Makalah Ilmu Bahan

HEAT TREATMENT, ANNEALING, HARDENING,

NORMALIZING, DAN TEMPERING

KELOMPOK 7

OLEH :

M. FARIZ RAMADHAN (5143122017)

WILDAN HAMDI PERDANA (5143122029)

DARMI (5141122003)

WAHYU LESMANA (5143122027)

MUHAMMAD MAULANA DIRY (5141122009)

AGIL SYAHPUTRA (5143122019)

PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

2015

PENANYA

Nama : M. Suni Yusuf

Pertanyaan 1 : Bagaimana memperkecil distorsi ?

Nama : Sahrul Sanjaya

Kelompok : 5

Pertanyaan 2 : Sifat-sifat apa saja yang dihasilkan Annealing, Tempering, Normalizing ?

Nama : Hendrik Situmorang

Kelompok : 1

Pertanyaan 3 : Apa yang dimakud dengan stress Annealing ?

Nama : Rian Simanjuntak

Kelompok : 2

Pertanyaan 4 : Pada suhu berapakan terjadi perubahan austenit menjadi martensit ?

Nama : Redo F. Saragih

Pertanyaan 5 : Bagaimana suhu pemanasan jika di atas garis yang di tentukan?

Nama : Barita

Pertanyaan 6 : Mengapa baja yang mengunakan pendinginan cepat memerlukan proses teper. Apa tujuan dari proses temper?

i

Nama : Wendri F. Situmorang

Kelompok : 1

Pertanyaan 7 : Apa saja kaitan heat treatment pada bidang otomotif ?

ii

JAWABAN

Nama : M. Agil Saputra

Jawaban 1 : Proses ini terdiri dari memanaskan benda kerja sampai ke temperatur sedikit dibawah garis A1 dan menahannya untuk jangka waktu tertentu dan kemudian di dinginkan di dalam tungku sampai temperatur kamar. Proses ini tidak menimbulkan perubahan fasa kecuali rekristalisasi.

Nama : M. Maulana Diry

Jawaban 2 :

1. Untuk meringankan tekanan internal material

logam setelah kerja panas atau dingin untuk

meningkatkan sifat mampu mesin

2. Untuk meningkatkan sifat mekanik seperti

kekuatan tarik , kekerasan , kemampuan

menahan getaran dll

3. Memodifikasi struktur material untuk

memperbaiki sifat hantar listrik dan magnetik

4. Meningkatkan kualitas logam untuk

memberikan ketahanan yang lebih baik

terhadap panas , korosi dan keausan

5. Untuk mengubah struktur mikro logam

6. Untuk menstabilkan struktur terhadap

perubahan dimensi di bawah suhu konstan

dengan siklus pemanasan berturut-turut pada

suhu sedikit di atas suhu lingkungan yang

dihadapi

iii

Nama : M. Fariz Ramadhan

Jawaban 3 : Suatu proses dimana butir logam yang terdeformasi digantikan oleh butiran baru yang tidak terdeformasi yang intinya tumbuh sampai butiran asli termasuk didalamnya atau bisa dimaksud dengan perubahan struktur karistal akibat pemanasan pada suhu kritis (terbentuknya struktur butiran baru melalui tumbuhnya inti dengan pemanasan.

Nama : Wildan Hamdi Perdana

Jawaban 4 : Suhu perubahan austenit menjadi martensit yaitu 210-220oc

Nama : Wahyu Lesmana

Jawaban 5 : Apabila pemanasan berada pada garis atas batas yang di tentukan akan membuat jumlah karbon menjadi lebih banyak, membuat benda kerja mudah retak ketika dilakukan pendinginan.

Nama : Wildan Hamdi Perdana

Jawaban 6 : Karena dengan melakukan proses temper akan

mendapatkan kombinasi antara kekuatan, duktilitas

dan ketangguhan yang tinggi. Dengan demikian,

proses temper setelah proses pengerasan akan

menjadikan baja lebih bermanfaat karena adanya

struktur yang lebih stabil.

Nama : Darmi

Jawaban : Kaitan Heat Treatment pada bidang otomotif sangat

banyak, karena sangat pajak komponen-komponen

iv

dalam otomotif harus dilakukan heat treatmen

terlebihdahulu. Seperti shock, lengan ayun, dll.

v

KATA PENGANTAR

Segala  puji  hanya  milik  Allah SWT.  Shalawat  dan  salam  selalu tercurahkan kepada Rasulullah SAW.  Berkat  limpahan  dan rahmat-Nya Kelompok 7 mampu  menyelesaikan  tugas  makalah ini guna memenuhi tugas  mata kuliah Ilmu Bahan. Makalah ini membahas tentang Perlakuan Panas, Annealing, Hardening, Normalizing dan Tempering. Tidak sedikit kendala yang kami hadapi dalam pembuatan makalah ini. Kami berharap makalah ini dapat dipahami dan di gunakan sebaik mungkin oleh pembaca untuk kebaikan.

Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini jauh dari sempurna, baik dari segi isi, penyusunan, bahasan, ataupun penulisannya. Oleh karena itu kami mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun, khususnya dari guru mata pelajaran guna menjadi acuan dalam bekal pengalaman bagi kami untuk lebih baik  di masa yang akan datang.

Medan, 24 Februari 2015

Kelompok 7

v

DAFTAR ISI

PENANYA........................................................................................i

JAWABAN......................................................................................iii

KATA PENGANTAR.........................................................................v

DAFTAR ISI...................................................................................vi

BAB I PENDAHULUAN...................................................................vii

BAB II PEMBAHASAN.....................................................................1

1. Annealing...........................................................................1

1.1. Full Annealing 2

1.2. Spheroidized Annealing 2

1.3. Isothermal Annealing 3

1.4. Proses Homogenisasi 3

1.5. Stress Relieving 4

2. Normalizing........................................................................5

3. Proses Kuens dan Temper...............................................7

3.1 Kuens Terputus 12

3.2 Sifat-sifat 13

4. KEMAMPUAN KERAS BAJA.............................................14

4.1 Kurva Kemampukerasan 16

4.2 Pemakaian kurva kemampukerasan 18

4.3 Kekerasan Temper 22

BAB III PENUTUP..........................................................................24

DAFTAR PUSTAKA........................................................................25

vi

vii

BAB I

PENDAHULUAN

Sejak zaman dahulu kala pandai besi mengetahui bahwa sifat bahan dapat dirubah melalui pemanasan yang disusul dengan pendinginan, mereka mengenal berbagai proses perlakuan panas meski tidak mengetahui dengan pasti apa yang terjadi dalam logam itu sendiri.

Ilmu dan Teknologi Bahan telah tumbuh dan berkembang menjadi satu bidang tersendiri selama 50 tahun terakhir ini. Pengembangan ini berintikan temuan tertentu yaitu konsep bahwa sifat dan kelakuan bahan berhubungan erat dengan struktur internal dari bahan tersebut. Hasilnya agar sifat dapat diubah ubah harus diadakan perubahan yang sesuai pada struktur internal bahan. Demikian pula bila pemerosesan atau keadaan pemakaian merubah struktur, karakteristik bahan akan berubah pula.

Tujuan Mata Kuliah :

Mendidik dan melatih mahasiswa mengamati struktur mikro logam dan pengubahan sifatnya

Tujuan Pembelajaran:

Mendidik dan melatih mahasiswa mengamati struktur mikro logam dan pengubahan sifatnya

Deskripsi :

Membahas konsep dasar Ilmu Bahan untuk penggunaan dan perlakuan bahan ferro dan non ferro meliputi ; Jenis-jenis krital logam, kekerasan logam, Deformasi logam, Pengubahan sifat, diagram fasa dan perlakuan panas

vii

Kompetensi Dasar :

Melakukan Pengerasan Permukaan

Materi Uraian :

Perlakuan panas, Annealing, Hardening , Normalizing, Tempering

Indikator :

Melakukan Pengerasan Permukaan

viii

BAB II

PEMBAHASAN

Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan material yang terkontrol dengan maksud merubah sifat fisik untuk tujuan tertentu. Secara umum proses perlakuan panas adalah sebagai berikut:

1. Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula.

2. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya merata

3. Pendinginan dengan media pendingin (air, oli atau udara)

Ketiga hal diatas tergantung dari material yang akan di heat treatment dan sifat-sifat akhir yang diinginkan. Melalui perlakuan panas yang tepat tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas yang tepat, susunan kimia logam harus diketahui karena perubahan komposisi kimia, khususnya karbon(C) dapat mengakibatkan perubahan sifat fisis.

1. Annealing

Proses annealing yaitu proses pemanasan material sampai temperatur austenit lalu ditahan beberapa waktu kemudian pendinginannya dilakukan perlahan-lahan di dalam tungku. Keuntungan yang didapat dari proses ini adalah sebagai berikut :

1. Menurunkan kekerasan

2. Menghilangkan tegangan sisa

3. Memperbaiki sifat mekanik

4. Memperbaiki mampu mesin dan mampu bentuk

5. Menghilangkan terjadinya retak panas

1

6. Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan struktur

7. Memperhalus ukuran butir

8. Menghilangkan tegangan dalam dan menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.

Proses Anil tidak dimaksudkan untuk memperbaiki sifat mekanik baja perlitik dan baja perkakas. Sifat mekanik baja struktural diperbaiki dengan cara dikeraskan dan kemudian diikuti dengan tempering. Proses Anil terdiri dari beberapa tipe yang diterapkan untuk mencapai sifat-sifat tertentu sebagai berikut :

1.1. Full Annealing

Full annealing terdiri dari austenisasi dari baja yang bersangkutan diikuti dengan pendinginan yang lambat di dalam dapur. Temperatur yang dipilih untuk austenisasi tergantung pada karbon dari baja yang bersangkutan. Full annealing untuk baja hipoeutektoid dilakukan pada temperatur austenisasi sekitar

50oC diatas garis A3 dan untuk baja hipereutektoid dilaksanakan

dengan cara memanaskan baja tersebut diatas A1. Full

Annealing akan memperbaiki mampu mesin dan juga menaikkan kekuatan akibat butir-butirnya menjadi halus.

1.2. Spheroidized Annealing

Spheroidized annealing dilakukan dengan memanaskan baja sedikit diatas atau dibawah temperatur kritik A1 (lihat

Gambar 8.1) kemudian didiamkan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat. Tujuan dari Spheroidized annealing adalah untuk memperbaiki mampu mesin dan memperbaiki mampu bentuk.

2

Gambar 8.1: Diagram untuk temperatur Spheroidized annealing

1.3. Isothermal Annealing

Isothermal annealing dikembangkan dari diagram TTT. Jenis proses ini dimanfaatkan untuk melunakkan baja-baja sebelum dilakukan proses permesinan. Proses ini terdiri dari austenisasi pada temperatur annealing (Full annealing) kemudian diikuti dengan pendinginan yang relatif cepat sampai

ke temperatur 50 - 60oC dibawah garis A1 (menahan secara

isothermal pada daerah perlit) .

1.4. Proses Homogenisasi

Proses ini dilakukan pada rentang temperatur 800 -

1200oC. Proses difusi yang terjadi pada temperatur ini akan menyeragamkan komposisi baja. Proses ini diterapkan pada ingot baja-baja paduan dimana pada saat membeku sesaat setelah proses penuangan, memiliki struktur yang tidak homogen. Seandainya ketidakhomogenan tidak dapat dihilangkan sepenuhnya, maka perlu diterapkan proses homogenisasi atau "diffusional annealing". Proses homogenisasi

3

dilakukan selama beberapa jam pada temperatur sekitar 850 -

1200oC. Setelah itu, benda kerja didinginkan ke 800 - 850oC, dan selanjutnya didinginkan diudara. Setelah proses ini, dapat juga dilakukan proses normal atau anil untuk memperhalus struktur over-heat. Perlakuan seperti ini hanya dilakukan untuk kasus-kasus yang khusus karena biaya prosesnya sangat tinggi.

1.5. Stress Relieving

Stress relieving adalah salah satu proses perlakuan panas yang ditujukan untuk menghilangkan tegangan-tegangan yang ada di dalam benda kerja, memperkecil distorsi yang terjadi selama proses perlakuan panas dan, pada kasus-kasus tertentu, mencegah timbulnya retak. Proses ini terdiri dari memanaskan benda kerja sampai ke temperatur sedikit dibawah garis A1 dan menahannya untuk jangka waktu tertentu dan kemudian di dinginkan di dalam tungku sampai temperatur kamar. Proses ini tidak menimbulkan perubahan fasa kecuali rekristalisasi. Banyak faktor yang dapat menimbulkan timbulnya tegangan di dalam logam sebagai akibat dari proses pembuatan logam yang bersangkutan menjadi sebuah komponen. Beberapa dari faktor-faktor tersebut antara lain adalah : Pemesinan, Pembentukan, Perlakuan panas, Pengecoran, Pengelasan, dan lain-lain. Penghilangan tegangan sisa dari baja dilakukan dengan

memanaskan baja tersebut pada temperatur sekitar 500 - 700oC, tergantung pada jenis baja yang diproses. Pada temperatur

diatas 500 - 600oC, baja hampir sepenuhnya elastik dan menjadi ulet. Berdasarkan hal ini, tegangan sisa yang terjadi di dalam baja pada temperatur seperti itu akan sedikit demi sedikit dihilangkan melalui deformasi plastik setempat akibat adanya tegangan sisa tersebut.

1.5.1. Timbulnya Tegangan di dalam Benda Kerja

Beberapa faktor penyebab timbulnya tegangan di dalam logam sebagai akibat dari proses pembuatan logam tersebut menjadi sebuah komponen adalah :

1. Pemesinan

4

Jika suatu komponen mengalami proses pemesinan yang berat, maka akan timbul tegangan di dalam komponen tersebut. Tegangan yang berkembang di dalam benda kerja dapat menimbulkan retak pada saat dilaku panas atau mengalami distorsi. Hal ini disebabkan karena adanya perubahan pada pola kesetimbangan tegangan akibat penerapan proses pemesinan yang berat.

2. Pembentukan

Proses metal forming juga akan mengakibatkan tegangan dalam akan berkembang, seperti pada proses coining, bending, drawing, dan sebagainya.

3. Perlakuan Panas

Perlakuan panas juga merupakan salah satu penyebab timbulnya tegangan dalam komponen. Hal ini terjadi sebagai akibat tidak homogennya pemanasan dan pendinginan atau sebagai akibat terlalu cepatnya laju pemanasan ke temperatur austenitisasi. Pada beberapa kasus, tegangan dalam terjadi akibat adanya transformasi fasa selama proses pendinginan berlangsung. Transformasi fasa senantiasa diiringi dengan perubahan volume spesifik.

4. Pengecoran

Tegangan dalam selalu ada pada produk-produk cor sebagai akibat dari tidak meratanya pendinginan dari permukaan ke bagian dalam benda kerja dan juga akibat adanya perbedaan laju pendinginan pada berbagai bagian produk cor yang sama.

5. Pengelasan

Tegangan dalam juga terjadi pada suatu komponen yang mengalami pengelasan, soldering, dan brazing. Tegangan tersebut terjadi karena adanya pemuaian dan pengkerutan di daerah yang dipengaruhi panas (HAZ) dan juga di daerah logam las.

5

6. Normalizing

Proses normalizing atau menormalkan adalah jenis perlakuan panas yang umum diterapkan pada hampir semua produk cor, over-heated forgings dan produk-produk tempa yang besar. Normalizing ditujukan untuk memperhalus butir, memperbaiki mampu mesin, menghilangkan tegangan sisa dan juga memperbaiki sifat mekanik baja karbon struktural dan baja-baja paduan rendah. Normalizing terdiri dari proses pemanasan baja diatas temperatur kritik A3 atau Acm dan ditahan pada

temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu tergantung pada jenis dan ukuran baja (lihat Gambar 2). Agar diperoleh austenit yang homogen, baja-baja hypoeutektoid dipanaskan 30 -

40oC diatas garis A3 dan untuk baja hypereutektoid dilakukan

dengan memanaskan 30 - 40oC diatas temperatur Acm .

Kemudian menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu sehingga transformasi fasa dapat berlangsung diseluruh bagian benda kerja, dan selanjutnya didinginkan di udara.

Gambar 2: Diagram untuk temperatur Normalizing

Normalizing dilakukan karena tidak diketahui bagaimana proses dari pembuatan benda kerja ini apakah dikerjakan dingin (cold

6

Working) atau pengerjaan Panas (Hot Working). Dimana normalizing ini bertujuan untuk mengembalikan atau memperhalus struktur butir dari benda kerja.

Normalizing terdiri dari proses pemanasan baja di atas temperatur kritis A3 atau Acm dan ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu tergantung pada jenis dan ukuran baja. Agar diperoleh austenit ynag homogen, baja – baja hypoeutektoid dipanaskan pada temperatur 30 – 400C di atas garis A3. Pemanasan pada temperatur austenit yang terlalu tinggi akan menyebabkan tumbuhnya butir – butir austenit. Demikian juga untuk waktu penahan pada temperatur austenit yang terlalu lama akan mengakibatkan tumbuhnya butir – butir austenit.

Setelah waktu penahan selesai, benda kerja kemudian didinginkan di udara. Struktur baja hypoeutektoid yang akan dihasilkan terdiri dari ferit dan perlit. Perlu diketahui bahwa batas – batas butir yang baru tidak ada hubungannya dengan batas – batas butir sebelum baja dinormalkan. Setelah penormalan akan terjadi perbaikan terhadap strukturnya diiringi dengan timbulnya perbaikan sifat mekaniknya.

Sifat mekanik yang akan diperoleh setelah proses penormalan tergantung pada laju pendinginan di udara. Laju pendinginan yang agak cepat akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.

Manfaat proses Normalizing adalah sebagai berikut:

1. Normalizing biasa digunakan untuk menghilangkan struktur butir yang kasar yang diperoleh dari proses pengerjaan sebelumnya yang dialami oleh baja.

2. Normalizing berguna untuk mengeliminasi struktur kasar yang diperoleh akibat pendinginan yang lambat pada prses anil.

3. Berguna untuk menghilangkan jaringan sementit yang kontinyu yang mengelilingi perlit pada baja perkakas.

4. Menghaluskan ukuran perlit dan ferit.

5. Memodifikasi dan menghaluskan struktur cor dendritik.

6. Mencegah distorsi dan memperbaiki mampu karburasi pada baja – baja paduan karena temperatur normalizing lebih tinggi dari temperatur karbonisasi.

7

7. Proses Kuens dan Temper

Selain menerapkan perlakuan anil, kita juga dapat

memodifikasi struktur dan sifat-sifat baja dengan melakukan

kuens, diikuti dengan penemperan. Kuens menghasilkan

martensit. Martensit adalah fasa yang keras tetapi rapuh.

Temper martensit menghasilkan mikrostruktur dua-fasa yang

terdiri dari ferit dan karbida halus yang terdispersi (α + C).

Mikrostruktur ini disebut martensit temper, dan bersifat keras

sekaligus tangguh-suatu kombinasi yang sangat disukai.

Pengendalian proses kuens dan temper didasarkan pada

jenis informasi yang ada pada Gambar 3.1. Gambar ini

memperlihatkan kurva transformasi-isotermal (I-T), dengan

penambahan garis Ms dan Mf. Kedua suhu ini adalah suhu dimana

reaksi (y → M) mulai terjadi dan berakhir.

Gambar 3.1

Kita ketahui bahwa kuens mencegah terjadinya reaksi (y →

α + C) yang diperediksi oleh diagram fasa. Dari Gambar 3.1 dan

3.2, kita dapat melihat bahwa kuens harus berlangsung dengan

sangat cepat melewati lututkurva I-T jika ingin menghasilkan

martensit. Dalam prateknya, produk baja dan karbon – biasa

8

apapun yang lebih besar dari ”bilah pisau dan obeng” tidak

dapat diproses untuk menghasilkan martensit temper yang

diinginkan. Produk yang lebih besar hanya akan menghasilkan

suatu permukaan martensit setelah dikuens.

Baja paduan- rendah merupakan jawaban atas laju kuens.

Apabila pada baja ditambahkan unsur- unsure paduan( Cr, Ni, Mo

, Si, Mn, dan lain-lain), maka laju dikomposisi (ɣ + C )akan

sangat berkurang, (waktu bertambah). Sebagai contoh,

penambahan 0, 25 persen molybdenum akan memperpanjang

waktu untuk, terjadinya reaksi (ɣ M) menjadi empat kalinya,

dan kita mungkin juga menambah kadar paduan hingga

konsentrasi yang lebih tinggi sesuai kebutuhan.

Unsur-unsur paduan memperlambat laju reaksi ( ɣ -->

perlit) karena atom-atom paduan, seperti juga atom-atom

karbon, harus melakukan relokasi selama dekomposisi austenite

berlangsung. Dalam austenit, unsure paduan terdistribusi merata

sebagai atom-atom substitusional dalam struktur fcc besi.

Dalam perlit, atom-atom paduan ini harus ‘’memilih” antara ferit

atau karbida. Nikel dan silicon bersegregasi kedalam ferit dalam

perlit; krom, molybdenum, dan vanadium bersegregasi kedalam

karbida. Berbeda dengan karbon, semua unsure tadi terdiri dari

atom besar yang terdisfusi relative lambat dan menghambat

pembentukan perlit.

9

Gambar 3.2

Gambar 3.3

Temper sebagai suatu proses dapat dijadwalkan secara

terpisah dalam produksi; begitu terbentuk, martensit yang

metastabil ini dapat bertahan terus pada suhu ruang untuk

waktu yang tak terhingga. Namun demikian, martensit hanya

dapat terbentuk dari austenit yang dikuens. Oleh karena itu,

kuens harus dilakukan sebelum temper.

Partikel- partikel karbida awal yang terbentuk selama temper

hanya dapat dilihat dengan dengan bantuan mikroskop electron,

karena ukuran mereka terletak dalam skala submicron. Partikel-

partikel dengan ukuran seperti ini memiliki daerah batas

interfasa yang besar, dan dengan demikian menekankan pada

penguatandengan pembatasan plastik. Indeks

kekerasanmencapai 65 pada sekala Rc, jika kadar karbon lebih

besar 0,5 persen. Partikel-partiel karbida berkaolesensi perlahan-

lahan pada 200oC, yang di tunjukkan oleh penurunan kekerasan

10

yang berlangsung perlahan-lahan pada baja AISI-SAE 1080

(eutektoid) di Gambar 3.4. Suhu yang lebih tinggi menyebabkan

pertumbuhan karbida yang lebih cepat dan mempercepat

perlunakan. Temper-berlebih (atau lewat-temper, overtempering)

dapat terjadi, dan biasanya tidak diinginkan.

NOMOR AISI

ATAU SAE*KOMPOSISI UNS**

10xx Baja karbon biasa ^ G10xx0

11xx Baja karbon biasa (resulfurisasi untuk

mesin)G11xx0

15xx Mangan (1.0-2.0%) G15xx0

40xx Molibdenum (0.20-0.30%) G40xx0

41xxKromium (0.40-1.20%), molibdenum (0.08-

0.25%)G41xx0

43xxNikel (1.65-2.00%), kromium (0.40-0.90%)

molibdenum (0.20-0.30%G43xx0

44xx Molibdenum (0.5%) G44xx0

46xxNikel (1.40-2.00%), molibdenum (0.15-

0.30%)G46xx0

48xxNikel (3.25-3.75%), molibdenum (0.20-

0.30%)G48xx0

51xx Kromium (0.70-1.20%) G51xx0

61xx Kromium (0.70-1.10%), vanadium (0.10%) G61xx0

81xx Nikel (0.20-0.40%), kromium (0.30-0.55%) G81xx0

11

molibdenum (0.08-0.15%)

86xxNikel (0.30-0.70%), kromium (0.40-0.85%)

molibdenum (0.08-0.25%)G86xx0

87xxNikel (0.40-0.70%), kromium (0.40-0.60%)

molibdenum (0.20-0.30%)G87xx0

92xx Silikon (1.80-2.20%) G92xx0

* xx: kadar karbon 0.xx persen

** Unified Numbering System (UNS) lebih rumit dibandingkan penomoran AISI-SAE,

karena mencakup semua paduan komersial yang ada (kini mendekati 10.000). akan

tetapi, kedua system tersebut setara. Untuk paduan UNS, baja karbon biasa dan baja

paduan rendah menggunakan prefix G ditambah digit kelima untuk varian yang akan

dating. Jadi, AISI-SAE 4017 menjadi G40170

^ semua baja karbon biasa mengandung ±0.50 persen mangan, dan sekitar

(<0.05%b) unsur sisa lainnya

Tabel 3.1

3.1 Kuens Terputus

Ketika besi bertransformasi dari autensit fcc menjadi ferit

bcc (atau sebaliknya) kita dapat melihat bahwa dapat terjadi

perubahan volume sebesar 1,4 persen. Perubahan serupa juga

terjadi pada transformasi austenit menjadi martensit, sehingga

menimbulkan menimbulkan kesulitan pada kuens.

Bagian luar pada produk baja memuai dengan adanya reaksi (

γ →M) sedangkan bagian-bagian dalamnya masih panas dan

ulet. Oleh karena itu, tidak ada tegangan yang muncul. Namun

apabila austenit yang berada di bagian pusat yang mengalami

pendinginan lebih lambat itu bertransformasi, pemuaian akan

12

terjadi pada kulit luar dari permukaan martensit yang rapuh dan

kaku. Retak kuens biasanya terjadi akibat tegangan yang timbul.

Roda gigi yang dikuens dan ditemper (Baja Paduan-

Rendah). Reaksi (y α + C)

dalam baja karbon terlalu cepat

untuk memungkinkan

terbentuknya martesit dalam

roda gigi ini ketika di kuens.

Penambahan paduan dalam

jumlah kecil (hingga 1 sampai 2

persen – tabel 3.1)

akanmenunda dekomposisi

austenit dan memacu

pembentukan martesit . Hal ini diikuti dengan temper untuk

meningkatkan ketanguhan baja.

Gambar 3.4

Dengan memperhatikan diagram transformasi-isotermal,

kita dapat mellihat adanya alternatif untuk menggantikan kuens

langsung. Alternatif ini disebut dengan kuens terputus ( atau di

sebut juga martenper atau markuens).

Pada proses ini baja dikuens dengan cepat melewati lutut dari

kurva transformasi untuk mencegah terbentuknya (α + C), tetapi

pendinginan di hentikan sementara pada suhu tepat di atas Ms.

Pendingin kemudian di lanjutkan dengan laju yang rendah

melalui rentang martensit hingga mencapai suhu ruang, agar

permukaan dan bagian pusat baja dapat bertransformasi secara

seampak, dan dengan demikian menghindarkan retak kuens.

Pendinginan lebih lambat mungkin terjadi pada suhu yang lebih

rendah karena transformasi (α + C) tetunda, sedangkan

martensit langsung terbentuk begitu suhunya turun.

13

Gambar 3.5

Dari segi produksi, proses ini lebih rumit di bandingkan

dengan proses kuens langsung, karena laju pendinginan harus di

geser dari kuens ke satu posisi “tahan” dan kemudian laju

pendingin yang lambat. Sama dengan kuens langsung, di sini

juga di hasilkan martensit, sehingga harus di temper untuk

mendapatkan ketangguhan.

3.2 Sifat-sifat

Gambar 3.6 merangkum berbagai proses perlakuan-baja.

Sifat yang dihasilkan sangat beragam, seperti tampak di tabel

1.2 untuk baja AISI-SAE 4140 (0,40 persen C ditambah 0,4

hingga 1,2 persen Cr dan 0.08 hingga 0,25 persen Mo). Baja ini

relative tangguh, tetapi berkekuatan sedang, baik dalam kondisi

penganilan maupun speroidisasi. Martensit, meskipun sangat

keras dan pada dasarnya kuat, tidak memiliki ketangguhan, oleh

karena itu mudah retak. Martensit temper sebaliknya, memiliki

kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik apabila mengalami

14

perlakuan panas yang sesuai. Biaya perlakuan panas dapat

dibenarkan mengingat kebutuhan berbagai aplikasi.

Gambar 3.6

Tentu saja, ada banyak jenis baja lain: baja karbon biasa,

baja paduan rendah , baja tahan-karat, dan lain-lain. Oleh karena

itu, Insinyur tidak hanya mempunyai banyak pilihan, tetapi juga

dapat mengambil manfaat dari ke multigunaan masing-masing

baja.

8. KEMAMPUAN KERAS BAJA

Penting sekali untuk membedakan pengertian kekerasan

dan kemampukerasan. Kekerasan adalah ukuran ketahanan

terhadap deformasi plastik oleh indentasi. Kemampukerasan

(hardenability) adalah “mudah tidaknya” kekerasan dapat

dicapai.

15

Gambar 4.1 memperlihatkan nilai maksimum dari

kekerasan dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja; nilai

kekerasan maksimum ini hanya diperoleh aapabila terbentuk 100

persen martensit. Baja yang bertransformasi dengan cepat dari

austenit menjadi ferit plus karbida memiliki kemampukerasan

rendah karena terbentuk (ɑ + C) dan bukan martensit.

Sebaliknya, baja yang bertransformasi sangat lambat dari

austenit menjadi ferit plus karbida memiliki kemampukerasan

yang lebih besar. Kekerasan mendakati maksimum dapat dicapai

dengan kuens yang kurang cepat dalam baja dengan

kemampukerasan yang tinggi, dan kekerasan yang lebih tinggi

dapat dicapai di pusat sepotong baja messkipun pada bagian ini

laju pendinginnya lebih lambat.

Gambar 4.1

4.1 Kurva Kemampukerasan

16

Pada baja tertentu, terdapat hubungan langsung dan

kosisten antara kekerasan dan laju pendinginan. Namun,

hubungan ini tidak linear. Lebih dari itu, dasar-dasar teoretis

untuk analisis kuantitatif sangat rumit. Untunglah, di sini dapat

digunakan metode uji yang distandardisasikan sehingga para

insinyur dapat melakukan perkiraan yang dapat diperlukan

Mengenai kekerasan untuk berbagai aplikasi dalam satu atau

dua menit, serta perbandingan nilai kekerasan antara baja-baja

dalam waktu yang singkat. Metode uji yang dimaksud adalah uji

jominy. pada pegujian ini, suatu batang bulat berukuran standar

dipanaskan hingga terbentuk austenite hingga ujung nya dikuens

semburan air dengan laju dan tekanan sesuai spesifikasi. Sperti

yang diperlihat kan pada gambar 4.2. Nilai kekerasan sepanjang

gradiens laju pendinginan ditentukan denngan alat uji kekerasan

Rockwell , dan hasil nya diplot sebagai kurva kemampuan

kekerasan ( gambar 4.3)

Gambar 4.2

17

Gambar 4.3

Ujung yang dikuens didinginkan sangat cepat sehinngga

mencapai kekerasan maksimum untuk kandungan karbon

tertentu dari baja yang sedang diuji. Laju pendinginan pada jarak

terntentu dari ujung kuens lebih lambat, ( Gambar 4.4) dan

akibatnya nilai kekerasannya juga lebih rendah (Gambar 4.3 ).

Data laju pendinginan dari gambar 4.4 umun nya berlaku nya

untuk semua tipe baja karbon biasa dan baja paduan rendah,

karena memiliki nilai densitas,kapasitas panas, dan konduktifitas

panas yang setara-tiga sifat yang mempengaruhi dufusivitas

termal.*

Gambar 4.5 memperlihatkan kurva kemampukerasan

untuk beberapa jenis baja yang umum. Kurva ini merupakan plot

dari kekerasan versus laju pendinginan. Laju dinyatakan dalam

°C/det di absis atas. Namun, umumnya kita lebih mudah

menggunakan jarak dari ujung yang kuens, atau Dqe (juga

disebut jarak jominy), karena dapat diplot langsung dari data

18

laboraturium. Kita akan menggunakan prosedur yang

disederhanakan ini.

Gambar 4.4

Kita dapat mengamati beberapa hal dari gambar 4.5 baja-

baja paduan rendah ( SAE 4140 dan 4340) mempunyai

kemampukerasan yang lebih baik dibandingkan denga baja

karbon biasa (10xx), yaitu untuk laju pendinginan tertentu,

kekerasannya mendekati maksimum. Secara spesifik, untuk baja

kadar C 0,40 persen, kekersan maksimum adalah ~60Rc sesuai

gambar 4.1. pada Dqe = 10 mm (dimana lp ( laju pendinginan ) =

25°C/det ), kekerasan baja 4340 dan 4140 masing masing adalah

55Rc dan 48Rc ; sedang kekerasan baja 1040 hanya 26Rc. seperti

diduga sebelum bahwa baja karbon tinggi lebih keras (1060

versus 1040 versus 1020; hal ini berlaku, baik untuk laju

pendinginan yang cepat ( Dqe =0 mm) maupun unutk laju

pendinginan lambat (dqe=30mm).

19

4.2 Pemakaian kurva kemampukerasan

Kurva kemampukerasan kuens-ujung mempunyai nilai praktif

yang bearti karena :

1. Jika ketahui laju pendinganan baja dalam setiap kuens, kita

dapat langsung mengetahui kekerasan dari kurva

kemampukerasan untuk baja tersebut.

2. Jika kita dapat mengukur kekerasan pada titik tertentu ,

kita dapat mengetahui laju pendinginan dititik itu dari

kurva kemampukerasan baja tersebut.

Gambar 4.5 menampilkan kurva kemampukerasan ujung

kuens untuk baja AISI-SAE 1040 dengan besar butir dan

komposisi tertentu yang ditunjukan. Ujung yang dikuens

mempunyai kekerasan mendekati kekerasan maksimum untuk

baja karbon 0,40 persen karena pendinginan sangat cepaat dan

hannya martensit yang terbntuk. Akan tetapi, dekat dengan

ujung yang dikuens, laju pendinginan tidak cukup cepat untuk

menghindari terbentuk nya ferit dan karbida, dan dengan

demikian kekerasan maksimum di titik itu tidak tercapai.

Dilaboraturium, juga dapat ditentukan laju pendinginan

pada batang baja. Table 4.5, misalnya, menunjukkan laju

pendinginan baju suhu autektoid untuk permukaan, jari-jari

tengah, dan pusat dari batang bulat 73-mm yang dikuens dalam

air dan minyak yang

diaduk dengan kecepatan sedang. Laju pendinginan ini

ditentukan oleh termokopel-termokopel yang dibenamkan

didalam batang selama perlakuan kuens. Data serupa dapat

diperoleh dari batang dengan diameter yang berbeda. dat dapat

diperoleh dari batang dengan diameter yang berbeda. Data

tersebut dirangkum pada gambar 4.6.

20

Gambar 4.5

Dengan menggunakan data pada gambar 4.6 dan kurva

kemampuan kekersan, kita dapat memprediksi profil kekerarsan

( hardness treverse ) yang terdapat dalam baja setelah dikuens.

Sebagai contoh, laju pendinginan di pusat batang bulat 75-mm

yang dikuens dalam minyak adalah 5,5°C/ det.karena pusat dari

batang bulat yang besar ini mempunyai laju pendinginan yang

sama dengan batang uji jominy pada titik 25 mm dari ujung yang

dikuens, kekerasan pada posisi tersebut akan sama. Jadi, apabila

batangnya adalah baja AISI-SAE 1040 ( gambar 4.5 ), kekerasan

pada pusat adalah 23Rc. gambar 4.5 juga menenjukkan bahwa

kekerasan pada pusat untuk barang 75-mm baja jenis lain yang

kuens –minyak (pendinginan 5,5°C/det) adalah :

AISI-SAE 1040 4140 1020 4340 1060

21

RC: 23 36 14 52 24

Tabel 4.1

Gambar 4.6

22

Laju pendinginan batang baja bulat. (a) di kuens

dalam air yang diaduk, dan (b) dalam minyak yang

diaduk. Absis atas, laju pendinginan pada 700°C; absis bawah,

posisi ekuevalen pada batang ujung-kuens. ( C, pusat; M-R,

setengah jari-jari; S permukaan ; garis terputus, perkiraan kurva

untuk 34

jari-jari ). Panas penguapan air yang tinggi menghasilkan

kuens cepat dalam medium kuens itu.

4.3 Kekerasan Temper

Kekerasan berkurang dengan bertambahnya lama temper

karena partikel-partikel karbida berkoalesensi. Data dari gambar

tersebut berlaku untuk baja eutektoid karbon biasa (SAE 1080).

Temper pada baja paduan berjalan lebih lambat.* Data untuk

laju temper tersedia dalam buku-buku metalurgi yang ditulis

untuk para insinyur yang harus menspesifikasi proses-proses

perlakuan panas untuk baja-baja tertentu.

Contoh

Tentukanlah laju pendinginan di bagian pusat dan setengah jari-

jari dari batang baja bulat berdiameter 20 mm (0,79 in.) ketika

dikuens di dalam air yang diaduk. (Batang tersebut cukup

panjang sehingga tidak ada efek ujung.)

Prosedur Gunakan Gambar 4.6, dimana terdapat grafik laju

pendinginan versus diameter batang dan posisi radial untuk

kuens di air (bagian a) dan untuk kuens minyak ( bagian b).

karena laju pendinginan (LP) berkurang terhadap temperature

(sehingga berkurang pula terhadap waktu), kita umumnya

menspesifikasi laju ketika temperature melampaui 700oC (absis

atas). Sebagai alternatif, dan demi kemudahan , karena plot LP

23

umumnya tidak linear, kita memberikan indeks pada laju

pendinginan sesuai dengan posisi pada pengujian kuens-ujung

Jominy yang distandardisasi (absis bawah).

Jawaban Dari Gambar 4.6(a) untuk kuens air, dan dengan

menggunakan absis atas,

LPpusat = ~60oC/s

Sebagai alternatif, dengan menggunakan absis bawah,

LPpusat = D qe untuk 4,5 mm

Dari Gambar 4.4, kita lihat bahwa

D qe untuk 4,5 mm = 60oC/s

Dengan cara yang sama,

LPsetengah jari-jari = D qe untuk 2,5 mm = ~100oC/s

Catatan Perhatikanlah bahwa pusat berdiameter 20-mm adalah

10-mm dari permukaan batang itu. Akan tetapi, di lokasi ini laju

pendinginan jauh lebih cepat selama kuens, dibandingkan

dengan lokasi yang berjarak 10 mm dari ujung batang Jominy,

dimana laju pendinginan adalah 25oC/det. Laju pendinginan itu

lebih cepat karena panas dialirkan ke semua arah radial dan

tidak hanya dalam arah memanjang . Selain itu , terdapat

reservoir panas yang harus melalui titik 20-mm dari batang

kuens.

24

BAB III

PENUTUP

Dalam pembuatan makalah tentang ilmu bahan 2 ini, penusun makalah menyimpulkan bahwa :

Secara umum dalam duniapendidikan terutama bagi mahasiswa yang mengambil jurusan teknik otomotif. Dalam pemaparannya, ilmu bahan 2 sangat penting unyuk mengetahui struktur mikro logam dan pengubah sifat logam sehingga mahasiswa mampu mengubah sifat material sehingga sesuai dengan yang dibutuhkan dalam bidang otomot

24

DAFTAR PUSTAKA

http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/Anrinal/Metalurgi%20Fisik/Materi%20Ajar%20(Doc-Version)/BAB%20VIII%20Perlakuan%20Panas.DOC

Van Vlack Lawrence H. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material.Jakarta: Erlangga

25