2.1 paduan intermetalik - perpustakaan digital...

Bab II Tinjauan Pustaka 5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Paduan Intermetalik 2.1.1 Definisi

Salah satu jenis material yang menjadi perhatian para peneliti adalah material

untuk kebutuhan dalam kondisi temperatur tinggi. Dalam lingkungan dengan

temperatur tinggi, beberapa sifat material yang khas diperlukan. Sifat-sifat

material yang diperlukan untuk penggunaan dalam temperatur tinggi itu

diantaranya adalah[7] :

1. Titik lebur tinggi

Titik lebur material harus melebihi temperatur operasi

2. Stabilitas struktur mikro

Struktur mikro menunjukan sifat-sifat dari paduan logam. Kestabilan

struktur mikro menunjukan kestabilan sifrat paduan tersebut

3. Ketahanan lingkungan

Ketahanan terhadap lingkungan operasi diperlukan karena beberapa

kondisi memerlukan suatu karakter yang spesifik untuk material,

mengurangi proses pabrikasi dan perawatan, serta untuk menghemat biaya

4. Ketahanan creep

Creep atau perayapan adalah deformasi terus menerus pada beban konstan

di bawah tegangan luluhnya. Ketahanan perayapan ini biasanya menjadi

hal sangat diperhatikan dalam material untuk penggunaan dalam

temperatur tinggi.

5. Ketahanan lelah (fatigue dan thermal fatigue)

Diperlukan untuk perlakuan siklik (termal dan mekanik).


Sebenarnya jenis material yang paling cocok untuk lingkungan dengan temperatur

tinggi adalah superalloy atau paduan super. Hanya saja paduan super ini tergolong

mahal dari segi proses pembuatan maupun dari material-material yang di

tambahkan ke dalam paduan. Keadaan ini menjadi pemicu bagi para peneliti

untuk mengembangkan penelitian pada paduan intermetalik.

Salah satu cara mendesain paduan agar dapat membentuk senyawa intermetalik

adalah dengan mengatur komposisi unsur-unsur pemadu, sehingga kekerasan dan

keuletan dari paduan yang diharapkan bisa mencapai kondisi optimalnya masing-

masing.

Pemaduan Fe-Ni dengan Al akan menghasilkan fasa-fasa intermetalik FeAl,

Fe3Al, dan NiAl. Paduan Intermetalik memiliki kelebihan yang menyebabkan

paduan ini mendapat perhatian lebih oleh para peneliti, diantaranya :

1. Memiliki kekuatan tinggi pada kondisi operasi temperatur tinggi

2. Ketahanan oksidasinya meningkat sejalan dengan peningkatan kadar

alumunium.

3. Memiliki struktur kristal order yang menyebabkan paduan ini memiliki

ketahanan creep yang tinggi pada temperatur tinggi.

2.1.2 Analisis Fe, Ni, dan Al

Komposisi paduan dipilih berdasarkan pada beberapa kriteria : Fe sebagai logam

dasar adalah untuk mengurangi biaya pembuatan paduan karena Fe mempunyai

harga yang relatif murah. Penambahan Ni yang mencukupi adalah untuk

memastikan komposisi mikrostruktur terdiri dari fasa β’ dan FCC fasa γ yang

rendah difusifitasnya dibanding BCC fasa α. Sedangkan Al untuk memastikan

volume fraksi yang besar dari fasa ductile untuk mendapatkan keuletan dan

ketangguhan yang cukup.

Fasa β , β’ , dan γ’ dalam Fe-Ni-Al mempunyai sifat umum yang rendah nilai

densitasnya dan mempunyai karakter yang baik untuk pemakaian di temperatur


tinggi seperti kekuatan, ketahanan oksidasi, dan konduktivitas panas. Paduan Fe-

Ni-Al mempunyai potensi untuk mengkombinasikan kekuatan pada temperatur

ruang dan ductility-nya serta berpotensi juga untuk penggunaan pada temperatur

tinggi dikarenakan fasa Ni3Al. Diagram terner Fe-Ni-Al (% berat) ditunjukan

pada Gambar II.1 sedangkan untuk diagram terner Fe-Ni-Al (% atom) ditunjukan

pada Gambar II.2. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, struktur mikro yang

kemungkinan terlihat melalui mikroskop optik ditunjukan pada Gambar II.3

Gambar II.1 Diagram terner Fe-Ni-Al (% berat)[5]


Gambar II.2 Diagram terner Fe-Ni-Al (% atom)[5]

Gambar II.3 Struktur mikro paduan Fe-Ni-Al[5]


2.1.3 Paduan Fe-Ni

Pengembangan superalloy Fe-Ni didasarkan pada baja tahan karat austenitik.

Paduan logam ini memiliki variasi komposisi yang menyediakan beberapa

penguatan, seperti penguatan larutan padat (solid solution strengthening),

penguatan karena endapan (precipitation strengthening) dan penguatan batas butir

(grain boundary strengthening).

Unsur-unsur pemadu biasanya ditambahkan pada paduan Fe-Ni untuk

memperbaiki sifat-sifat paduan ini. Kromium dan alumunium ditambahkan untuk

meningkatakan ketahanan oksidasi, molybdenum dan tungsten untuk

meningkatkan kekuatan paduan melalui mekanisme solid-solution strengthening.

Titanium dan alumunium ditambahkan untuk membentuk senyawa intermetalik

dengan nikel dan memberikan efek penguatan melalui mekanisme precipitation

strengthening. Fasa-fasa yang bisa terbentuk pada paduan Fe-Ni ditunjukan

melalui diagram fasa biner Fe-Ni pada Gambar II.4

Paduan dasar Fe-Ni dapat dibagi menjadi 4 kelas menurut komposisi dan

mekanisme penguatannya, yaitu sebagai berikut[4] :

1. Paduan yang diperkuat oleh endapan γ’ yang order. Lebih jauh paduan ini

dibagi menjadi dua :

a. Paduan kaya Fe dengan kandungan Ni yang relatif rendah (sekitar 25%),

dan mengandalkan penambahan Ti (<2 wt%) untuk membentuk endapan

penguat.

b. Paduan kaya Ni (Ni>40wt%) dengan penguatan larutan padat yang cukup

tinggi dan fraksi volume endapan penguat yang relatif besar.

2. Paduan kaya ni dengan mengandalkan penguatan fasa kedua γ’ (Ni3Cb)

3. Paduan kaya Fe dari sistem Fe-Ni-Co yang diperkuat oleh γ’. Dalam paduan

ini unsur penstabil Ferit Cr dikurangi untuk meningkatkan kestabilan

austenitnya. Resiko dari pengurangain ini adalah menurunnya ketahanan

oksidasi

4. Paduan yang mengandalkan penguatannya pada karbida, ditrida, dan borida


Gambar II. 4 Diagram fasa Fe-Ni[3]

2.1.4 Paduan Fe-Al

Paduan Fe dari paduan Fe-Al digunakan cukup luas karena kombinasi yang baik

dari sifat-sifat mekanik dan magnetik. Disamping aplikasi sebagai material

fungsional paduan Fe-Al juga atraktif untuk diaplikasikan sebagai struktur karena

memiliki ketahanan yang lebih tinggi dibandingkan besi, ketahanan korosi yang

tinggi dan tidak mahal. Paduan biner Fe-Al dengan kandungan Al yang cukup

akan menghasilkan dua fasa order, yaitu DO3 (Fe3Al) dan B2 (FeAl).

Fasa Fe3Al stabil pada temperatur yang lebih rendah, sedangkan fasa Fe-Al stabil

pada temperatur yang lebih tinggi untuk kandungan Al<35%at. Pada temperatur

tinggi, paduan Fe-Al akan membentuk larutan padat dengan struktur kristal BCC

yang disordered. Besi dan alumunium dapat membentuk senyawa intermetalik

dengan sifat yang berbeda-beda yang tergantung terhadap kandungan Al. Dari


diagram biner Fe-Al pada Gambar II.5, empat fasa yang berbeda akan terbentuk,

yaitu[4] :

1. fasa α-fe (A2), larutan padat yang disordered dengan struktur kristal BCC

dan Al dapat terlarut sampai dengan konssentrasi 20%at pada temperature

kamar

2. fasa γ-fe, larutan padat yang disordered dengan struktur kristal FCC dan

Al hanya dapat larut sampai dengan konsentrasi >1,3%at

3. fasa ordered FeAl dengan struktur kristal kubik (B2) mirip seperti CsCl

dan pembentukannya berasal dari transformasi α -fe

4. fasa ordered Fe3Al dengan struktur kristal seperti BiF3 (DO3) dan

pembentukannya melalui transformasi dari fasa FeAl.

Besi aluminide dengan fasa Fe3Al dan FeAl cukup menarik untuk dikembangkan

menjadi kandidat sebagai material temperatur tinggi. Material ini sangat ekonomis

dan mempunyai ketahanan aus yang baik, dan juga memiliki ketahanan oksida,

sulfidisasi dan korosi yang sangat baik.

Paduan intermetalik Fe3Al merupakan material yang menjanjikan untuk

digunakan pada temperatur tinggi karena cost yang rendah, ketahanannya

meningkat dengan meningkatnya temperatur selama masih dibawah temperatur

600oC, disamping ketahanan oksidasi dan sulfidisasi yang sangat baik. Namun,

karena sifat duktilitasnya yang buruk menyebabkan paduan ini kurang dapat

digunakan sebagai material struktur. Masalah ini kemudian diatasi dengan

menambahkan Cr, proses termomekanik atau perlakuan permukaan.

Perkembangan besar telah dilakukan dalam penelitian tentang paduan intermetalik

Fe3Al dalam 10 tahun terakhir. Semua yang dilakukan tersebut bertujuan untuk

mengembangkan paduan intermetalik Fe3Al secara intensif.


Gambar II.5 Diagram fasa Fe-Al[3]

Oksida-oksida yang terbentuk selama proses oksidasi yaitu Fe2O3/

FeAl2O4/Al2O3. Dengan peningkatan kandungan alumunium dalam paduan akan

menyebabkan semakin mudahnya pembentukan lapisan protektif Al2O3 dan akan

menyebabkan paduan yang dihasilkan semakin tahan terhadap oksidasi pada

temperatur tinggi. Penambahan unsur-unsur lain umumnya bertujuan untuk

meningkatkan sifat fisik dari material, seperti kekuatan, ductility, ketahanan

terhadap creep ataupun ketahanan terhadap fatigue.

2.1.5 Paduan Ni-Al

Nikel dan paduan logam dasar nikel menjadi sangat penting penggunaannya

dalam industri modern karena ketahanannya terhadap kondisi operasi yang

dikenakan seperti di dalam lingkungan korosif, temperatur tinggi, tegangan yang

berlebih, dan kombinasi dari faktor-faktor tersebut. Ada beberapa alasan yang

menyebabkan nikel mempunyai kemampuan tersebut. Nikel murni memiliki sifat


ductile dan tangguh karena bentuk kristalnya FCC, nikel mempunyai ketahanan

korosi pada atmosfer normal. Nikel adalah unsur yang serbaguna dan dapat

dipadukan dengan banyak logam yang lain. Kelarutan padat yang sempurna antara

nikel dan tembaga, kelarutan yang besar dengan besi, sehingga nikel dapat

membuat banyak kemungkinan kombinasi paduan. Nikel merupakan logam dasar

yang sangat baik untuk membuat paduan spesial. Fasa intermetalik dapat dibentuk

antara nikel dengan beberapa pemadu yang akan menghasilkan paduan dengan

kekuatan tinggi untuk pemakaian temperatur rendah maupun penggunaan pada

temperatur tinggi.

Penambahan unsur-unsur pemadu (Al dan Ti) mengakibatkan munculnya fasa γ’

[Ni(Al,Ti)] yang koheren sehingga dapat memberikan efek penguatan. Tetapi fasa

γ dan fasa γ’ memiliki parameter kisi yang berbeda. Perbedaan ini menghasilkan

regangan koheren yang dapat menghalangi pergerakan dislokasi sehingga

menghasilkan pengerasan presipitat. Unsur-unsur seperti kromium dan

alumunium yang ditambahkan, bertujuan untuk meningkatkan proteksi terhadap

hot corrosion dan oksidasi temperatur tinggi.

Prinsip utama yang penting yaitu bahwa semua material yang diekspos ke

lingkungan temperatur tinggi secara kimia strukturnya dinamis dan tidak stabil.

Fasa-fasa yang ada secara tetap bereaksi dan berinteraksi. Fasa-fasa yang dapat

muncul berdasarkan diagram fasa biner Ni-Al yang ditunjukan melalui gambar

II.6 yaitu matriks γ, endapan γ’ dan karbida[7].

a. Matrik Austenik (γ)

Matriks austenik γ memiliki struktur kristal FCC (face centered cubic),

merupakan larutan padat yang terdiri dari Ni sebagai unsur utama dan unsur

terlarut. Dari analisa fasa paduan superalloy Ni yang kompleks disimpulkan

bahwa unsur-unsur utama pembentuk larutan padat matriks γ adalah Co, Fe, Cr,

Mo, W, V, Ti, dan Al. Unsur-unsur ini meningkatkan kekuatan paduan dengan


cara menghambat pergerakan dislokasi. Penguatan terjadi karena distorsi kisi dan

perubahan modulus geser akibat adanya atom-atom terlarut.

b. Fasa Gamma Prime (γ’)

Endapan senyawa A3B FCC (γ’) pada superalloy austenitik merupakan suatu

senyawa yang sangat menguntungkan meskipun pada dasarnya kegunannya

dibatasi pada matriks nikel tinggi. Pada dasarnya formula endapan γ’ ialah

senyawa Ni3Al. Senyawa ini memiliki struktur kristal FCC dimana atom nikel

menempati posisi bagian muka atom dan atom Al menempati posisi sudut

(corner). Unsur-unsur yang lebih elektronegatif dari Al, seperti titanium, niobium,

dan tantalum akan mensubtitusi unsur Al dalam struktur kristal Ni3Al. Sebaliknya

unsur-unsur yang lebih elektropositif seperti besi, kobalt, akan mensubtitusi nikel.

Berdasarkan diagram fasa biner Ni-Al pada Gambar II.6 terdapat dua jenis

endapan γ’ (Ni3Al) yang mungkin terbentuk. Pertama, γ’ primer yang terbentuk

melalui transformasi cair-padat baik sepanjang garis liquidus maupun melalui

reaksi eutektik. Kedua, γ’ sekunder yang terbentuk melalui transformasi padat

pada temperatur dibawah eutektik. Dalam paduan polikristalin, γ’ primer

umumnya terdistribusi sepanjang dan sekitar batas butir. Sedangkan γ’ sekunder

tersebut tersebar secara homogen didalam matriks dan memiliki distribusi ukuran

relatif homogen.

c. Karbida

Berbagai jenis karbida dengan struktur dan morfologi yang berbeda dapat muncul

dalam superalloy nikel tergantung pada komposisi paduannya. Tiga jenis utama

karbida yang sering muncul dalam superalloy nikel adalah MC, M23C, M6C,

dimana M mewakili satu atau lebih logam. Perlakuan panas dan kondisi operasi

juga dapat mempengaruhi timbulnya karbida karbida tersebut.


Gambar II.6 Diagram fasa Al-Ni

Oksidasi paduan Ni-Al akan menghasilkan oksida oksida yang terbentuk antara

lain kerak NiO/NiAl2O4/Al2O3.

2.1.6 Pengaruh Penambahan Al Pada Paduan Fe-Ni

Penambahan Al dalam paduan Fe-Ni dimaksudkan untuk pembentukan fasa

intermetalik sebagai artikel penguat. Oleh sebab itu, Al mempunyai peranan yang

penting dalam pembuatan paduan ini. Akan tetapi, Al dalam paduan ini

mempunyai batasan tertentu untuk menghindari paduan menjadi getas. Fasa fasa

yang dapat terbentuk dalam paduan Fe-Ni-Al adalah FeAl, NiAl, dan Fe3Al yang

merupakan fasa intermetalik. FeAl dan NiAl memiliki struktur kristal FCC (face

centered cubic) sedangkan Fe3Al memiliki struktur BCC (body centered cubic).

Selain itu, penambahan Al juga untuk meningkatkan ketahanan oksidasi paduan

pada temperatur tinggi melalui pembentukan Al2O3 yang protektif dan stabil. Fasa

intermetalik Fe3Al dan FeAl dalam paduan intermetalik alumida memiliki sifat


yang sangat baik pada temperature tinggi. Kedua paduan tersebut mempunyai

ketahanan oksida yang baik karena mampu membentuk kerak oksida protektif

Al2O3 pada temperature tinggi dan lingkungan yang korosif. Paduan intermetalik

ini menunjukan laju korosi sulfidisasi yang lebih rendah daripada paduan dengan

bahan dasar besi yang lain (termasuk yang telah di coating)

2.2 Pelelehan Pelelehan adalah proses dimana terjadi perubahan fasa dari padat menjadi cair.

Pelelehan biasanya dilakukan untuk merubah bentuk logam dasar. Selain itu juga

pelelehan bertujuan untuk menyatukan beberapa unsur menjadi satu paduan.

Proses pelelehan memerlukan temperatur tinggi, sehingga suatu unsur bisa

melalui titik lelehnya. Tanur adalah tempat untuk mendapatkan kondisi

temperatur tinggi dan tempat melakukan tempat pelelehan.

Dari sudut pandang termodinamika, pada titik leleh, perubahan energi bebas gibs

material adalah nol, karena entalpi dan entropi dari material meningkat. Fenomena

pelelehan terjadi ketika energi bebas Gibbs dari cairan menjadi lebih rendah

daripada kondisi padat material tersebut. Pada beberapa variasi tekanan, hal ini

terjadi pada temperatur spesifik. Persamaannya adalah sebagai berikut :

Dari sudut pandang termodinamika, pada perubahan energi bebas Gibbs (ΔG)

pada material adalah nol, karena entalpi (H) dan entropi (S) dari material

meningkat (ΔH,ΔS > 0). Fenomena pelelehan terjadi ketika energi bebas Gibbs

dari kondisi cairan material menjadi lebih rendah daripada kondisi solid ketika

solid. Pada tekanan yang bervariasi hal ini terjadi pada temperatur yang spesifik.

Hal ini dapat juga terlihat pada :


Dimana :

T = Temperature pada titik leleh

ΔS = Perubahan entropi pelelehan

ΔH = Perubahan entalpi pelelehan

Pada proses pengecoran atau pemaduan, material yang dicor lebih dari satu unsur

yaitu dalam keadaan paduan. Perbedaan karakteristik pembekuan paduan berbeda

dengan logam murni adalah dalam hal :

1. Pembekuan paduan biasanya berlangsung dalam selang temperatur

tertentu

2. Komposisi padatan yang terbentuk pada awal pembekuan berbeda dengan

padatan yang terakhir membeku

3. Mungkin terbentuk lebih dari satu fasa padat yang terpisah dari cairan

2.3 Perlakuan Panas

2.3.1 Definisi

Perlakuan panas atau heat treatment merupakan proses mengubah sifat mekanik

(terutama kekerasan, keuletan, dan ketangguhan) dari material (logam) dengan

memodifikasi struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan laju

pendinginan. Pada akhir proses ini terjadi pengubahan struktur mikro tanpa

adanya pengubahan komposisi dari material.

Penentuan temperatur pemanasan dan laju pendinginan yang diberikan pada

logam, sehingga diperoleh sifat mekanik dan struktur mikro yang diinginkan,

berpedoman pada diagram fasa. Proses pemanasan dalam laku panas tidak boleh

mencapai temperatur melting (garis solidus).

Proses perlakuan panas sangat penting untuk dilakukan mengingat fakta hampir

semua komponen teknik yang terbuat dari logam memerlukan paling tidak satu


tahap/siklus perlakuan panas agar agar diperoleh sifat mekanis yang diperlukan.

Proses ini biasanya diterapkan mendekati suatu pada tahap akhir dari proses

produksi logam. Misalnya adalah barang hasil forging, casting, pressing, dan

pabrikasi perlu dilaku panas sebelum dilakukan proses permesinan.

2.3.2 Tujuan

Adapun tujuan dari perlakuan panas ini adalah :

1. Melunakan-yaitu memperbaiki plastisitasnya dengan cara mengatur ukuran,

bentuk dan distribusi konstituen mikronya

2. Menghilangkan tegangan sisa-yaitu untuk memungkinkan berlangsungnya

relaksasi tegangan tegangan sisa hasil operasi sebelumnya

3. Menghomogenkan yaitu untuk mendapatkan komposisi kimia yang seragam di

setiap bagian material melalui difusi unsur-unsur

4. Meningkatkan ketangguhan (toughness)-yaitu meningkatkan kemampuan

bahan menyerap energi atau menahan tegangan yang tiba-tiba (impak) dalam

selang plastis (atau untuk meningkatkan luas total daerah dibawah kurva

tegangan-regangan)

5. Memperkeras yaitu memungkinkan terjadinya gangguan terhadap pergerakan

dislokasi pada bidang slip dengan cara memodifikasi struktur mikro (cara :

penghalusan ukuran, butiran/grain refinement, quench hardening dan

precipitation hardening)

6. Meningkatkan ketahanan gesek (wear resistance)permukaan logam – yaitu

memperbaiki tahanan gesek permukaan dengan cara mendifusikan unsur-unsur

interstisi seperti karbon dan nitrogen pada permukaan baja (carburizing,

nitridizing, dan lain-lain)

2.3.3 Jenis

Tipe-tipe perlakuan panas ada beberapa macam, diantaranya :

1. Annealing

Merupakan suatu perlakuan panas pada material dengan cara memanaskannya

pada temperature di bawah daerah kestabilan fasa austenit (diatas garis Ac3


dan Acm) selama beberapa waktu lalu kemudian didinginkan secara perlahan

ke temperature kamar. Struktur mikro yang terbentuk setelah proses annealing

terdiri dari ferit perlit. Annealing biasa diterapkan pada material yang

mengalami pengerjaan dingin (cold work). Adapun tujuan dari annealing antara

lain adalah untuk menghilangkan tegangan sisa, melunakan baja, dan

meningkatkan keuletan serta ketangguhan baja.

2. Stress relieving

Perlakuan panas stress relief bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa

yang terbentuk pada saat proses permesinan, pengerjaan dingin, pengelasan,

dan lain-lain. adanya tegangan sisa pada logam dapat mengakibatkan terjadinya

distorsi pada logam atau baja. Oleh karena itu, tegangan sisa ini harus

dihilangkan atau dikurangi. Caranya adalah dengan memanaskan baja hingga

temperatur dibawah temperatur transformasi (Ac1), ditahan selama beberapa

waktu, kemudian setelah itu baja didinginkan menuju temperatur kamar.

3. Normalizing

Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilakukan untuk

menghasilkan ukuran butiran yang halus dan seragam. Selain itu, pada

umumnya baja dinormalisasi untuk menghasilkan struktur mikro ferit dan perlit

yang seragam. Perlakuan panas normalizing terdiri atas proses austenisasi pada

100-150 oF di atas temperatur kritis (garis Ac3 untuk baja hypoeutectoid, Acm

untuk baja hypereutectoid) yang diikuti dengan pendinginan udara (air

cooling). Lama pemanasan pada temperatur austenisasi adalah sekitar satu jam

untuk setiap ketebalan satu inci.

4. Spheroidizing

Untuk menghasilkan baja selunak mungkin, maka baja biasanya dipanaskan

hingga di atas atau di bawah temperatur eutectoid (sekitar 100 oF) kemudian

ditahan selama beberapa waktu. Struktur mikro yang terbentuk terdiri atas

sementit yang berbentuk spheroid (spheroid sementite) di dalam matrik ferit,


untuk menghasilkan struktur sementit yang seragam, maka struktur awal baja

biasanya adalah martensit karena karbon terdistribusi lebih seragam di dalam

martensit dibandingkan pada perlit

5. Hardening

Hardening biasanya dilakukan untuk menghasilkan baja dengan kekerasan dan

kekuatan yang baik. Proses hardening akan mengakibatkan perubahan struktur

kristal baja dari BCC (body center cubic) menjadi FCC (face center cubic).

Perlakuan panas hardening terdiri atas dua tahap utama yaitu austenisasi dan

quenching. Austenisasi merupakan pemanasan baja hingga temperatur

austenitisasi lalu ditahan selama beberapa menit (biasanya 15-45 menit).

Setelah penahanan pada temperatur austenitisasi baja kemudian didingikan

dalam sebuah media pendingin, atau yang lebih dikenal dengan quenching.

Struktur mikro yang terbentuk setelah proses hardening biasanya terdiri atas

karbida, austenit sisa, dan untempered martensite.

6. Tempering

Tempering dibagi menjadi empat tahap berdasarkan temperatur pemanasannya

dan apa saja yang terjadi saat itu. Tahap pertama, pemanasan pada temperatur

80-160 oC. Pada tahap ini terjadi presipitasi fasa karbida dengan karbon tinggi

yang disebut karbida E (Fe2,7C). Konsekuensinya, karbon pada martensit akan

berkurang hingga mendekati 0,3%. Tahap kedua, pemanasan pada temperatur

230-300 oC. Pada tahap ini terjadi pendekomposisian austenit sisa menjadi

bainit, ferit, dan sementit. Namun kadang temperatur tempering tahap dua

dapat lebih tinggi karena austenit sisa yang relatif stabil akibat adnya unsur

paduan penstabil austenit. Tahap ketiga, pemanasan pada temperatur 160-400 oC. Pada tahap ini, terjadi pembentukan dan pertumbuhan sementit (Fe3C).

Karbida E (karbida transisi) dan martensit berubah menjadi sementit dan ferit.

Tahap terakhir, tahap keempat, pemanasan pada temperatur 400-700 oC. Pada

tahap ini terjadi pertumbuhan, pengkasaran dan spheroidisasi sementit.


2.4 Struktur Mikro

2.4.1 Pengertian

Struktur mikro merupakan struktur yang dapat diamati di bawah mikroskop optik.

Meskipun dapat pula diartikan sebagai hasil dari pengamatan menggunakan

scanning electron microscope (SEM). Mikroskop optik dapat memperbesar

struktur hingga 1500 kali.

Untuk dapat mengamati struktur mikro sebuah material oleh mikroskop optik,

maka harus dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut :

1. Melakukan pemolesan secara bertahap hingga lebih halus dari 0,5 mikron.

Proses ini biasanya dilakukan dengan menggunakan ampelas secara bertahap

dimulai dengan grid yang kecil (100) hingga grid yang besar (2000).

Dilanjutkan dengan pemolesan oleh mesin poles dibantu dengan larutan

pemoles.

2. Etsa

Etsa dilakukan setelah memperhalus struktur mikro. Etsa adalah membilas atau

mencelupkan permukaan material yang akan diamati ke dalam sebuah larutan

kimia yang dibuat sesuai kandungan paduan logamnya. Hal ini dilakukan untuk

memunculkan fasa - fasa yang ada dalam struktur mikro.

2.4.2 Metalografi

Metalografi adalah cara untuk melihat struktur mikro dari sebuah paduan.

Metalografi juga dilakukan untuk melihat fasa, persen fasa, ukuran butiran,

pemeriksaan mikro memberikan informasi karakteristik-karakteristik struktural

mikro seperti ukuran butiran, bentuk dan distribusi fasa-fasa kedua dan inklusi-

inklusi non metalik.

Pengetahuan mengenai semua ini memberikan kemungkinan bagi seorang ahli

metalurgi untuk dapat memperkirakan dengan pertimbangan ketepatan sifatsifat

atau perilaku dari logam ketika digunakan untuk tujuan tujuan tertentu. Struktur

mikro dalam batasan tertentu, mampu memberikan sejarah yang hampir lengkap


dari logam tertentu yang telah mengalami perlakuan mekanik maupun perlllakuan

panas.

Di industri industri bahan dan metalurgi, analisis struktur mikro digunakan secara

luas untuk spesifikasi bahan, kendali mutu bahan, evaluasi proses dan analisis

kerusakan logam.

2.4.3 Fungsi struktur mikro

pengamatan struktur mikro dilakukan untuk mengetahui kondisi mikro dari suatu

logam. Pengamatan ini biasanya melibatkan batas butir dan fasa-fasa yang ada

dalam logam atau paduan tersebut.

2.5 Kekerasan

2.5.1 Definisi

Kekerasan adalah salah satu karakter material yang memungkinkan material

tersebut menahan deformasi plastis. selain itu, kekerasan juga diartikan secara

sederhana sebagai ketahanan suatu material terhadap bending, goresan, atau

pemotongan.

Kekerasan bukanlah karakter intrinsik material yang ditentukan oleh definisi unit-

unit fundamental seperti massa, panjang, dan waktu. nilai dari sebuah kekerasan

adalah hasil dari sebuah prosedur pengukuran yang sudah ditentukan.

2.5.2 Uji Kekerasan

kekerasan dari sebuah material sudah sejak lama diuji dengan menunjukan

ketahanan material tersebut terhadap goresan atau pemotongan. misalnya ketika

material a bisa menggores material b, sedangkan material b tidak bisa menggores

material a maka material a didefinisikan lebih keras daripada material b.


kekerasan relatif dari suatu material bisa diperoleh melalui referensi dari skala

mohs. skala mohs menunjukan urutan atau rangking dari kemampuan suatu

material untuk menahan goresan oleh material lainnya. beberapa metode yang

mirip untuk mengukur kekerasan relatif suatu material masih banyak digunakan

saat ini.

Uji untuk mengukur kekerasan relatif seperti yang ditulis diatas, sangat terbatas

pada penggunaan praktisnya dan tidak menunjukan hasil yang akurat. selain itu,

dengan semakin bervariasinya material sekarang, parameternya menjadi bias.

metode yang biasa digunakan untuk mendapatkan nilai kekerasan dengan

mengukur kedalaman atau luas area hasil indentation yang membekas oleh sebuah

indenter dengan bentuk yang spesifik, dengan kekuatan spefisik dan waktu yang

spesifik juga.

Ada tiga prinsip standar metode tes untuk menunjukan hubungan antara kekerasan

ukuran impression, yaitu brinell, vickers, dan rockwell. Untuk praktik dan alasan

kalibrasi, tiap metode ini dibagi atau dibedakan kedalam tiga rentang skala, yang

didefinisikan oleh kombinasi beban yang diberikan dan geometri indenter.

2.5.3 Uji Kekerasan Mikro

Uji kekerasan mikro atau microhardness test didefinisikan secara umum sebagai

tes kekerasan terhadap material dengan beban yang rendah. selain itu,

microhardness berarti kekerasan material tersebut sangat kecil dibandingkan

bebannya. Istilah lain untuk microhardness ini adalah microindentation hardness

testing. dalam test ini, indenter intan dengan bentuk spesifik ditekan pada

permukaan spesimen yang diuji dengan menggunakan ukuran beban yang sudah

ditentukan atau diketahui.

Ada dua uji kekerasan mikro yang paling umum, uji vickers dan uji knoop. dalam

uji microindentation, nilai kekerasan diukur berdasarkan indent yang berbekas

atau terbentuk di permukaan spesimen yang di uji. Nilai kekerasan didasarkan


pada area permukaan dari indent itu dibagi oleh beban yang diberikan dan

satuannya kgf/mm².

Knoop hardness number (KHN) adalah rasio dari beban yang diberikan kepada

indenter, P (kgf) terhadap daerah yang diproyeksikan (unrecovered projected

area) A (mm2). Skema indentasi knoop ditunjukan pada Gambar II.7

KHN = F/A = P/CL2

Dimana :

F = beban yang diberikan (kgf)

A = daerah yang diproyeksikan (unrecovered projected area of the indentation)

(mm2)

L = panjang diagonal hasil indentasi (mm)

C = 0.07028 = konstanta dari indenter terhadap area yang diproyeksikan terhadap

nilai dari panjang diagonal

Gambar II.7 Skema Indentasi Knoop[11]

Nilai dari vickers adalah beban yang diberikan (kgf) dibagi oleh area permukaan

dari indentasi (mm2).

Pada uji vickers, kedua diagonal diukur dan nilai yang digunakan untuk

perhitungan nilai piramida vicker adalah nilai rata-rata diagonal tersebut.


Sedangkan dalam uji knoop, hanya diagonal yang paling panjang yang diukur,

dan kekerasan knoop diukur berdasarkan area yang ditargetkan oleh indent dibagi

oleh beban yang diberikan. satuannya juga kgf/mm². Skema indentasi vickers ini

ditunjukan pada gambar II.8

Gambar II.8 Skema Indentasi Vickers[11]

Dimana :

F= Beban dalam kgf

d = Rata-rata jarak dua diagonal, d1 dan d2 dalam mm

HV = Nilai kekerasan vickers

Prosedur uji mikroindentasi vickers sama dengan uji makroindentasi vickers

dengan menggunakan piramida yang sama. Uji knoop menggunakan piramid yang

diperpanjang untuk indent sampel material. piramida yang dipanjangkan akan

menghasilkan impression yang dangkal, sehingga akan sangat menguntungkan

dalam mengukur kekerasan sebuah material yang brittle atau komponen yang

tipis. Indenter knoop dan vickers diharuskan untuk di poles dulu di permukaannya

agar menghasilkan hasil yang akurat.

2.1 paduan intermetalik - perpustakaan digital...

Documents