BAB II

TEORI DASAR

l.Baja

Ada beberapa hal yang menyebabkan baja banyak digunakan oleh manusia,

antaralain :

1. Jumlahnya di alarn cukup melimpah.

2. Mempunyai sifat mekanik ( kekuatan, keuletan ,dll) cukup baik.

3.Mudah dikerjakan baik dengan proses forming maupun machining,

sehingga mudah dibuat barang yang berguna bagi manusia

4.Harganya relatif murah

Baja merupakan paduan , yang terdiri dari besi, karbon dan unsur lainnya.

Sifat baja ditentukan oleh besamya kadar karbon , disamping juga unsur

paduannya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran maupun penempaarL Karbon

merupakan unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan

baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalan teknik, dalam

bentuk plat, lembaran, pipa, batang, profil dan sebagainya. Beberapa pengunaan

baja khususnya plain carbon steel dapat dilihat pada gambar 2.1 :

DEAO MILO MILO MEDIUM CAPSOM

2 - 3 •* - 5 - 6 -7 - 8 1 - t . I . O l - l 1 . 2

rtofin.it

Gambar 2.1 .Mikrostruktur,siiat mekanis dan penggunaan plain carbon steel

(sebelum proses perlakuan panas )

Selain itu perlu juga diketahui struktur mikro dari baja yang dapat dilihat pada

diagram ekuilibrium Fe-Fe3C ( gambar 2.2.)

The iron-carbon equilibrium diagram: a, ferrite; y, austenite;8, 5-ferrite; Fe3C, cemcntite.

o.E

1600

S —

1400

1200

1000

800

a —•-

600

4002 . 3 4 5

Weight percent carbon

1 1

I

y !j

912° (1674°) /

\a+ y\/

i \ 0.77

I 0.02]-iIi

1

A\i

i"1

i

i

+ liquid

v 1148°

'2.11

727°

— - - • •

i

(2098

(1341

I

• Liquid

! 4 -3

y+^FejC

o, I

a +! Fe3C

i

i i

:

:' Liquid

+ i

:i

I

--

--

-:

-

- 2800

- 2400

- 2000

- 1600

- 1200

- 800

Gambar 2.2.Diagram ekuilibrium besi - karbida besi

Berdasarkan unsur paduannya, klasifikasi baja mengikuti SAE ( Society of

Automotive Engineers ) dan AISI ( American Iron and Steel Institute ) adalah

sebagai berikut:

A.Baja Karbon

1 .Baja karbon rendah ( < 0.3 % C )

2.Baja karbon sedang (0.3 - 0.7 % C )

3.Baja karbon tinggi (0.7-1.4 % C )

B.Baja Paduan

1 .Baja paduan rendah ( paduannnya < 8 % )

2.Baja paduan tinggi ( paduannya > 8 % )

Baja karbon rendah digunakan untuk kawat, baja profil, sekrup, ulir dan

baut. Baja karbon sedang digunakan untuk rel kereta api, as, roda gigi, dan suku

cadang yang berkekuatan tinggi, atau dengan kekerasan sedang sampai tinggi.

Baja karbon linggi digunakan unluk perkakas potong, seperli pisau, gurdi, lap dan

bagian - bagian yang tahan gesekan.

2.Baja AISI1045

Pemilihan baja AISI 1045 karena baja ini paling banyak dipakai dalam

pembuatan komponen-komponen permesinan, murah dan mudah didapatkan di

pasaran. Komponen mesin yang terbuat dari baja ini contohnya poros, roda gigi

dan rantai. Adapun data-data dari baja ini adalah sebagai berikut:

- AISI 1045 diberi nama menurut standard American Iron And Steel

Institute ( AISI ) dimana angka lxxx menyatakan baja karbon

angka lOxx menyatakan plain carbon steel

angka 45 menyatakan kadar karbon perseratus persen

(0.45 % C)

Penulisan atau penggolongan baja AISI 1045 ini menurut standard yang

lain adalah sama dengan DIN C 45, J1S S 45 C, dan UNS G 10450

- Menurut penggunaannya termasuk baja konstruksi mesin.

• Menurut struktur mikronya termasuk baja hypoeutectoid ( kandungan

karbon < 0.8 %C )

- Dengan meningkatnya kandungan karbon maka kekuatan tarik dan

kekerasannya semakin menjadi naik sedang kemampuan regang ,

keuletan , kelangguhan dan kemampuan lasnya menurun.

Kekuatannya akan banyak berkurang bila bekerja pada temperatur yang

agak tinggi. Pada temperatur yang rendah ketangguhannya menurun

secara drastis.

• Kandungan unsur pada AISI 1045 menurut standard ASTM A 827-85

adalah sebagai berikut:

- Karbon = 0.42 - 0.50 %

- Mangan = 0.60 - 0.90 %

- Fosfor = maksimum 0.035 %

- Sulfur = maksimum 0.040 %

-Silikon =0.15-0 .40%

Siiat Mekanis lainnya:

- Tensile strength = 103 ksi

- Yield strength =90 ksi

- Elongation = 1 4 %

10

- Reduction in Area = 40 %

-Hardness =217 HB

3.Pembentukan Butir

Pada saat logam cair membeku, atom - atom mengatur diri mengikiiti

pola geometris tertentu. Mula-mula terbentuk inti yang kemudian tumbuh menjadi

butir krislal dengan susunan kisi yang leraiur. Inti iersebul terjadi ketika logam cair

mulai membeku dan arah petumbuhannya acak. Pada saat kristal yang satu bertemu

dengan kristal lainnya yang sedang tumbuh, pertumbuhan kedua kristal tersebut

terhenti dan pennukaan singgungnya disebut batas butir. Orientasi kristal berbeda

pada setiap butir kristal.

Pada umumnya pertumbuhan butir tidak merata, artinya pertumbuhan

dalam suatu arah tertentu mungkin lebih cepat. Pertumbuhan tersebut menyerupai

ranting - ranting oleh karena itu kristalnya disebut dendrit. Besar butir kristal

tergantung ada laju pendinginan dan proses pengerjaan panas atau pengerjaan

dingin waktu logam dibentuk. Logam dengan butiran yang halus umumnya

memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibandingkan dengan logam yang

memiliki butiran yang kasar. Bahan dengan butir yang kasar lebih mudah

permesinannya, lebih mudah dikeraskan melalui perlakuan panas dan memiliki daya

hantar listrik dan panas yang baik. Meskipun logam berbutir kasar akan mengeras

11

secara merata , bahan berbutir halus tidak mudah retak sewaktu dicelup

(didinginkan secara tiba-tiba).

Kekerasan maupun ukuran butir butir tergantung pada riwayat termal

logam. Pencelupan iogam panas dari suhu tinggi akan meningkatkan kekerasan

logam tersebut dan pendinginan perlahan-Iahan akan menghasilkan logam yang

lunak.

4.Sifat Logam

Sifat bahan mencakup berat jenis, tekanan uap, muai panas, daya hantar

panas, sifat listrik dan magnit dan sifat teknik lainnya. Yang dimaksud sifat teknik

adalah sifat mekanik yang menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menerima

beban / gaya / energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan atau komponen

tersebut. Bebarapa sifat mekanik yang penting : kekuatan tank (tensile strength) ,

kekuatan tekan, kekuatan torsi, kekenyalan (elasticity), kekakuan (stiffness) ,

ketangguhan (toughness) , plastisitas (plasticity), kelelahan (fatigue) , modulus

elastisitas dan kekerasan (hardness) . Dua sirat utama adalah kekuatan tank dan

kekerasan.

12

4.1.Keuleian

Adalah kemampuan suatu material untuk dapat dibentuk secara permanen

atau secara plastis tanpa terjadi patah. Bahan yang mudah ditekuk, ditarik,

diregang, dibentuk atau diubah bentuknya secara permanen disebut bahan yang

ulet. Bahan yang memiliki kekuatan yang tinggi biasanya tidak rapuh dan tidak

terlampau keras. Sedangkan bahan yang keras biasanya rapuh dan kurang ulet.

Percobaan larik dapai. digunakan untuk palokan keulelan suatu bahan dengan

menentukan besarnya regangan ( dalam % ) pada saat benda uji putus. Oleh karena

itu prosentase perpanjangan dapat dinyatakan dengan :

S = — x 1 0 0 % dimana: S = elongation

AI = pertambahan panjang

1Q = panjang mula-mula

£ ( elongation) adalah harga yang digunakan sebagai salah saiu indikator duciiliiy.

Ductility adalah sangai penting karena dapat digunakan sebagai ukuran kemudalian

proses pembentukan logam {formability ) .

Agar proses metal forming dapat berlangsung maka bahan haruslah

memiliki sifat sebagai berikut:

1.Material harus dapat memberikan perubahan plastis tanpa berakibat lepasnya

ikatan material tersebut ( rusak / patah ) apabila mendapat gaya dari luar.

13

2.Sifat plastis dari bahan yang dikerjakan. Sifat ini dapat diketahui dengan uji tarik

dimana benda ditarik secara perlahan terus-menerus sampai patah.

4.2.Kekerasan

Kekerasan( hardness )dapat didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap

penggoresan, pengikisan atau abrasi, indentasi atau penetrasi. Sifat ini berkaitan

dengan sifat tahan aus ( wear resistance ).

Ada berbagai cara untuk menentukan kekerasan bahan. Untuk keperluan

industri biasanya digunakan metode pengukuran ketahanan terhadap penetrasi bola

kecil, kerucut atau piramida. Pertama-tama, alat tekan ditekankan ke dalam bahan

dengan beban mula tertentu. Kemudian beban dinaikkan dan kekerasan dibaca,

yaitu selisih kedalaman penetrasi yang ditimbulkan oleh beban akhir dan beban

mula. Skala kekerasan tergantung pada bcntuk dan jenis penekan dan beban.

Uji kekerasan Brinell adalah salah satu cara untuk menentukan kekerasan

suatu material yang paling mudah. Kekerasan Brinell ditentukan dengan

menggunakan bola kecil berdiameter 10 mm dengan beban 500, 1500, atau 3000

kg ditekan pada permukaan material yang rata selama5 atau 10 detik. Kemudian

beban dipindahkan dan diameter jejak diukur dengan mikroskop yang mampu

mengukur sampai ketelitian 0.05 mm. Tabel 2.1 menunjukkan kombinasi

pemakaian diameter bola dan pembebanan :

14

Tabel 2.1 .Kombinasi Diameter Bo!a Baja Dan Pembebanan

Diameter of steel ball inn)

5

10

10

10

Load kg (kN)

750(7.355)

500(4.903)

1000(9.S0o7)

3000(20. 420)

Notation

HB ( 5 / 75(1)

HB (10/ 500)

HB (10/100U)

IIB (10/3000)

Remark: IIB (IO/3(JO0) fan Ix shortened into HB.

Angka kekerasan Brinel] ditentukan dengan mernbagi beban dengan luas

permukaan indentasi.

BHN Beban ( K g )

Luas permukaan tekan (mm2)

Dalam prakteknya, angka kekerasan Brinal dapat langsung terbaca. Uji ini

relatif mudah dan sederhana khususnya untuk pengujian besi dan baja, tetapi

memiliki beberapa kerugian seperti:

1 .Tidak dapat digunakan untuk Iogam yang terlalu keras maupun terlalu

lunak.

2.Hasilnya tidak terlalu teliti untuk Iogam yang terlalu tipis. Ini akan baik

jika ketebalan material paling sedikit 10 kali lipat kedalaman penetrasi

( dapat dilihat pada lampiran 1 tabel 2 )

15

3.Tidak dapat digunakan untuk logam yang telah dikeraskan permukaannya

{case-hardened surfaces)

4.Penetrasian harus dilakukan pada daerah yang jauh dari tepi atau sudut

material

Beberapa cara pemilihan metode uji kekerasan terdapat pada Tabel 2.2 :

Tabel 2.2.Aplikasi Uji Kekerasan Indentasi

8RINELL

Structural steeland olher roitecsections

Most casimgsincluding steel.cast iron, and«lum>riu'M

vlosl lorymgs

ROCKWELL

Fimjned pans.such as Dear.ings, bea'mgraces, valves.nuts, bo'ts.gears pulleys.»O"l. pms.P'VOIS.

Mops. etc.

Cutting tools.such as i i w i .knives, chisels.scissors

forming tools

Small castingsana lorgings

She«t metal

Large-diameterwire

Electricalcontacts

Plastic sheetof parts

Case-hardenedpans

Cementedcarbides

ROCKWELLSUPERFICIAL

Same asstandardRockwell e«ceptwhere shallowerpenetration isnecessary, asi n .

Thm case-hardened pans.to .010 in.

Thin materialsdown to .006 in.

Cementedca'bides

Powdered metals

ViCKERS

Same asRockwell andRockwc'iSuperficialexcept wherehigher accuracy0' \r\iUO"*i

pr»eirai<on isnecessary, ajin :

Thin c u e -hardened pans..005 to .010 in.

"Thin materialsdown to .00S in.

Highly linijhedjans to avoida removaloperation

hin sections.such as lubmg

Weak structures

Plating thickness

MICROMARONESS

Plated surfaces

Coalmgs such aslacauer. varrf.sh.or pa,.it

f O'll jno vary thinm.wi'iijls down lo0001 m

To establish casegradients

8imetal] andlaminatedmaterials

Very small pans orareas, such aswatch gears.culling tool edges.Ihreid crests, pivotpomlj. etc.

Very brittle 0'ragile materialsKnoop indenter).

such as silicon.germanium, glass.OOlh enamel

Opaau*. cjear. orranslucent

materials

Powdered metals

To investigateindividualconstituents ofa material

To determine gramOr grain boundaryhardness

16

Pengukuran kekerasan digolongkan daJam pengujian yang tidak merusak

dan diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang karena kekerasan sebanding

dengan kekuatan tarik sedangkan ketahanan aus berbanding terbalik dengan

kekerasan seperti teriihat pada gambar 2.3.

% Carbon • % Carbon • Hardness Hardness

Gambar 2.3.Grafik hubungan tensile strength dan kekerasan untuk baja

Karena kekerasan mudah ditentukan maka cara pengujian ini sering

dimanfaatkan untuk pengendalian mutu pada proses - proses perlakuan panas,

pembentukan dingin maupun pembentukan panas. Bila nilai kekerasan merata,

dapat ditarik kesimpulan umum bahwa sifet-sifet mekanisnya pun seragam.

S.Deformasi Plastis

Dua jenis pengerjaan mekanik dimana logam mengalami deformasi plastik

dan perubahan bentuk adalah pengerjaan panas dan pengerjaan dingin. Perbedaan

antara pengerjaan dingin dan panas sulit didefinisikan secara metalurgis. Pada

pengerjaan panas, gaya deformasi yang dibutuhkan adalah lebih rendah dan

17

perubahan sifat mekanis tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya

yang lebih besar dan kekuatan logam meningkat.

Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan dingin dan

panas. Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu rekristalisasi atau di atas

daerah pengerasan kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi

dan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang. Suhu rekristalisasi baja antara

500° C dan 700 °C4)

Gambar 2.4.Contoh butir yang terdeformasi cold work 50 % dengan proses rolling

pada baja 1080; pembesaran 100 x

6.Pengerjaan Dingin

Logam yang dirol, diekstrusi atau ditarik pada suhu dibawah suhu

rekristalisasi dikatakan telah mengalami pengerjaan dingin. Logam biasanya

18

mengalami pengerjaan dingin pada suhu ruang, meskipun perlakuan tersebut

mengakibatkan kenaikan suhu. Pengerjaan panas yang dilakukan pada logam dalam

keadaan plastis dapat menyebabkan terjadinya penghalusan struktur butir;

sedangkan pengerjaan dingin mengakibatkan terjadinya distorsi pada butir. Suatu

logam dikatakan mengalami pengerjaan dingin bila butir - butir kristalnya berada

dalam keadaan terdeformasi setelah mengalami deformasi plastik. Sebagai akibat

pengerjaan dingin ini beberapa sifat mekanik mengalami perubahan, yaitu

meningkalkan kekuatan, memperbaiki kemampuan permesinan,

meningkatkan ketelitian dimensi, dan menghaluskan permukaan logam.

Operasi pengerjaan dingin secara menyeluruh dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3.Operasi Pengerjaan Dingin

1. Angle2. Roll3. Draw anil

compression4. Roll-forming

1. Har and lulvdrawing

2. Wire drawing3. Spinning4. [-mhossin"

5. Seaming6. Hanging7. Straightening

Drawing

5. Sircic!> 1'irmingf>. Slicct mclal drawing7. IroningS. S»|)er|il:islic forming

Squeezing

1. Rolling2. Swaging3. Cold lorging4. Extrusion5. Sizing6. Rivciing

Shearing

1. Shearing: sliuing2. Blanking3. Piercing; lancing;

perforating

7. Slaking'8. Coming9. Pconiii!!

10. UuniishingI I . Huhlimy12. Tlnvad rolliiij;

4. Notching:Nihhling

5. Shaving6. Trimming7. Cuioll8. Dinkiii"

19

Drawing ordeep drawing

Punch

DieWork

Sheet metal bending

= Die;

Work

Spinning

Steps in spinningFinal shape

Original blankof sheet metal

Follower heldin tailstock

Pushforce

Extrusion (forward)

Ram Work

Form attachedto headstockspindle

Wire drawing

Workj W

Die Finaldiameter

Cold rolling

i r e Pull force

Final sizeJ

Gambar 2.5.Proses pengeijaan dingin

20

Bila suatu deformasi plastis berlangsung diatas temperatur rekristalisasi,

contohnya dalam hot work, tidak ada tanda terjadi perubahan siiat mekanis. Bila

suatu logam dibentuk secara plastis dalam keadaan dingin, menyebabkan

peningkatan kekuatan dan kekerasan dan penurunan keuletan. Beberapa logam

tidak dapat dikeraskan dengan cara heat treatment I perlakuan panas dan oleh

karena itu satu-satunya metode yang digunakan adalah cold work. Juga, dimana

bila suatu logam memiliki bentuk yang sederhana seperti dalam bentuk batangan,

sheet alau lubing adalah iebih cocok di-cold work karena biayanya lebih ekonomis.

Di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara proses cold work

terhadap kekerasan, kekuatan dan keuletan :

Competegraingrowth

Gambar 2.6.Hubungan cold work terhadap kekerasan,kekuatan dan keuletan

21

Meskipun kekuatan dan kekerasan meningkat tetapi laju kenaikannya

berbeda. Kekerasan biasanya meningkat dengan cepat pada derajat delbrmasi

sepuluh persen yang pertama sementara kekuatannya naik secara perlahan. Untuk

memahami apa yang terjadi selama proses pengerjaan dingin, seseorang harus

memiliki pengetahuan mengenai struktur logam. Logam berbentuk krista! dan

terdiri dari butir-butir yang tidak beraturan dengan besar yang berbeda. Suatu

logam mengandung sejumlah besar butiran tunggal yang dipisah oleh batas

buliran ( grain boundaries ). Buliran ini memiliki sixuklur kristal (.erganlung pada

perlakuan awal dan komposisinya. Orientasi butiran termasuk batas butiran dan

cacat struktur dinamakan pola / texture. Dalam sebuah kristal, atom-atom berada

pada posisi sedemikian rupa sehingga jarak antara atom diulangi secara periodik

dalam semua arah. Susunan atom yang teratur ini disebut lapisan / kisi-kisi kristal

( crystal lattice). Atom-atom tersebut berada dalam keadaan seimbang pada posisi

lapisannya terhadap gaya tarik dan berlawanan arah yang disebabkan elektron dan

neutron, emua siiat logam ditentukan dari struktur kisi yang disebabkan

oleh deformasi plastis atau pengerjaan dingin.

Struktur itu sendiri adalah susunan dalam loganx Struktur dapat dilihat jika

sekeping logam yang terasah dan tersetsa ( asam salpenter ) diamati di mikroskop

atau dapat diperiksa dengan penyinaran sinar X.

Struktur beberapa logam penting untuk diketahui karena sejumlah logam

memiliki struktur yang berbeda padasuhu yang berbeda. Perubahan struktur dari

satu ke lainnya dinamakan perubahan fasa.

22

Setiap butir terdiri dari atom - atom yang tersusun rapi membentuk kisL

Orientasi atom dalam sebuah butir sama, akan tetapi berbeda antara butir yang satu

dengan yang lain. Sewaktu logam mengalami proses pengerjaan dingin, terjadilah

perubahan yang menyolok pada struktur butir. Terjadi perpecahan butir,

pergeseran atom-atom dan distorsi kisi.

Untuk pengerjaan dingin diperlukan tekanan yang lebih besar daripada

pengerjaan panas. Logam mengalami deformasi tetap bila tegangan melebihi batas

elaslik. Karena lidak mungkin lerjadi rekrisialisasi selama pengerjaan dingin, tidak

terjadi pemulflian dari butir yang mengalami distorsi atau perpecahan. Dengan

meningkatnya deformasi butir, tahanan terhadap deformasi meningkat sehingga

logam mengalami peningkatan kekuatan dan kekerasan. Dikatakan bahwa logam

mengalami pengerasan regangan. Untuk logam yang tidak dapat dilakupanas, hal

ini merupakan satu-satunya cara untuk mengubah sifat fisis seperti kekuatan dan

kekerasan.

Jumlah pengerjaan dingin yang dapat dialami logam tertentu bergantung

pada keuletannya, makin ulet makin besar jumlah pengerjaan dingin yang dapat

dialaminya. Logam murni lebih mudah mengalami deformasi daripada paduan,

karena penambahan unsur paduan cenderung meningkatkan gejala pengerasan

regangan. Akibat pengerjaan dingin, di dalam logam timbul tegangan yang cukup

besar, tegangan ini disebut tegangan sisa. Tegangan- tegangan ini tidak

dikehendaki, oleh karena itu untuk menghilangkannya, logam harus dipanaskan

dibawah suhu reknstalisasi. Tegangan ini dapat ditiadakan tanpa terjadi perubahan

23

yang berarti pada sifat - sifat fisik atau struktur butir. Pemanasan di daerah suhu

rekristalisai dapat meniadakan pengaruh pengerjaan dingin, dan logam kembali ke

keadaan semuia.

6.1.Keuntuogan dan Kerugian

Setelah mengalami pengerjaan panas, produk dapat mengalami pengerjaan

penyelesaian dingin sehingga memiliki nilai komersiil yang lebih baik. Strip dan

lembaran hasil pengerjaan panas, lunak, mempunyai cacat permukaan, ketelitian

diniensi dan beberapa sifat fisiknya kurang. Pengerjaan dingin akan mengurangi

ukuran sedikit tetapi pengendalian dimensinnya lebih baik. Permukaaan tidak akan

teroksidasi dan mulus; dan kekuatan dan kekerasan meningkat. Logam ulet atau

ductile dapat diekstrusi pada suhu di bawah suhu rekn'stalisasL Untuk pengerjaan

dingin diperlukan tekanan dan peralatan dengan kapasitas yang lebih tinggi

dibandingkan dengan pengerjaan panas. Sebagai suatu proses pengubahan bentuk ,

pengerjaan dingin terbatas untuk bahan yang ulet. Bahan menjadi rapuh bila

mengalami pengerjaan dingin yang berlebih, bahkan jika deformasi dilanjutkan

maka akan mengakibatkan kepatahan sehingga diperlukan perlakuan anil

Secara umum proses pengerjaan dingin berakibat:

l.Terjadinyategangandalamlogam; tegangan tersebut dapat dihilangkan dengan

suatu perlakuan panas.

2.Struktur butir mengalami distorsi atau perpecahan.

24

3.Kekerasan dan kekuatan meningkat; hal ini seiring dengan kemunduran keuletan.

4.Suhu rekristalisasi baja meningkat.

5.Penyelesaian permukaan lebih baik.

6. Dapat diperoleh tolerasi dimensi yang lebih teliti

7. Rekristalisasi

Sebagian energi yang diberikan uni.uk mendeformasi logam dikeluarkan

sebagai panas, dan sebagian lagi tetap tersimpan dalam struktur kristal sebagai

energi dalam atau tegangan dalam yang dikaitkan dengan cacat krital yang tejadi

akibat dari deformasi. Dengan kata lain logam yang mengalami pengerjaan dingin

akan menyimpan sejumlah tegangan dalam sebagai akibat terjadinya sebagian besar

dislokasi.

Bila logam yang telah mengalami pengerjaan dingin ini dipanaskan kembali

maka atom-atom akan menerima sejumlah energi panas yang dapat dipakai untuk

bergerak menuju atau membentuk sejumlah kristal yang lebih bebas cacat, bebas

tegangan dalam. Peristiwa perubahan yang terjadi selama proses pemanasan

kembali dapat dibagi menjadi tiga tahap recovery, recrystallization dan

grain growth.

7.1.Recovery

25

Recovery teijadi pada awal pemanasan kembali, pada temperatur yang agak

rendah, dan perubahan yang terjadi tidak diikuti dengan perubahan struktur mikro,

juga masih belum terjadi perubahan sifat mekanis. Perubahan yang terjadi disini

adalah pengurangan tegangan dalam.

Perlunya mengiirangi tegangan dalam disini adalah untuk mencegah

terjadinya distorsi pada benda kerja yang mengalami pengerjaan dingin sebagai

akibat tegangan sisa itu.

7.2.Recrvstallization

Adalah suatu proses yang melibatkan transformasi dan pertumbuhan butir

kristal baru dengan penghancuran kristal - kristal yang lama. Agar proses

rekristalisasi dapat berlangsung, krista-kristal itu hams dibentuk - biasanya sebagai

akibat dari deformasi plastis- dan logam harus ditingkatkan sampai temperatur

rekristalisasi. Tujuan dasar rekristalisasi adalah meningkatkan keuletan logam yang

telah rapuh akibat pengerjaan dingin.

Akibat pengubahan bentuk dalam keadaan dingindrawing, bending,

rolling, forging) maka kristal dimampatkan dan terjadi dislokasi hal ini terjadi

karena adanya energi yang tersimpan dalam dalam struktur kristal dan termasuk

cacat kristal. Melalui proses rekristalisasi, keadaan seperti ini disingkirkan dan

susunan kristal yang baru dibentuk.

26

Dengan pemanasan kembali hingga ke temperatur yang lebih tinggi akan

menyebabkan munculnya kristal baru dari kristal yang terdeformasi dengan struktur

dan komposisi kimia yang sama seperti saat sebelum proses cold work. Kristal baru

ini mula-mula muncul pada bagian kristal yang mengalami distorsi paling hebat

yaitu pada batas butir kristal dan bidang slip. Disini akan terbentuk kristal berupa

inti kristal dan lama-kelamaan akan tumbuh menjadi kristal yang lebih besar dan

kristal lama yang terdeformasi akan habis.

Rekrislalisasi terjadi melalui penginlian ( nucleulion ) dan perlumbuhan

{growth). Rekristalisasi dapat terjadi pada temperatur tertentu yang disebut

temperatur rekristalisasi yaitu temperatur dimana logam yang dideformasi dingin

akan mengalami rekristalisasi yang tepat selesai dalam satu jam. Tingginya

temperatur rekristalisasi d^pengaruhi oleh besarnya deformasi dingin sebelumnya,

Temperatur rekristalisasi makin rendah bila logam telah mengalami deformasi

dingin semakin besar. Berikut adalah temperatur rekristalisasi untuk berbagai

macam logam dan campuran

label 2.4.Temperatur Rekristalisasi Berbagai Macam Logam

MATERIAL .cCfiYSTAL.UZAT.ON

Copper (99.999%)Copper. S% zincCopper. 5% aluminumCopper. 2% berylliumAluminum (99.999%)Aluminum (99.0%+)Aluminum alloysNickel (99.99%)Monel metalIron (electrolytic)Low-carbon steelMagnesium (99.99%)Magnesium alloysZincTinLead

250600550700175550600700

1100750

1000150450

502525

' By p«rrmss<on \'on\ A. G. Guy. "Element* of Pt\yvc#l W*ia"urfly."2d ed . AdcMon-W*sley Pub-ihing Companr inc.. R«*ong. MASS .1959

27

Logam yang dideformasi pada temperatur diatas temperatur rekristalisasi

akan langsung mengalami rekristalisasi dan setelah detormasi selesai akan diperoleh

kristal yang sama dengan kristal sebelum sebelum terjadi deformasi. Pengerjaan

seperti ini disebut pengerjaan panas ( hot work ). Hot work tidak mengubah sifat

mekanik karena tidak menimbulkan distorsi pada kristal.

7.3. Grain Growth

Butir kristal yang besar mempunyai energi bebas yang lebih rendah,

karenanya butir kristal cenderung untuk tumbuh lebih besar hingga mencapai

ukuran maksimum untuk temperatur tersebut. Makin tinggi temperatur pemanasan

makin besar juga ukuran butir yang terjadi. Bahkan laju pertumbuhan butir ini

makin tinggi dengan tingginya temperatur pemanasan.

8. Efek Temperatur Pemanasan

Para ahli teknik sering dihadapkan pada desain struktur seperti pesawat

terbang, alat - alat penerbangan, turbin gas, dan pembangkit tenaga nuklir yang

beroperasi pada temperatur serendah -200°F(- 130° C ) atau setinggi 2300° F

( 1250° C ). Konsekuensinya bahwa sangatlah penting bagi para perancang untuk

mengetahui efek temperatur baik dalam range yang pendek maupun panjang pada

sifat mekanik dan sifat fisik material sebagai pertimbangan untuk pembuatan

28

aplikasi tersebut. Banyak proses manufakturing yang menggunakan panas, oleh

karena itulah efek pemanasan adalah sangat penting untuk dipeiajari. Bahkan,

sering terjadi bahwa suatu material dapat diproses dengaan lebih baik ataupun lebih

ekonomis hanya karena material itu dapat diubah dengan pemanasan atau

pendinginan.

Efek yang paling penting dalam pemanasan itu berhubungan dengan

kekuatan, kekerasan, dan keuletan. Secara umum, peningkatan temperatur akan

diikuli engan penurunan kekuatan dan kekerasan serla diikuli peningkatan

keuletan. Untuk operasi pembentukan {forming operations) pemanasan

menyebabkan material menjadi lebih lemah dan lebih ulet. Gambar berikut

menunjukkan perubahan siiat mekanis karena efek pemanasan pada baja karbon

sedang ( medium carbon steel).

MPa Psi 103

0

oon

400

200

0

120

100

80

60

40

. 20

0

Temperature CO200 M0 600

I

Tensile strength

Elongation

i:'()

100

80 Sco

40 J

20

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Temperature (°F)

Gambar 2.7.Efek temperatur pada sifat mekanis baja karbon sedang

29

9.Nonna!ising

Scrupa dengan full annealing, hanya pcndinginannya di udara pada

temperatur kamar, memberikan kekuatan yang iebih tinggi daripada proses

annealing sebagai tambahan iintiik meningkatkan keuletan. Hasil normalising

mempunyai struktur mikro yang Iebih halus sehingga baja dengan komposisi yang

samaakan memiliki yield strength, ultimate strength dan kekerasan yang Iebih

linggi daripada full annealing.

Normalising juga dikerjakan pada benda hasil tuangan atau tempa untuk

menghHangkan tegangan dalam dan menghaluskan butir kristalnya. Pada

normalising hendaknya tidak dilakukan pada temperatur yang terlalu tinggi karena

butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar dan bila didinginkan cepat,

maka inti-inti ferit tidak akan tumbuh secara normal menjadi butir - butir kristal

tetapi berupa pelat-pelat ferrit yang sejajar, hal ini akan menurunkan keuletan baja

tersebut. Di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan proses perlakuan panas

untuk baja:900

o> 800

700

600

5000.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

- 1600

1400

- 1200

- 1000

Gambar 2.8.Grafik proses perlakuan panas pada baja