BAB IIDASAR TEORI2.1 Material Rem Kereta ApiDalam industri otomotif sebenarnya ada dua hal yang paling penting yaitu bagaimana meningkatkan performa mesin dan sistem pengereman. Di kalangan pecinta kereta api masalah sistem pengereman sangat sering dibicarakan. Mulai dari aspek teknis, sampai aspek lain yang berhubungan dengan keamanan dan kenyamanan berkereta api. Hampir semua kereta api yang sekarang operable di Indonesia menggunakan sistem rem angin westinghouse (ada juga varian knorr) untuk pengereman seluruh rangkaian kereta api. Selain itu, di dalam sistem lokomotif sendiri juga terdapat independent brake (yang hanya bekerja untuk pengereman lokomotif).

Gambar 2.1 Kampas rem kereta api dari gray iron

Pada dasarnya, sistem rem di kereta api cukup sederhana. Untuk membuka rem hingga sepatu rem tidak menekan roda, maka dalam pipa saluran angin sepanjang kereta api diisi tekanan udara, tekanan ini mengisi tabung reservoir di tiap-tiap gerbong melalui sebuah katup yang disebut triple-valve. Melalui sebuah kompresor, katup ini akan terus mengisi reservoir untuk menjaga tekanan udara di pipa saluran. Begitu tekanan di pipa saluran dikurangi, maka katup akan membuat udara dalam reservoir menekan silinder rem. Semakin mendadak pengurangan tekanan yang ada dalam saluran, maka penekanan silinder rem akan semakin kuat.Sistem ini, kebalikan dari rem angin pada truk dan bus. Pada truk, silinder ditekan dengan memberikan tekanan angin atau oli secara langsung. Dibuat kebalikan dari rem angin pada truk atau bus supaya kereta api fail safe, misalnya rangkaian terputus, otomatis pipa antar rangkaiannya juga lepas, tekanan akan berkurang mendadak dan rangkaian akan mengerem darurat.Sistem westinghouse sebenarnya relatif aman, tetapi kalau tidak hati-hati akan berbahaya, misalnya sewaktu menggandeng rangkaian semua reservoirnya kosong, atau katup antar gerbong lupa di buka, sementara masinis menduga kalau saluran angin sudah terisi, akibatnya waktu akan mengerem rangkaian pasti masinis akan terkejut. Maka dari itu sekarang kita sering melihat (terutama di stasiun pemberangkatan awal) ada petugas yang membawa manometer untuk mengecek ke rangkaian paling belakang dan melakukan pengecekan apakah saluran anginnya sudah penuh terisi oleh kompresor yang dilakukan lokomotif.Maka dari itu kereta api memerlukan rem yang bagus. Kampas rem yang bagus membutuhkan bahan atau material yang bagus pula. Ada beberapa macam bahan pembuat kampas rem kereta api salah satunya dengan menggunakan besi cor. Besi cor yang biasa digunakan pada bahan rem kereta api adalah besi cor dari jenis gray iron[1].

2.2 Besi CorBesi cor adalah kelas paduan besi dengan kandungan karbon diatas 2,14%, pada aplikasinya hampir sebagian besar besi cor mengandung antara 3,0 dan 4,5% C dan juga dengan elemen paduan lainnya. Pada pemeriksaan ulang dari diagram fasa Fe-Fe3C menunjukkan bahwa paduan dengan rentang komposisi ini menjadi benar-benar cair pada temperatur antara sekitar 1150 dan 1300C (2100 dan 2350F) yang jauh lebih rendah daripada baja. Dengan demikian, besi cor dengan mudah meleleh dan siap untuk dilakukan pengecoran. Selain itu, beberapa besi cor sangat getas dan pengecoran menjadi teknik fabrikasi yang paling sesuai.

Gambar 2.2 Diagram fasa Fe-Fe3C

Sementit (Fe3C) adalah senyawa metastabil dan dalam kondisi tertentu dapat dibuat untuk memisah atau terurai membentuk ferit dan grafit sesuai dengan reaksi

Dengan demikian, diagram kesetimbangan untuk Fe-C bukan yang ditunjukkan pada gambar 2.2, melainkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Kedua diagram yang hampir identik pada sisi yang kaya akan besi (misal, temperatur eutektik dan eutektoid untuk sistem Fe-Fe3C adalah 1147dan 727C, masing-masing dibandingkan dengan 1153 dan 740C untuk Fe-C). Namun, gambar 2.3 diperpanjang hingga 100% C menunjukkan bahwa grafit merupakan fasa yang kaya akan karbon, dibandingkan dengan sementit pada 6,7% C yang ditunjukkan gambar 2.2.

Gambar 2.3 Diagram fasa kesetimbangan Fe-C dengan grafit

Kecenderungan untuk membentuk grafit disebabkan oleh komposisi dan laju pendinginan. Formasi grafit terbentuk karena adanya unsur silikon dalam campuran yang jumlahnya lebih besar dari 1%. Laju pendinginan yang lebih lambat selama proses solidifikasi juga mempengaruhi grafitisasi (pembentukan grafit). Untuk kebanyakan besi cor, keberadaan karbon adalah berupa grafit dan keduanya memiliki struktur mikro dan sifat mekanis yang bergantung terhadap komposisi dan perlakuan panas[2].

2.3 Klasifikasi Besi CorBesi cor dapat diklasifikasikan berdasarkan atas kemampuan besi cor untuk menghasilkan grafit (graphitization potential) pada saat proses solidifikasi. Setelah proses solidifikasi ini akan dihasilkan struktur mikro dari besi cor yang bervariasi. Dari struktur mikro yang dihasilkan tadi akan diketahui jenis besi cor tersebut[3].

Gambar 2.4 Klasifikasi besi cor berdasarkan struktur mikro dan proses pembuatan2.4 Komposisi Kimia Besi CorTabel 2.1 Komposisi Kimia Besi CorBesi CorKomposisi (%)

Karbon(C)Silikon(Si)Mangan(Mn)Fosfor(P)Sulfur(S)

Gray (FG)2,5-4,01,0-3,00,2-1,00,002-1,00,02-0,25

Compacted Graphite (CG)2,5-4,01,0-3,00,2-1,00,01-0,10,01-0,03

Ductile (SG)3,0-4,01,8-2,80,1-1,00,01-0,10,01-0,03

White1,8-3,60,5-1,90,25-0,80,06-0,20,06-0,2

Malleable (TG)2,2-2,90,9-1,90,15-1,20,02-0,20,02-0,2

Kadar karbon dan silikon sendiri akan mempengaruhi sifat dan kegunaan dari besi cor termasuk juga dalam proses penggrafitan. Hal ini dapat terjadi karena karbon dan silikon akan mempromosikan terbentuknya grafit di dalam besi cor bila kadarnya ditingkatkan sampai kadar tertentu. Di dalam besi cor, karbon akan bersenyawa dengan besi membentuk karbida atau dalam keadaan bebas sebagai grafit. Grafitisasi adalah proses dimana karbon yang terikat di dalam besi yang disebut sementit (Fe3C), berubah menjadi karbon bebas[4].

2.5 Diagram FasaTelah diketahui bahwa banyak macam ataupun struktur yang mungkin terjadi pada suatu paduan. Karena Sifat suatu bahan banyak tergantung pada jenis jumlah banyaknya dan bentuk dari fasa yang terjadi. Karena itu perlu diketahui pada kondisi bagaimana suatu fasa dapat terjadi dan pada kondisi bagaimana suatu fasa akan terjadi.Sejumlah besar data mengenai perubahan fasa dari berbagai sistem paduan telah dikumpulkan dan dicatat dalam bentuk diagram atau yang dikenal dengan digram fasa yang juga disebut diagram kesetimbangan.

2.5.1 Allotropi pada besiAllotropi atau lebih lengkapnya dikenal dengan transformasi allotropi adalah perubahan suatu bentuk kristal ke bentuk kristal yang lain pada keadaan padat. Besi dikenal sebagai salah satu logam yang mempunyai sifat allotropi, memiliki tiga macam modifikasi allotropi. Besi murni dalam keadaan lebur didinginkan akan mulai membeku pada temperatur 1535oC menjadi besi delta dengan struktur BCC. Pada 1400oC akan mengalami transformasi allotropi menjadi gamma () dengan struktur FCC. Besi gamma () ini tetap stabil sampai temperatur 910C dimana terjadi lagi transformasi allotropi menjadi alpha () non magnetik dengan struktur BCC.Pada pendinginan selanjutnya sudah tidak lagi terjadi fasa. Pada 768C terjadi perubahan dari non magnetik menjadi magnetik, tetapi tidak terjadi perubahan struktur kristal, tidak terjadi perubahan fasa. Pada setiap kali terjadi perubahan ditandai dengan adanya pemberhentian penurunan temperatur (tampak sebagai garis yang mendatar, ini berarti perubahan fasa berlangsung secara isothermal).

Gambar 2.5 Kurva pendinginan besi murni

Semua proses transformasi tersebut berlangsung dengan adanya difusi, karena itu semua proses transformasi ini memerlukan waktu dan selama itu akan dikeluarkan sejumlah panas laten, sehingga temperatur tertahan tidak menurun.Kemampuan untuk melarutkan karbon akan berubah dengan berubahnya temperatur. Keadaan ini merupakan hal penting pada besi / baja terutama pada proses perlakuan panasnya.Semua proses transformasi tersebut berlangsung dengan adanya difusi, karena itu semua proses transformasi ini memerlukan waktu dan selama itu akan dikeluarkan sejumlah panas laten, sehingga temperatur tertahan tidak menurun.Kemampuan untuk melarutkan karbon akan berubah dengan berubahnya temperatur. Keadaan ini merupakan hal penting pada besi / baja terutama pada proses perlakuan panasnya[5].

2.5.2 Diagram Fasa Kesetimbangan Besi KarbonSistem paduan besi karbon adalah sebagai dasar untuk mengetahui sifat-sifat paduan dari besi (baja dan besi tuang). Diagram kesetimbangan besi karbon ditunjukkan pada gambar 2.6. Besi murni berasal dari sebelah kiri diagram dan sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67% C terletak disebelah kanan diagram. Sementit adalah suatu senyawa kimia antara besi (Fe) dan karbon dari temperatur yang terbentuk pada pendinginan cepat cairan besi karbon bertemperatur tinggi. Sebelum mencapai fasa kesetimbangan, susunan struktur ini tidak stabil. Apabila paduan besi karbon ini didinginkan secara perlahan, karbon bebas atau grafit akan terpisah dari cairan. Susunan kristal-kristal lebih stabil setelah mencapai fasa kesetimbangan.Jadi ada dua versi diagram kesetimbangan besi karbon:1. Diagram metastabil untuk sistem besi sementit (garis penuh).2. Diagram stabil untuk besi karbon (garis putus-putus).

Gambar 2.6 Diagram kesetimbangan besi-carbon

a. Bagian atas diagramPembekuan dari cairan besi karbon mulai pada garis ABCD (garis liquidus), di atas garis liquidus (daerah 1) paduan dalam keadaan cair dan homogen. Kristal-kristal dari larutan padat karbon dalam besi delta memisah sepanjang garis liquidus AB. Komposisinya ditunjukkan oleh garis AH. Titik H menunjukkan maksimum kelarutan dari karbon (0,1%) dalam besi delta pada temperatur 1490C. Reaksi kimianya berlangsung sepanjang garis HJB pada temperatur yang konstan yaitu 1490C antara kristal-kristal besi delta dan karbon (titik H) dan cairan mengandung 0,5% karbon (titik B). Reaksi ini menghasilkan austenit yaitu larutan padat dari karbon dalam besi gamma. Kandungan karbon dari austenit yang terbentuk sepanjang garis HJB adalah 0,18% (titik J) maksimum kelarutan karbon dalam austenit adalah 2% pada temperatur 1130C (titik E). Kristal-kristal austenit dari berbagai kandungan dari 0,18% sampai 2% memisah dari cairan sepanjang garis BC.Pembekuan sempurna dari paduan ini sepanjang garis HJEC (Solidus). Paduan yang mengandung 0,18% sampai 2% karbon membeku sepanjang garis HJE dan yang mengandung 2% sampai 4,3% karbon akan menjadi padat sempurna pada garis EC. Semua cairan akan menjadi padat pada temperatur 1140C. Pada saat yang bersamaan kristal-kristal austenit yang mengandung 2% C (titik E) dan sementit yang mengandung 6,67% C (garis F) memisah. Kristal-kristal austenit dan sementit membentuk campuran eutektik yang dikenal sebagai ledeburit (titik C). Jadi, di bawah garis EC paduan yang telah beku terdiri dari austenit dan ledeburit.Paduan eutektik pada titik C mengandung 4,3% C membeku pada temperatur konstan 1130C dengan susunan hanya ledeburit. Ledeburit mempunyai kekerasan yang tinggi (700 HB) dan rapuh. Pada temperatur antara 1130C - 723C ledeburit adalah campuran butir-butir atau serpihan-serpihan austenit dan sementit, di bawah 723C terdiri dari butiran-butiran atau serpihan-serpihan demerilit dan pengurai austenit.Pembekuan paduan yang mengandung 4,3% C sampai 6,67% C mulai sepanjang CD dengan pemisahan sementit (Fe3C) primer dari cairan. Sementit sangat keras dan rapuh, kekerasannya sampai 650 HB.Apabila telah dicapai CF, cairan yang tersisa akan mencapai komposisi eutektik (4,3% C) dan membeku pada temperatur yang konstan yaitu 1130C, antara garis liquidus ABCD dan solidus AHJECF (daerah II dan III) paduan besi karbon berisi dua fasa padat dan cair, jumlah fasa padat bertambah dengan menurunnya temperatur. Dalam paduan yang mengandung sampai 4,3% C (paduan hipoeutektik) komposisi fasa padat berubah sepanjang garis AHJE dan fasa cair sepanjang garis ABC.Paduan tipe ini akan terdiri dari kristal-kristal austenit dan fasa cair pada daerah antara garis liquidus dan garis solidus (II).Pada paduan yang mengandung 4,3% sampai 6,67% C (paduan hipereutektik) komposisi dari fasa cair berubah sepanjang garis DC dengan penurunan temperatur, sedang fasa padat sesuai dengan komposisi sementit. Antara garis liquidus dan garis solidus paduan ini terdiri dari kristal-kristal sementit primer dan fasa cair (III).b. Bagian bawah diagramPembahasan selanjutnya adalah transformasi yang terjadi pada paduan yang telah membeku di bawah garis solidus AHJECF, ini dapat dijelaskan sebagai berikut:1. Bila temperatur turun, besi berubah dari satu bentuk allotropi ke bentuk allotropi yang lain (besi gamma besi alpha).2. Kelarutan karbon di dalam besi gamma dan besi alpha apabila besi terun.Paduan besi-karbon hipoeutektik dengan kandungan karbon sampai 2% di daerah di bawah garis solidus AHJE, tetapi di atas garis GOSE hanya terdiri dari austenit. Dalam pembekuan paduan yang mengandung kurang dari 0,8% C di bawah garis GOS austenit terurai dengan pemisahan ferit. Ferit adalah larutan padat karbon dalam besi alpha. Pada temperatur kamar ferit mengandung 0,066% C, maksimum kadar karbon dalam ferit adalah 0,05% pada 723C (titik P). Pada 723C (titik S) dan pada kandungan karbon 0,8% austenit terurai dengan pemisahan serempak ferit dan sementit, dimana bentuk campuran eutektik ini disebut dengan perlit.Di bawah mikroskop terlihat sebagai campuran yang rapat dari serpih-serpih sangat tipis atau butir-butir halus dari sementit dan ferit, perlit dapat berbentuk serpih atau butir.Paduan yang mengandung 0,8% C (titik S) disebut paduan eutektoid. Pada pembekuan paduan eutektoid di bawah 723C, semua austenit berubah menjadi perlit. Paduan sebelah kiri titik S disebut juga baja hipoeutektoid, sedangkan sebelah kanan 2% C disebut baja hipereutektoid. Bila paduan hipereutektoid didinginkan di bawah garis SE, austenit terurai dengan pemisahan sementit. Sementit ini disebut sementit sekunder atau sementit proeutektik yang mengandung 6,67% C, konsentrasi karbon dalam austenit yang tertinggal berubah secara kontinyu sepanjang garis SE sampai pada komposisi titik S (0,08%) pada temperatur 723C, di bawah garis ini austenit yang tersisa berubah menjadi perlit. Jadi hanya austenit yang ditemukan dalam baja hipoeutektik sampai (0,8% C) pada temperatur di atas garis GOS, yaitu daerah IV. Di bawah garis GOS tetapi di atas PSK (daerah VIII) paduan terdiri dari austenit dan sementit proeutektik antara garis ES yang menentukan karbon dalam besi gamma dan garis PSK yaitu daerah V. Di bawah garis perlit dan ferit (daerah IX) dan paduan yang mengandung 0,8% sampai 2% C (daerah X) terdiri dari sementit proeutektik dan perlit. Paduan yang mempunyai kandungan karbon dari 2% sampai 4,3% terdiri dari austenit, sementit proeutektik dan ledeburit di bawah garis EC tetapi di atas PSK (daerah VI). Bila paduan ini didinginkan di bawah garis PSK (daerah XI) butir-butir austenit berubah menjadi perlit, sementit proeutektik dan ledeburit. Paduan dari komposisi eutektik (titik C) hanya terdiri dari ledeburit di bawah garis PSK, yaitu daerah VIII. Struktur yang sama terdapat di bawah garis PSK, pada daerah XII.Garis PQ pada bagian kiri bawah diagram menunjukkan pengurangan kelarutan karbon dalam besi alpha (ferit) dengan menurunnya temperatur. Sementit tersier memisah dari ferit dan sementit tersier. Paduan dalam daerah QPG hanya terdiri dari ferit.

2.5.3 Proses Pembekuan Besi CorStruktur besi cor ditentukan oleh komposisi dari besi (Fe) dan karbon (C), perubahan fasa dan struktur besi cor akan terjadi selama proses pendinginan. Sebagai ilustrasi, misalnya besi cor dengan kandungan karbon 3% berat yang diinginkan sampai temperatur kamar seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.7

Gambar 2.7 Proses pembekuan besi cor

Proses pembentukan struktur mikro paduan dapat diuraikan sebagai berikut:1. Pendinginan dimulai dari titik a, dimana pada titik ini mulai terbentuk kristal-kristal dendrit austenit seperti ditunjukkan pada gambar 2.7 (a). Fasa padat austenit ini mempunyai kandungan karbon pada titik e dan cairan pada titik f.2. Selanjutnya austenit mulai didinginkan sampai titik b, kandungan karbon ada pada titik E dan cairan pada titik C, pada temperatur eutektik yang konstan kira-kira 1145C. Cairan yang tersisa akan mulai membeku. Butir-butir kristal dari pembekuan larutan sisa ini akan berupa campuran potongan-potongan halus dari grafit dan austenit seperti ditunjukkan dalam gambar b. Ini disebut kristal eutektik dan tiap butir eutektik yang muncul sedikit demi sedikit dalam larutan sisa sel eutektik. Sel ini akan terus tumbuh dan bersentuhan dengan tetangganya. Selain berupa campuran antara austenit dan grafit, kristal eutektik dapat berupa campuran antara austenit dengan karbida besi (Fe3C). Jika bentuk pertama yang muncul besi cair akan membeku sebagai gray iron atau ductile iron. Sedangkan jika muncul austenit dan Fe3C maka akan terbentuk besi cor putih. Kecenderungan pembentukan grafit ini dipengaruhi oleh faktor-faktor penggrafitan seperti kandungan unsur silikon yang tinggi dan laju pendinginan baik cepat maupun pendinginan lambat.3. Pendinginan selanjutnya antara titik b dan titik c, akan membuat struktur eutektik sedemikian rupa sehingga kandungan-kandungan paduan akan membeku serempak dari fasa cair dan bisa dikatakan dua fasa tercampur halus. Cabang-cabang grafit tumbuh secara radial bersama-sama dengan pertumbuhan eutektik dan struktur dendrit austenit menjadi tidak jelas sehingga akhirnya struktur menjadi austenit dengan grafit yang tersebar seperti ditunjukkan pada gambar C.4. Pada saat temperatur mencapai 727C, larutan padat austenit akan terurai menjadi fasa padat yaitu ferit dan karbida besi Fe3C, gejala ini disebut transformasi eutektoid. Kedua fasa tersebut akan membentuk lapisan tipis yang bertumpuk bergantian yang disebut perlit, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.7 (d). Jika laju pendinginan diperkecil maka austenit akan terurai menjadi ferit dan grafit. Sedangkan pendinginan pada temperatur kamar tidak menghasilkan perubahan yang berarti[6].

2.6 Struktur Mikro Besi CorBesi cor dapat dilaku panas agar diperoleh struktur mikro dan sifat yang diinginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan tersebut dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan pendinginan pada temperatur tertentu. Jika permukaan dari suatu spesimen besi cor disiapkan dengan cermat dan struktur mikronya diamati dengan menggunakan mikroskop, maka akan tampak bahwa besi cor tersebut memiliki struktur yang berbeda-beda. Jenis struktur yang ada sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia dari besi cor dan jenis perlakuan panas yang diterapkan pada besi cor tersebut. Struktur yang akan ada pada suatu besi cor adalah grafit, ferit, perlit, austenit bainit, stedit, martensit dan sementit[7].

2.6.1 GrafitGrafit adalah salah satu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh, mempunyai kekerasam Brinell HB kira-kira 1, kekuatan tariknya kira-kira 2kgf/mm2 dan berat jenisnya kira-kira 2,2. Dalam struktur besi cor biasa 85% dari kandungan karbon berbentuk sebagai grafit. Dalam struktur mikro, ada berbagai bentuk dan ukuran dari potongan-potongan grafit, yaitu halus dan besar, serpih atau asteroid, bergumpal atau bulat.Keadaan potongan-potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat mekanik besi cor. Sebagai contoh gray iron yang mengandung 3,6% karbon dan 2,1% silikon, mempunyai grafit serpih dengan dengan kekuatan tariknya sebesar 18 kgf/mm2, sedangkan besi cor bergrafit bulat mempunyai komposisi karbon dan silikon yang sama mempunyai kekuatan tarik sebesar 55 sampai 70 kgf/mm2. Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan bentuk dari potongan-potongan grafit, dimana serpih-serpih grafit mengalami pemusatan tegangan pada ujungnya apabila ada suatu gaya yang bekerja tegak lurus pada arah serpih. Sedangkan grafit bulat tidak mengalami hal tersebut, gambar 2.8 menunjukkan berbagai bentuk dari grafit pada besi cor berdasarkan penggolongan oleh ASTM A247-67.

Gambar 2.8 Klasifikasi beberapa bentuk grafit

Bentuk-bentuk grafit yang ditunjukkan pada gambar 2.8 dapat dijelaskan sebagai berikut:I. Grafit flake (serpih)Dapat terbentuk pada laju pendinginan lambat. Gray iron mempunyai bentuk grafit ini. Strukturnya biasanya dikelilingi oleh matrik ferit atau perlit.

II. Grafit intermediate (antara)Dijumpai pada besi cor yang mengandung unsur timbal atau titanium.III. Grafit serpih quasiTerbentuk jika ada penambahan unsur magnesium terlalu sedikit pada pembuatan ductile iron.IV. Grafit agregatTerdapat pada besi cor mampu tempa/malleable yang dihasilkan dari perlakuan panas terhadap besi cor putih atau white cast iron.V. Grafit bulat terbukaTerjadi pada pembuatan ductile iron yang kurang sempurna karena terdapatnya kotoran atau mineral kasar yang tidak diinginkan.VI. Grafit bulatTerdapat pada ductile iron, terjadi karena penambahan unsur magnesium dan cerium[8].

2.6.2 FeritLarutan padat karbon dan unsur paduan lainnya pada Body Center Cubic (BCC) disebut ferit. Ferit terbentuk pada proses pendinginan yang lambat dari austenit baja hipoeutektoid pada saat mencapai A3. Ferit bersifat sangat lunak, ulet dan memiliki kekerasan sekitar 50-100 BHN dan memiliki konduktifitas yang tinggi.Jika Austenit didinginkan di bawah A3, austenit yang memiliki kadar C yang sangat rendah akan bertransformasi ke ferit (yang memiliki kelarutan C maksimum sekitar 0,025% pada temperatur 523C) [7].

Gambar 2.9 Mikrostruktur ferit

2.6.3 PerlitPerlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 10-30 HRC. Jika baja eutektoid (0,8% C) di austenisasi dan didinginkan dengan cepat ke suatu temperatur dibawah A1, misalnya ke temperatur 500C dan dibiarkan pada temperatur tersebut sehingga terjadi transformasi isotermal, maka austenit akan mengurangi dan membentuk perlit melalui proses pengintian (nukleasi) dan pertumbuhan. Perlit yang terbentuk berupa campuran ferit dengan sementit yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun bergantian.Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak. Penurunan temperatur lebih lanjut waktu inkubasi yang diperlukan untuk transformasi ke perlit makin pendek dan kekerasan yang dimiliki oleh perlit lebih tinggi. Pada baja hipoeutektoid (kadar karbonnya kurang dari 0,8%) struktur mikro besi akan terdiri dari daerah-daerah perlit yang dikelilingi oleh ferit. Sedangkan pada baja hipereutektoid (kadar karbonnya lebih dari 0,8%), pada saat didinginkan dari austenitnya, sejumlah sementit proeutektoid akan terbentuk sebelum perlit dan tumbuh di bekas batas butir austenit[7].

Gambar 2.10 Mikrostruktur perlit

2.6.4 AustenitDalam besi cor, austenit bisa diartikan sebagai solutan dari karbon dan bentuk Face Centered Cubic (FCC) pada temperatur tinggi dari besi yang terjadi selama proses pensolutan dan yang mengalami proses pendinginan berubah menjadi perlit, ferit atau dua pencampuran. Austenit sebagai sebuah mikrostruktur pada temperatur ruangan, hanya didapat pada besi cor yang khususnya dicampur dengan nikel untuk mendapatkan austenit pada suhu ruangan.Berdasarkan pengertian secara struktural diatas, besi cor dapat mengandung inklusi non metalik. Ada beberapa sulfida utama dari mangan dan besi dari sulfur yang terkandung dan besi silika dan mangan yang terbentuk dari reaksi oksigen.

Gambar 2.11 Mikrostruktur austenit

2.6.5 BainitBainit merupakan fasa yang kurang stabil (metastabil) yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke martensit. Sebagai contoh jika baja eutektoid yang diaustenisasi didinginkan dengan cepat ke temperatur sekitar 250-500C dan dibiarkan pada temperatur tersebut, hasil transformasinya adalah berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit tetapi bukan perlit.Struktur tersebut dinamai bainit. Kekerasannya bervariasi antara 45-55 HRC tergantung pada temperatur transformasinya. Ditinjau dari temperatur transformasinya, jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut Upper Bainite sedangkan jika terbentuk pada temperatur yang lebih rendah disebut sebagai Lower Bainite. Struktur upper bainite seperti perlit yang sangat halus sedangkan lower bainite menyerupai martensit temper[7].

Gambar 2.12 Mikrostruktur bainit

2.6.6 SteditStedit disisihkan dalam bentuk luar biasa dalam matrik perlit. Stedit ialah sistem eutektik terner dari besi , sementit (Fe3C) dan fosfida besi (Fe3P) yang sangat keras. Titik cairnya 950C, sehingga cenderung untuk tersisih di daerah pembekuan akhir. Kadang-kadang besi cor dibuat supaya mempunyai kandungan fosfor yang tinggi untuk mendapatkan ketahanan aus yang tinggi[6].

Gambar 2.13 Mikrostruktur stedit

2.6.7 MartensitMartensit merupakan fasa larutan padat dari karbon yang lewat jenuh pada besi alfa () sehingga latis-latis sel satuannya terdistorsi. Sifatnya sangat keras dan diperoleh jika besi dari temperatur austenitnya didinginkan dengan laju pendinginan kritiknya.Dalam paduan besi karbon dan baja, austenit merupakan fasa induk dan bertransformasi menjadi martensit pada saat pendinginan. Transformasi ke martensit berlangsung tanpa difusi sehingga komposisi yang dimiliki oleh martensit sama dengan komposisi austenit, sesuai dengan komposisi paduannya sel satuan martensit adalah Body Center Tetragonal (BCT). Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal. Kelarutan karbon dalam BCC menjadi lebih besar jika terbentuk martensit, dan hal inilah yang menyebabkan timbulnya tetragonalitas (BCT). Makin tinggi konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang tersisih sehingga efek tetragonalitasnya makin besar.Pembentukan martensit berbeda dengan pembentukan perlit dan bainit, dan secara umum tidak tergantung pada waktu. Dari diagram transformasi, terlihat martensit mulai terbetuk pada temperatur Ms. Jika pendinginan dilanjutkan, akan bertransformasi ke martensit. Makin rendah temperaturnya, makin banyak austenit yang bertransformasi ke martensit dan pada titik Mf pembentukan martensit berakhir. Pada contoh ini, martensit mulai terbentuk pada temperatur sekitar 200C (Ms) berakhir pada temperatur sekitar 29C yaitu pada saat martensit hampir mencapai 100%. Bahwa pembentukan martensit tidak tergantung pada waktu dijelaskan dengan adanya garis horisontal pada diagram TTT/CTT. Pada 100C sekitar 90% martensit telah terbentuk dan perbandingan ini tidak akan berubah terhadap waktu sepanjang temperaturnya konstan.Awal dan akhir dari pembentukan martensit sangat tergantung pada komposisi kimia dari besi dan cara mengaustenisasi. Pada besi karbon, temperatur awal dan akhir dari pembentukan martensit (Ms dan Mf) sangat tergantung pada kadar karbon. Makin tinggi kadar karbon suatu besi makin rendah temperatur awal dan akhir dari pembentukan martensit tersebut terlihat bahwa untuk besi dengan kadar karbon lebih dari 0,5% transformasi ke martensit akan selesai pada temperatur dibawah temperatur kamar. Dengan demikian, jika kadar karbon melampaui 0,5%, maka pada temperatur kamar akan terdapat martensit dan austenit sisa. Makin tinggi kadar karbon, pada besi akan makin besar jumlah austenit sisanya. Untuk mengkonversi austenit sisa menjadi martensit, kepada besi tersebut harus diterapkan proses sub-zero treatment.Struktur martensit tampak seperti jarum atau pelat-pelat halus. Halus kasarnya pelat atau jarum tergantung pada ukuran butir dari austenit. Jika butir austenitnya besar maka martensit yang akan diperoleh menjadi lebih kasar. Pembentukan martensit diiringi juga kenaikan volume spesifik sekitar 3%. Hal inilah yang menyebabkan mengapa timbul tegangan pada saat dikeraskan. Tegangan yang terjadi dapat menimbulkan distorsi dan bahkan dapat menyebabkan timbulnya retak. Penyebab tingginya kekerasan martensit adalah karena latis besi mengalami regangan yang tinggi akibat adanya atom-atom karbon. Berdasarkan hal ini, kekerasan martensit sangat dipengaruhi oleh kadar karbon. Kekerasan martensit berkisar antara 20-65 HRC. Makin tinggi kadar karbon dalam martensit, makin besar distorsi yang dialami oleh latis besi dalam ruang dan mengakibatkan makin tingginya kekerasan martensit[7].

Gambar 2.14 Strukturmikro martensit

2.6.8 SementitSementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai karbida besi dengan rumus kimianya Fe3C (prosentase karbon pada sementit adalah sekitar 6,65%). Sel satuannya adalah ortorombik dan bersifat keras dengan harga kekerasannya sekitar 65-68 HRC. Pada struktur hasil anil karbida tersebut akan berbentuk bulat dan tertanam dalam matrik ferit yang lunak dan dapat berfungsi sebagai pemotong geram sehingga dapat meningkatkan mampu mesin dari besi yang bersangkutan[7].

Gambar 2.15 Strukturmikro sementit

2.7 Pengaruh Unsur-Unsur Kimia pada Struktur Besi CorUnsur paduan besi cor, setelah proses-proses metalurgi yang membentuknya, selain unsur karbon sebagai paduan utama, masih mengandung berbagai unsur yang masing-masing memiliki pengaruh terhadap struktur mikronya, pengaruh-pengaruh tersebut dapat saling menguatkan maupun melemahkan. Secara umum unsur-unsur tersebut adalah Silikon (Si), Mangan (Mn), Fosfor (P), Sulfur (S), Magnesium (Mg), Tembaga (Cu), Nikel (Ni), Chrom (Cr), Aluminium (Al) dan unsur lainnya dalam jumlah sangat sedikit serta senyawa-senyawa bukan logam lainnya baik berwujud sulfida, oksida maupun silikat.Unsur-unsur tersebut baru akan memberikan manfaat terhadap kualitas paduan besi cor bila terpadu dalam suatu komposisi yang harmonis serta penyebaran yang merata. Unsur-unsur inilah yang bertanggung jawab atas perbedaan kualitas paduan besi cor yang sama namun melalui proses yang berbeda, misalnya pengecoran[6].

2.7.1 Karbon dan Silikon (C dan Si)Kandungan-kandungan yang memberikan pengaruh besar pada bahan adalah karbon dan silikon. Untuk mendapat struktur yang terbaik, kandungan karbon harus ada pada daerah yang cocok, yang berubah menurut kandungan silikon. Silikon menggalakkan penggrafitan dan silikon yang banyak cenderung untuk membuat gray iron.

2.7.2 Mangan (Mn)Mangan tidak memberikan pengaruh yang sungguh sungguh pada struktur kecuali untuk kandungan silikon yang rendah. Mangan sendiri mencegah pengrafitan yang menggalakan kestabilan sementit dan larut di dalamnya. Mangan membentuk butir butir halus yang perlitis dan mencegah pengendapan ferit, sehingga dikehendaki penambahan mangan untuk mendapat struktur yang hanya perlit dan grafit.

2.7.3 Fosfor (P)Fosfor dalam besi cor terutama berbentuk stedit ( kristal eutektik dan fosfida besi ). Fosfor sendiri mencegah pengendapan grafit, dan kalau kandungannya lebih dari 1 % sementit kasar timbul pada ledeburit. Struktur ini tidak menjadi halus meski dibawah pendinginan cepat. Pertambahan kandungan fosfor mengurangi kelarutan karbon dan memperbanyak sementit pada kandungan karbon yang tetap, sehingga struktur menjadi keras, sementit sukar terurai.

2.7.4 Sulfur (S)Belerang mengurangi kelarutan karbon dalam besi cair, dan dalam hal ini menggalakan penggrafitan, tetapi kenyataannya menambah belerang akan mengurangi grafit dan cenderung untuk membentuk besi cor putih. Kecuali dalam kasus adanya mangan, belerang cenderung untuk membentuk sulfida besi dan menggalakan pembentukan besi cor putih yang kadang kadang menyebabkan bintik bintik keras.

2.7.5 Magnesium (Mg)Magnesium adalah metode yang paling umum diterima untuk mendapatkan grafit bulat baik hipo atau hipereutektik analisis. Mekanisme dimana magnesium menyebabkan terbentuknya grafit bulat tidak diketahui, namun fungsi penambahan magnesium sangat diketahui.

2.7.6 Pengaruh Unsur-Unsur LainSebagai tambahan kepada unsur-unsur yang disebut di atas, unsur-unsur yang menggalakkan penggrafitan adalah tembaga, nikel dan aluminium, dan unsur-unsur yang mencegah ialah chrom, molibden dan seterusnya[6]..

2.8 Compacted Graphite IronBentuk grafit dari compacted graphite iron lebih komplek. Pengamatan melalui mikroskop elektron pada partikel matrik compacted graphite iron yang dietsa tampak pada gambar 2.16.a terlihat bahwa matrik compacted graphite iron berkelompok dan bersinggungan di bawah sel eutektik.Optik metalografi klasik pada gambar 2.16.b menunjukkan grafit yang sama dengan grafit tipe IV ASTM A247, compacted graphite Iron tampak lebih tebal dan flake grafit yang lebih pendek. Pada umumnya compacted graphite iron yang dapat diterima sekurang-kurangnya 80% grafitnya adalah vermicular, 20% grafit spheroidal dan tidak ada flake grafit.

Gambar 2.16.a Pengamatan mikroskop elektron pada partikel matrik compacted graphite iron yang dietsa. Perbesaran 200X

Gambar 2.16.b Pengamatan mikroskop optik klasik

Morfologi grafit ini memberikan penggunaan yang lebih baik pada matrik, menghasilkan tegangan listrik yang lebih tinggi dan lebih liat dari gray iron[4].2.8.1 Komposisi KimiaCakupan muatan karbon dan silikon yang dapat diterima untuk produksi compacted graphite iron lebih luas. Namun demikian, karbon ekivalen (CE) optimum harus dipilih sebagai fungsi ketebalan dengan tujuan untuk menghindari pengapungan karbon ketika CE digunakan terlalu tinggi atau cenderung pendinginan mendadak yang berlebihan ketika CE yang digunakan terlalu rendah. Muatan Mn bisa bervariasi antara 0,1% - 0,6%, tergantung apakah struktur ferit ataukah perlit yang diinginkan. Kandungan fosfor sebaiknya dijaga di bawah 0,06% untuk memperoleh keuletan maksimum dari matrik.

Gambar 2.17 Kisaran optimum muatan karbon dan silikon compacted graphite iron

Kedudukan awal sulfur harus di bawah 0,025%, meskipun secara teknis untuk memproduksi compacted graphite iron dari besi dasar dengan tingkat sulfur yang lebih tinggi sekarang sudah tersedia. Sisa sulfur setelah peleburan sekitar 0,01-0,02%.Perubahan morfologi grafit dari gray iron di dalam besi dasar menjadi compacted graphite iron di dalam besi akhir dicapai dengan peleburan dengan sedikit perbedaan unsur. Unsur-unsur ini antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan alumunium.Compacted graphite iron mempunyai kecenderungan feritisasi yang kuat. Tembaga, tin, molybdenum dan bahkan alumunium dapat digunakan untuk menaikkan rasio perlit atau ferit[4].

2.8.2 Pembuatan Compacted Graphite IronProses pembuatan compacted graphite iron tidak jauh berbeda dengan pembuatan ductile iron. Keduanya dibuat dari bahan dasar gray iron yang dicairkan dan mengalami penambahan paduan Fe-Si-Mg, hanya saja prosentase penambahannya berbeda. Hal ini disebabkan karena bentuk grafit dari compacted grahite iron terletak diantara gray iron dan ductile iron. Dengan demikian paduan Fe-Si-Mg yang diberikan lebih sedikit jika dibandingkan dengan ductile iron. Gambar 2.18 menunjukkan pengaruh residual magnesium terhadap bentuk grafit gray iron, compacted graphite iron dan ductile iron[4].

Gambar 2.18 Pengaruh residual magnesium terhadap bentuk grafit

2.9 AustemperingAustempering dapat diterapkan untuk beberapa besi cor yang harus memiliki ketangguhan dan keuletan tertentu. Komponen yang mengalami proses ini akan memiliki ketangguhan yang lebih tinggi, kekuatan impaknya menjadi lebih baik, batas lelahnya dan keuletannya meningkat dibanding dengan kekerasan yang sama hasil dari proses quench konvensional.Austempering dilakukan dengan cara mengquench besi cor dari temperatur austenisasinya ke dalam garam cair yang temperaturnya sedikit di atas temperatur Ms (Martensite start) nya. Lama penahanan di dalam cairan garam adalah sehingga seluruh austenit bertransformasi menjadi bainit. Setelah itu besi cor didinginkan di udara sampai ke temperatur kamar seperti yang terlihat pada gambar 2.19 dengan waktu penahanan bervariasi 5 sampai dengan 30 menit atau 1 jam pada temperatur austempering 250-270C. Tetapi temperatur perlakuan dan lama penahanan yang tepat harus ditentukan dari diagram transformasi yang sesuai dengan besi cor yang akan di austempering.

Gambar 2.19 Diagram temperatur austempering terhadap waktu

Kekerasan bainit yang diperoleh dari transformasi pada suatu kondisi tertentu secara kasar identik dengan kekerasan martensit yang ditemper pada temperatur yang sama. Kekerasan bainit dipengaruhi oleh komposisi kimia besi cor dan oleh temperatur cairan garam dengan demikian proses austemper dapat di atur dengan cara mengatur temperatur austemper.Austempering dilaksanakan dalam tungku garam agar pengontrolan temperaturnya dapat dilakukan dengan cermat sehingga kekerasan yang akan dihasilkannya memiliki tingkat kehomogenan yang tinggi. Jika temperatur tungku garam makin rendah, kapasitas pendinginannya akan semakin tinggi. Penambahan 1-2% air dapat meningkatkan kapasitas pendinginan dari cairan garam pada temperatur 400C dan kira-kira 4 kali lebih besar dari pada air garam yang digunakan 45-55% Natrium Nitrat dan 45-55% Kalium Nitrat. Garam-garam ini mudah larut dalam air sehingga mudah sekali untuk membersihkan spesimen. Garam ini secara efektif digunakan pada rentang temperatur 200-500C.Delay Quenching adalah istilah yang diterapkan pada proses quenching dimana komponen setelah dikeluarkan dari tungku pada temperatur pengerasannya dibiarkan beberapa saat sebelum di quench. Ini dimaksudkan agar proses quench terjadi pada temperatur lebih rendah sehingga memperkecil kemungkinan timbulnya distorsi.Tujuan utama dari proses pengerasan adalah agar diperoleh struktur martensit yang keras, sekurang-kurangnya di permukaan besi cor. Hal ini dapat dicapai jika menggunakan media quenching yang efektif sehingga besi cor didinginkan pada suatu laju yang dapat mencegah terbentuknya struktur yang lebih lunak seperti perlit dan bainit.Pemilihan umum quenching untuk mengeraskan besi cor tergantung pada laju pendinginan yang diinginkan agar dicapai kekerasan tertentu. Fluida yang ideal untuk mengquench besi cor agar diperoleh struktur martensit harus bersifat:1. Mengambil panas dengan cepat di daerah temperatur yang tinggi agar pembentukan perlit dapat dicegah.2. Mendinginkan spesimen relatif lambat di daerah temperatur yang rendah; misal di bawah temperatur 350C agar distorsi atau retak dapat dicegah.Terjadinya retak panas atau distorsi selama proses quench dapat disebabkan oleh kenyataan bagian luar spesimen lebih dingin dibanding bagian dalam, dan bagian permukaan adalah yang pertama mencapai kondisi quench sedangkan bagian di sebelah dalamnya mendingin dengan laju pendinginan yang relatif lebih lambat. Adanya perubahan volume di bagian tengah sebagai hasil proses pendinginan akan menimbulkan tegangan termal atau retak-retak di luar bagian spesimen. Karena itu spesimen disarankan tidak boleh terlalu cepat melampauidaerah pembentukan martensit dan agar sedikit diluangkan waktu untuk menghilangkan tegangan.Media quenching dengan garam disebut dengan Salt Bath. Campuran nitrat dan nitrit terutama digunakan untuk mengquench spesimen pada temperatur yang relatif rendah. Garam-garam tersebut dapat digunakan pada rentang temperatur 150-500C. Pada temperatur di atas 500C dapat menyebabkan oksidasi yang kuat dan menyebabkan pitting pada permukaan besi cor, disamping dapat menimbulkan ledakan. Karena itu perlu diperhatikan agar temperatur kerja dari garam tidak dilampaui. Seperti yang diperlihatkan pada tabel garam-garam untuk proses quench di bawah ini[7]:Tabel 2.2 Garam-Garam Untuk Proses QuenchKomposisi GaramTitik Cair (C)Rentang Operasi (C)

40-50% NaNO2 + 50-60% NaNO3143160-500

40-50% NaNO3 + 50-60% KNO3225230-550

100% KNO3337350-500

100% NaNO3370400-600

50% BaCl + 20% NaCl + 30% KCl540570-900

80% NaOH + 20% KOH + ^H2O140160-200

40-50% KOH + 50-55% NaOH400300-400

45-55% CaCl2 + 25-30% BaCl2 + 15-25% NaCl530550-650

2.10 Austempered Compacted IronAustempered Compacted Iron (ACI) dibuat pada proses yang terdiri dari 2 langkah, yaitu besi cor dan pembekuan besi cor harus menyajikan karbida dalam matrik dan besi cor austemper menunjukkan kekerasan, keausan dan ketahan abrasi yang sangat baik. Dengan menggunakan proses pengecoran konvensional, hal ini memungkinkan untuk mengkontrol jumlah karbida (Fe3C) yang terdapat dalam matrik serta jenis matriknya (perlit atau ferit). Hal ini menunjukkan langkah-langkah yang dibutuhkan untuk mendapatkan ACI dengan fraksi terkontrol dari karbida yang kemudian di austemper untuk membentuk matrik ausferit termasuk karbida yang tidak larut diendapkan dari proses pengecoran.Metode yang paling umum adalah melalui kontrol dari komposisi kimia (unsur paduan) dan dengan mengendalikan jumlah Mn dalam besi cor. Tujuan dari pengujian ini adalah:a. Untuk menghasilkan grafit vermicular dengan sisa Mg yang memadai untuk menghindari adanya grafit nodular.b. Untuk mendapatkan sebagian kecil dari karbida mulai dari 10 sampai 25% dalam matrik dengan menambahkan Mn. Karbida ini harus cukup stabil untuk menghindari pelarutan mereka saat austempering.c. Untuk mengevaluasi perilaku perlakuan austempering.Dahulu, keberadaan karbida sepenuhnya tidak diperhitungkan dan dihindari pada compacted dan ductile irons. Sekarang, pengontrolan jumlah karbida memperbaiki dalam abrasi dan penggunaan properties pada besi dan oleh sebab itu, sebuah penerapan baru dari materi-materi ini muncul, seperti bola pabrik, komponen mesin pertambangan, peralatan traktor dan lainnya.

2.11 PengujianPengujian dilakukan untuk mengetahui komposisi ataupun mechanical properties dari suatu material yang dibuat. Dalam melakukan pengujian tentunya didasarkan atas aturan ataupun prosedur dalam melakukan pengujian, ada beberapa standar pengujian yang digunakan yaitu antara lain standar ASTM (American Standard Testing and Material), JIS (Japanese Industrial Standard) maupun standar pengujian yang lainnya. Pengujian yang dilakukan akan dibagi menjadi empat, yaitu pengujian komposisi, pengujian Metalografi, pengujian kekerasan dan pengujian keausan.

2.11.1 Pengujian KomposisiSpark Source Mass Spectrometry (SSMS) merupakan teknik analisa yang banyak digunakan untuk mendapatkan informasi mengenai unsur paduan dan konsentrasinya didalam material dengan menggunakan percikan elektron yang dihasilkan. Percikan elektron ini dihasilkan dalam keadaan vakum oleh elektroda untuk menghasilkan ion positif dari material kemudian di pisahkan sesuai dengan panjang gelombang dan intensitasnya, kemudian spektrum masa ini diterima oleh lempengan fotografi atau diukur menggunakan detektor ion elektronik. Setelah material dikenai elektron, ion positif yang dihasilkan akan terpantul dan ditangkap oleh Difracting Grating yang akan mengindikasikan panjang gelombang sebagai unsur yang terkandung didalam material dan Photomultiplier yang mengindikasikan intensitas gelombang sebagai besaran prosentase unsur yang terkandung.Pada ruang katoda, katoda diselimuti oleh gas argon yang berfungsi untuk mensterilkan material dari gangguan udara, gas argon dipilih karena sifatnyayang susah atau tidak bereaksi dengan keadaan sekitarnya bila dibandingkan gas inert lainnya.(dieter)

Gambar 2.20 Alat uji komposisi Spectrometer

2.11.2 Pengujian MetalografiMetalografi merupakan bagian dari ilmu material yang mempelajari struktur logam dan paduan logam. Penggunaannya meliputi mengidentifikasi material logam dan paduan, menganalisa proses pembuatan material, menentukan fasa-fasa dalam material, menentukan lokasi dan mengkarakteristik cacat yang terjadi pada material, seperti kekosongan dan ketidakmurnian material, mempelajari kerusakan dan penurunan sifat dari daerah yang mengalami kegagalan, metode yang dipakai dalam mengevaluasi disebut mikroskopi. Struktur mikro dapat terlihat dengan memberikan larutan kimia pada permukaan spesimen. Kereaktifan kimia dari butiran-butiran tergantung pada orientasi kristal. Larutan kimia ini akan bereaksi dengan butiran-butiran dari spesimen sehingga fasa-fasa yang ada dapat terlihat dengan jelas melalui pantulan butiran yang tertangkap mikroskop.

Gambar 2.21 Alat uji Metallographic Microscope

2.11.3 Pengujian KekerasanKekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi dari material lain, atau dapat juga di katakan sebagai ketahanan terhadap suatu deformasi. Berdasarkan pembebanan pengujian kekerasan di bagi menjadi 2 macam yaitu tipe statik dan dinamik, pada umumnya yang banyak di gunakan adalah pengujian tipe static dimana material uji di lakukan indentasi oleh indentor yang berupa intan atau bola baja dengan beban tertentu. Sedangkan tipe dinamik yaitu beban yang di jatuhkan bebas untuk memberikan impak terhadap spesimen uji.Ada 3 metode yang biasanya di gunakan untuk mengetahui nilai kekerasan suatu material yaitu:1. Kekerasan goresan (scratch hardness)Pengujian kekerasan dengan metode goresan ini banyak di gunakan oleh para ahli material, dimana skala yang di gunakan meliputi 10 skala dengan nilai kekerasan tertinggi adalah intan yaitu 10. Kekurangan dari metode gores ini adalah skala yang di berikan kurang akurat karena hanya ada 10 skala kekerasan saja.2. Kekerasan lekukan (indentation hardness)Dari ke tiga macam model pengujian kekerasan metode lekukan lah yang paling banyak di gunakan,pengujian kekerasan ini meliputi:a. Metode Brineelb. Metode Rockwellc. Metode Rockwell Superficiald. Metode Vickerse. Microhardness Testerf. Metode Meyerg. Metode Durometer Hardness3. Kekerasan pantulan (rebond/dynamic hardness)Pada pengujian kekerasan dinamik, biasanya penumbuk di jatuhkan ke permukaan logam dan kekerasan di nyatakan oleh energy tumbukanya. Skeleroskop Shore (shore scleroscope), yang merupakan contoh paling umum dari suatu alat penguji kekerasan dinamik mengukur kekerasan yang dinyatakan dengan tinggi lekukan atau tinggi pantulan. Standar yng di gunakan pada metode shore scleroscope adalah ASTM E 448. Metode kekerasan shore scleroscope di tunjukkan dengan angka yang di berikan oleh tingginya ujung palu kecil setelah di jatuhkan dalam tabung gelas dengan ketinggian 10 inch (254 mm) terhadap permukaan benda uji. Pada gambar 2.22 di bawah ini di tunjukkan alat uji kekerasan jenis micro hardness.

Gambar 2.22 Alat uji keras Micro Hardness

2.11.4 Pengujian KeausanSalah satu fenomena fisika yang sangat menarik dan penting dalam sistem pengereman adalah gaya gesek. Gaya gesek adalah gaya perlawanan yang di berikan oleh suatu benda terhadap benda lain yang bersentuhan dengan benda tersebut. Menurut gerakanya gaya gesek di bedakan menjadi gerakan rolling (perputaran) dan sliding (pergeseran). Gaya gesek yang terjadi pada sistem pengereman adalah antara gaya lateral dengan permukaan 2 dengan bentuk berpasangan yaitu cembung (brake shoes) dan cekung (drum) pada rem tromol dan datar pada rem cakram . Pada tahun 1490 Leorardo da Vinci menemukan bahwa ketika gaya normal pada balok meningkat maka gaya gesek juga akan meningka. Penemuan awal oleh Leonardo da Vinci ini kemudian di sempurnakan oleh Amoton dengan merumuskan Hukum Gesekan Amoton yang berbunyi:1. Gaya gesek secara langsung tegak lurus terhadap gaya normal.2. Gaya gesek tidak bergantung pada daerah yang tampak.3. Gaya gesek tidak bergantung pada kecepatan sliding.Kemudian ketiga hukum gesekan ini dapat di aplikasikan pada berbagai bidang, kecuali pada kasus tertentu yang membutuhkan penelitian yang lebih mendalam. Hukum yang pertama dapat di gambarkan sebagai berikut:F = W..............................(2.1)Dimana:F= Gaya gesek (Newton)= Koefisien gesekW= Gaya normal (Newton)Hukum yang pertama ini juga berlaku untuk permukaan yang tidak di lumasi. Koefisien gesek suatu material secara efektif adalah konstan meskipun beban yang di berikan di variasikan dengan factor kali yang mendekati . Hukum gesek pertama ini berlaku untuk sebagian besar logam dan beberapa material lainya, kecuali polymer.Berdasarkan penelitian gaya yang di butuhkan untuk memulai pergeseran suatu benda selalu lebih besar daripada untuk mempertahankan pergeseran tersebut,fenomena ini di ilustrasikan dalam gambar 2.23 di bawah ini. Benda sebelum bergerak memerlukan 2 orang untuk menggeser dan setelah bergerak hanya membutuhkan satu orang saja. Oleh karena itu koefisien gesek statik () lebih besar daripada koefisien gesek dinamik (). Hubungan antara gaya normal () dan gaya lateral () dapat di rumuskan secara matematika sebagai berikut: = ..............................(2.2)Dimana:= Gaya gesekFN= Gaya normalFL= Gaya lateral

Gambar 2.23 Prinsip gaya gesek

Setiap gesekan pasti akan menimbulkan dua hal yaitu yang pertama panas dan yang ke 2 adalah keausan, di dalam tugas akhir ini kami menguji laju keausan material komposit brake shoes berbahan biji kapuk. Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah dengan pengujian laju keausan.Pengujian laju keausan dilakukan menggunakan mesin Ogoshi High Speed Universal Wear Testing (Type OAT-U) seperti yang terlihat pada gambar 2.24.

Gambar 2.24 Mesin Ogoshi High Speed Universal Wear Testing (Type OAT-U)Pengujian laju keausan dinyatakan dengan kehilangan/pengurangan spesimen tiap satuan luas bidang kontak dan lama pengausan. Laju keausan dinyatakan dengan:Wearrate = ..............................(2.3)Dimana:Wearrate= Laju keausan (mm2/kg)B= Tebal cincin (mm)b= Lebar alur jejak keausan (mm)r= Jari-jari cincin (mm)x= Jarak luncur (m)