila AISI 1070 dan 4340 didinginkan dengan oli (lubrication oil dengan SAE 40) yang diberi agitasi masing-masing menghasilkan ASTM Grain size 8 dan 5 pada 90% martensite. 4.Petakan kekerasan atas dan bawah dari struktur mikro martensite, bainite, dan pearlite. Dan jelaskan mengapa terjadi perbedaan semacam itu.

Jawab:

4. Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.

Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 13500, pada fasa ini lah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.

Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan (Equilibrium Phase Diagram).

Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

· Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas

· Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.

· Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik Eutectoid.

· Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan perlit.

· Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit.

· Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro Austenit.

· Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi Austenit.

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

Fig. 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel

Penjelasan diagram:

Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.

· Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.

· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).

· Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

· Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.

· Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

Penjelasan diagram:

Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.

1. A. PENGERASAN PERMUKAAN

a. Karburisasi

Baja karbon rendah dengan kadar karbon C = 0,15 % umumnya dikeraskan melalui proses pencelupan. Selama proses karburisasi kadar karbon lapisan luar dapat ditingkatkan sampai 0,9 – 1,2 % C.

Baja dengan kadar karbon yang berbeda dengan sendirinya memerlukan perlakuan panas khusus mengingat adanya perbedaan suhu kritis pada lapisan-lapisan yang berbeda. Selama proses karburisasi yang cukup lama, terjadi pertumbuhan butir dalam baja, oleh karena itu baja perlu dipanaskan hingga suhu kritis inti, kemudian didinginkan dengan demikian diperoleh inti dengan butir-butir yang halus. Baja kemudian di panaskan diatas suhu transformasi lapisan luar, AC1. Kemudian dicelup untuk memperoleh lapisan keras dan halus. Suhu yang lebih rendah ini disebabkan oleh karena suhu austenisasi baja

hipereutektoid sedikit diatas suhu kritis. Bila diperlukan dapat dilakukan perlakuan panas lanjut untuk menghilangkan tegangan.

b. Karbonitriding

Karbonitriding, sianida kering atau nikarbing adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Dapat digunakan gas ammonia atau gas yang kaya akan karbon. Lapisan yang tahan aus mempunyai ketebalan antara 0,08 sampai 0,75 mm. Keuntungan karbonitridng ialah bahwa kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan baja yang relatif murah.

c. Cyniding

Cyniding atau karbonitriding cair merupakan proses dimana terjadi absorpsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

Benda yang dikeraskan dimasukkan ke dalam dapur yang mengandung garam cynida natrium, suhunya sedikit di atas daerah Ac1. Lama pemanasan tergantung pada permukaan yang akan dikeraskan. Benda kemudian dicelupkan ke dalam air atau minyak untuk mendapatkan permukaan yang keras. Tebal lapisan berkisar antara 0,10 sampai 0,40 mm. Cyniding terutama diterapkan untuk perlakuan panas bagian-bagian yang kecil.

d. Nitriding

Proses nitriding adalah salah satu proses pengerasan permukaan. Disini digunakn bahan dan suhu pemanasan yang berlainan. Logam dipanaskan sampai sekitar 510 oC di dalam lingkungan gas amonia selama beberapa waktu. Nitrogen yang diserap oleh logam akan membentuk nitrida yang keras yang tersebar merata pada permukaan logam.Pada Nitriding cair (liquid nitriding) digunakan garam cynida cair sedang suhunya dipertahankan di bawah daerah transformasi. Penyerapan nitrogen lebih mudah sedang karbon yang menyerap lebih sedikit dibandingkan dengan proses cyaniding atau karburisasi. Dapat dicapai ketebalan antara 0,03 sampai 0,30 mm.Pada sebagian besar logam, dislokasi bergerak bila gaya mencapai nilai tertentu hingga menimbulkan deformasi. Pentingnya dislokasi tidak dapat disangkal lagi, karena semua sifat mekanik logam dapat dijelaskan dengan dislokasi. Dislokasi dapat bergerak bebas dalam kisi kristal atau terpaku disuatu tempat.

e. Flame Hardening

Flame hardening adalah proses pemanasan permukaan yang menggunakan nyala api oxyacetylene untuk pemanasan permukaan logam. Proses ini hanya dapat dilakukan untuk logam yang mengandung kadar karbon tinggi atau sedang. Dasar penyalaan nyala api sama dengan pengerasan induksi yaitu pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan

permukaan tebal lapisan yang mengeras tergantung pada kemampu pengerasan bahan, karena selam pemanasan tidak ada penambahan unsure-unsur lain. Pada alat dipasangkan juga aliran pendingin sehingga setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan langsung disemprot dengan air.. Metode ini mempunyai beberapa keuntungan antara lain ekonomis, mudah dalam pengoperasian, aplikatif serta waktu pengerasan yang singkat. Dasar pengerasan nyala adalah sama dengan pengerasan induksi yaitu pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan tebal lapisan yang mengeras tergantung pada kemampuan pengerasan bahan, karena selama proses pengerasan tidak ada penambahan unsur-unsur lainnya. Pemanasan di lakukan dengan nyala oksiasitelin yang dibiarkan memanasi logam sampai suhu kritis. Pada alat dipasangkan juga aliran pendingin sehingga setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan langsung disemprot dengan air. Bila dikendalikan dengan baik, bagian-bagian dalam tidak terpengaruh. Tebal lapisan yang keras tergantung pada waktu pemanasan dan suhu nyala.

B. Pengerasan Induksi

pengerasan induksi mungkin adalah metode yang paling efektif. Dalam hal ini jenis perlakuan panas kimia dari komponen logam menjadi faktor penentu dalam pengerasan atau pendinginan logam. Sebelum memulai proses penting untuk mencatat suhu optimum yang perlu disampaikan untuk itu, juga, jika logam rawan pendinginan terlalu cepat. Sebagian besar, proses ini digunakan untuk mengeraskan baja dan paduan baja. Proses ini melibatkan pemanasan logam dengan inducting suhu tinggi untuk itu dan akibatnya pendinginan dengan pelarut, sehingga inti dari logam tetap lunak memberikan fleksibilitas, sementara permukaan menjadi keras. Tujuannya adalah untuk secara signifikan meningkatkan daya tahan logam dan untuk membuat mereka cocok untuk digunakan dalam produksi pegas, roda gigi, dan poros untuk industri berat.

Pada prinsipnya, ada dua cara untuk melakukan proses pengerasan induksi, penyusuran proses pengerasan dan single-shot proses pengerasan. Dalam proses pengerasan melintasi benda logam yang harus diperlakukan panas dilewatkan melalui kumparan induksi beberapa kali dalam satu rangkaian, sementara pendinginan semprot sekaligus digunakan untuk lapisan permukaan logam dengan cairan pelarut. Proses pengerasan ini digunakan di industri untuk memproduksi berbagai poros logam type benda seperti komponen kemudi, poros alat kekuasaan, dan drive shaft. Juga, proses ini merupakan instrumen dalam pembuatan benda logam yang memiliki tepi tajam, seperti pisau mesin pemotong rumput bawah, pisau gergaji besi, pisau kertas, dan pisau kulit. Cincin memadamkan digunakan dalam proses ini sebagai bagian integral dari sistem.

C.Pengerasan Termal

Tujuan pengerasan termal adalah membentuk struktur martensite/ bainit yang memiliki kekerasan tinggi. Pengerasan termal terdiri dari tiga tahapboperasi yaitu;a. Pemanasan ( heating ) meliputi :Preheating, Final heating, Soaking /holding.Preheating.

Pada saat logam/ material mengalami preheating, kondisi material akan mengalami pemuaian.Final heating.Fasa struktur mikro material bertransformasi baja mengalami penyusutan.Holding.Pada saat mencapai temperatur austenisasi, pada material sebagian telah bertransformasimembentuk fasa dan sebagian masih fasa karbida sisa dan fasa lain. Setelahberakhirnya proses holding diharapkan semua bagian didalam baja mempunyai fasa struktur mikro tunggal yang stabil, baja menjadi sangat lunak.b. Quenching adalah suatu proses pendinginan cepat dengan media pendingin yang bertujuan untuk mendapatkan nilai kekerasan optimum dari baja ( struktur martensit ).