its undergraduate 14169 2706100009 presentation

5/16/2018 ITS Undergraduate 14169 2706100009 Presentation - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/its-undergraduate-14169-2706100009-presentation 1/41

L/O/G/O

www.themegallery.com

PRESENTASI SIDANG TUGAS AKHIR

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN DANMEDIA PENDINGIN TERHADAP STRUKTURMIKRO DAN

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH A 36

OLEH :DIDA MAULIDA2706 100 009

DOSEN PEMBIMBING :BUDI AGUNG K, ST, M.ScIr. WAHID SUHERMAN

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA



ABSTRAKPengerasan pada baja karbon rendah memang jarang dilakukan. Biasanya

dilakukan untuk tujuan penormalan atau sedikit menambah kekerasan agar mudah di machining

Salah satu peningkatan sifat mekanis baja karbon rendah dapat dilakukan dengan cara memanaskan baja hingga temperature austenisasi diikuti pendinginan cepat, hot work dan continous annealing yang diikuti quenching dan tempering. Dengan memvariasikan temperature pemanasan pada daerah dua fasa A1 – A3 dan pada temperature austenisasi maka didapatkan kekerasan dan kekuatan yang beragam.

Dalam penelitian ini akan digunakan baja karbon rendah dengan kandungan 0,17%C yang akan di panaskan pada temperature 730,860 dan 960˚C diikuti dengan pendinginan dalam 3 media berbeda yakni air,oli dan udara. Kemudian akan dianalisa pengaruh variasi temperature pemanasan terhadap pembentukan strukturmikronya,kekerasan serta sifat mekanik baja karbon rendah setelah diberi perlakuan panas dengan melihat hasil pengujian tariknya. Hasil yang didapatkan bahwa pemanasan pada temperature 860˚C dengan pendinginan air menghasilkan peningkatan paling optimal baik kuat tarik dan kekerasannya sebesar 616,3 MPa dan 159 HVN.

Kata Kunci : baja karbon rendah, quenching, intercritical temperature, Sifat mekanik



PENDAHULUAN

Topik yang melatarbelakangi dilakukannya penelitian ini :

LATAR BELAKANG

SIFAT BAJA

KARBONRENDAH YANGULET &

TANGGUH,NAMUNSUSAH

DIMACHINING

KEBUTUHANBAJA KARBON

RENDAHDALAM

INDUSTRIOTOMOTIFDENGAN

MODIFIKASIPERLAKUAN

PANAS

DASAR

PERLAKUANUNTUK

MENDAPATKANSTRUKTUR

DUAL PHASEFERRITE-

MARTENSIT



ACUAN PENELITIAN

Wear

Structure

Tensile &Work

Hardening

Tensile&

Microstructure

Effect of waterquenching process on

microstructure and

tensile propertiesof low alloy cold rolled

dual-phase steelQingge Meng , Jun Li , Jian

Wangc,Zuogui Zhang , LixiangZhang

(China,2008)

The Effect Of VariationHeating TemperaturesAnd Quenching Media

On Microstructure,Hardness and

Mechanical PropertiesOf Low Carbon Steel

A36

An evaluation of thewear behaviour of a

dual-phase low-carbonsteel

M. Aksoy , M.B. Karamq, E. Evin(Turki,1995)

Influence carbonand/or iron carbide

on the structureand

properties of dual-phase steels

I.A. El-Sesy ,Z.M. El-Baradie (Cairo,2002)

The effect of intercritical heat treatmenttemperature on the tensile properties

and work hardening behavior of ferrite –martensite dual phase steel sheets

P. Movaheda, S. Kolahgara, S.P.H. Marashia, M.Pouranvari , N. Parvina (Iran,2009)

Tensile&

Hardness



Bagaimana kadar karbon dapat mempengaruhipembentukan strukturmikro baja karbon rendah

setelah pemanasan dan pendinginan cepat?

Bagaimana pengaruh variasi temperaturpemanasan dan pendinginan terhadap

strukturmikro daerah dua fasa baja karbonrendah?

Bagaimana pengaruh perbedaan perlakuan panasdan pendinginan yang dilakukan terhadap sifat

mekanis baja?



1. Material uji yang digunakan

mempunyai komposisi kimia yangdianggap homogen

2. Pengaruh variasi tebal specimen danatmosfer saat pemanasan diabaikan.

BATASAN

MASALAH



TUJUAN

menganalisa pengaruh variasitemperatur pemanasan dan

media pendingin pada daerahdua fasa terhadap sifat

mekanis, struktur mikro dan

kekerasan baja karbon rendah.



TINJAUAN PUSTAKA

• KONSEP DASAR METALURGI PERLAKUAN PANAS



DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTHERMAL

• Seiring dengan meningkatnya kadar karbon dalam paduan besi, kurva akansemakin bergeser ke kanan. Saat kurva semakin ke kanan, pendinginanakan cenderung melambat meski masih ada struktur martensit yangterbentuk.

IT DIAGRAM UNTUK BAJA EUTECTOID



CCT DIAGRAMdiagram ini akan menunjukkan secara grafis transformasi fasa

pada saat pendinginan lanjut (continous cooling) dan temperaturberlangsungnya transformasi tersebut. Seiring dengan

meningkatnya kadar karbon dalam paduan besi, kurva akansemakin bergeser ke kanan. Saat kurva semakin ke kanan,

pendinginan akan cenderung melambat meski masih ada strukturmartensit yang terbentuk .

TIME

TOC

CCRCRW

A3

A1

MF

MS

γ

γ+α

PEARLITE

CCT untuk Low CarbonTIME

TOC

CCRCRW

A3

A1

MF

MS

γ

γ+α

PEARLITE

CCT untuk High Carbon



Pengaruh Perlakuan Panas

• Normalizing• Annealing

– Diffusion Annealing

– Softening – Phase-recrystallisation Annealing atau full

annealing

– Stress Relief Annealing

– Intercritical Anneal



• NormalizingNormalising dapat diartikan sebagai pemanasan pada temperaturaustenisasi yang diikuti dengan pendingan sangat lambat dalammedia udara baik udara diam maupun udara bergerak. Umumnyapemanasan sekitar 55˚C diatas upper critical line pada diagram fasabesi karbon.

• Annealingbaja dipanaskan pada temperatur tinggi mencapai temperaturaustenitenya kemudian didinginkan lambat hingga temperatur sedikt

di bawah titik kesetimbangannya




Critical Temperature (Temperatur Kritis):temperatur mulai dan selesainya transformasi austenite selamapemanasan berlangsung, yang ditunjukkan oleh garis AC1 dan AC3

pada baja hypoeutectoid atau garis AC1 dan Acm pada bajahypereutectoid.

• Temperatur kritis dapat dihitung menggunakan komposisi kimiaactual dari suatu baja. untuk baja hypoeutectoid menggunakanpersamaan seperti dibawah ini (ASM vol 4: “Heat Treating”)

• AC1(°C) = 723 - 20.7(% Mn) - 16.9(%Ni) + 29.1(%Si) - 16.9(%Cr).Standard deviation = ± 11.5 °C.

• AC3(°C) = 910 - 203 %C - 15.2(% Ni) + 44.7(% Si) + 104 (% V) +31.5(% Mo). Standard deviation = ± 16.7 °C.




• Diffusion Annealinguntuk mengurangi ketidakhomogenan yang disebabkan oleh komposisikimia, atau bahkan ketidakhomogenan likuisasi yang terjadi selamakristalisasi paduan. Proses ini dilakukan pada temperatur 1100-1300˚C saatberbentuk larutan padat γ. Struktur ditunjukkan dengan adanya goresan-goresan (smearing) dendrite yang diakibatkan peningkatan temperatur dan

waktu pemanasan.

• Softeningdilakukan untuk mendapatkan struktur pearlite yang lebih merata. Metodesederhana pada proses ini adalah dengan memanaskan baja padatemperatur sedikit di atas A1 dan menahannya selama beberapa jam




• Phase-recrystallisation Annealing atau full annealingPemanasan baja yang semakin mendekati temperatur A3 dengan lajupendinginan yang lebih singkat, struktur yang terbentuk akan semakinhalus. Untuk perlakuan jenis ini, pendinginan dilakukan dalam mediaudara.

• Stress Relief AnnealingPada proses ini, temperatur pemanasan tidak mencapai A1. Untuk bajakarbon biasanya tidak lebih dari 550-650˚C. Stress-relief annealingdimaksudkan untuk menghilangkan tegangan dalam yang timbul sebagaiakibat dari proses pengerjaan dingin atau machining yang dialami

sebelumnya.




• Intercritical Anneal

Bila temperatur austenisasi dekat dengan A1 atau waktuaustenisasinya pendek, karbida yang belum sepenuhnya terlarutakan masih tersisa sehingga menyebabkan austenite tidak

homogen. . Kehomogenan struktur austenite mempengaruhiterbentuknya lamellar carbide saat pendinginan.




PENDINGINAN

QUENCHING• Quenching diartikan sebagai pendinginan cepat atau sangat cepat suatubaja dari temperatur austenisasinya yakni sekitar 815 - 870˚C. Prosesquenching bertujuan untuk memperbaiki penyebaran ferrite padakebanyakan baja karbon, baja paduan, dan baja perkakas. Selain ituquench juga berguna untuk mengontrol jumlah martensite dalam

mikrostrukturnya.• Proses quench dapat dilakukan pada media cair maupun gas. Media

pendingin (quenchant ) cair yang umum dipakai antara lain Oli denganberbagai kekentalan, air, Larutan polimer encer, larutan garam atau larutansoda abu. Sedangkan media pendingin gas yang biasa dipakai yakni gasmulia seperti helium, argon dan nitrogen. Media gas ini terkadangdigunakan setelah proses austenisasi pada ruang vakum.



DUAL PHASE

STEEL

baja yang memilikiperpaduan dua fasa yakni

ferrite dan martensit.Strukturmikronya berupa

sekelompok martensityang tersebar dalam

ferrite. Struktur dua fasatersebut didapatkan

dengan austenisasi padatemperatur sedikit di atasA3 kemudian didinginkanhingga daerah dua fasa

(two phase region)selanjutnya pendinginancepat sampai temperatur

kamar.

• Good Formability• Low Yield

Strength

• High StrainHardening



LOW CARBON

0,1-0,2% C

1. Interkritikal austenisasi (Intercriticalaustenization) rapid cooling

2. Hot-rolling dengan kandunganpenghambat transformasi seperti Cr,

Mn dan Mo.3. Continous annealing

quenching&tempering.



METODOLOGIMULAI

PERSIAPANSPESIMEN

PEMOTONGAN

SPESIMEN

ANNEAL PADA

730°C , T=30 MENIT

(Water Quench,Oil

Quench, Air Cooling)

AC-1,OQ-1,WQ-1

ANNEAL PADA

860°C, T=30 MENIT

(Water Quench,Oil


AC-2,OQ-2,WQ-2

ANNEAL PADA 960°C,

T=30 MENIT

(Water Quench,Oil


AC-3,OQ-3,WQ-3

ANALISA

STUKTURMIKRO

PENGUJIAN

KEKERASAN

PENGUMPULAN

DATA

ANALISA DATA DAN

PEMBAHASAN

SELESAI

PEMOTONGAN

SPESIMEN

PENGUJIAN TARIK

MATERIAL TANPA

PERLAKUAN

KESIMPULAN



METODE PENELITIAN• Dalam penelitian ini digunakan metode pengujian strukturmikro

(ASTM E 3), pengujian kekerasan (ASTM E 18), dan pengujian tarik(JIS 2201/5).

• BAHAN : 3 set material (ukuran 300mm x 50mmx8mm).Spesimenyang akan digunakan pada percobaan ini yaitu baja A 36 dengantebal 5-8 mm.

C

(%)

Si

(%)

Mn

(%)

P

(%)

S

(%)

Ni

(%)

Cr

(%)

Cu

(%)

0,17 0,15 0,85 0,028 0,20 0,036 0,10 0,34

KOMPOSISI KIMIA BAJA A36



PROSEDUR PELAKSANAANPROSEDUR PERLAKUAN PANAS

Masing-masing specimen yang telah dipotong akan diberi perlakuanyang beda. Penentuan temperatur pemanasan untuk bajahypoeutectoid berdasarkan ASM volume 4 yaitu :

• AC1 (˚C)= 723 - 20.7(% Mn) - 16.9(%Ni) + 29.1(%Si) - 16.9(%Cr).

Standar deviasi = + 11.5 ˚C• AC3 (˚C) = 910 - 203 %C - 15.2(% Ni) + 44.7(% Si) + 104(% V) +

31.5(% Mo). Standar Deviasi = + 16.7˚C

Sehingga didapatkan batas temperatur AC1 = 710,85 ≈ 711˚C dan

AC3 = 883˚C



nama Perlakuan 2 Holding Time Pendinginan

AC-1Anneal

730˚C30 menit Udara

OQ-1Anneal

730˚C30 menit Oli

WQ-1Anneal

730˚C

30 menit Air

AC-2Anneal


OQ-2Anneal

860˚C30 menit Oli

WQ-2

Anneal

860˚C 30 menit Air

AC-3Anneal


OQ-3Anneal

960˚C30 menit Oli

WQ-3 Anneal960˚C

30 menit Air

PERLAKUAN PANAS PADA MASING-MASING SPESIMEN



PENGUJIAN

• Pengujian Metalografi mikrostruktur dan makrostuktur

Dilakukan dengan sesuai standar ASTM E 3. Prosesmeliputi:

• Pemotongan spesimen

• Mounting spesimen (bila diperlukan)

• Grinding dan polishing• Pemolesan dari grade 100-2000

• Etsa

• Pengetsaan dilakukan menggunakan larutan nital

• (5%HNO3,95%Alkohol) selama 3 – 4 detik.

• Pengambilan foto



• Pengujian Kekerasan RockwellPengujian dan pengukuran material ini dilakukan sesuai standar

ASTM E18. Indentor dalam pengujian kekerasan menggunakanmetode Rockwell A adalah indentor intan berbentuk kerucut.

• Spesifikasi pengujian hardness :

• Bentuk Indentor : kerucut

• Material indentor : intan

• Sudut Puncak Indentor : 120

• Beban : 588 N

• Temperatur Pengujian : 25 ºC

PENGUJIAN

12

3

4

5



• Pengujian TarikUntuk pengujian tarik ini digunakan standar pengujian JIS 2201 / 5

untuk baja karbon rendah berbentuk plat Informasi yang dapatdiambil dari grafik ini meliputi besarnya beban tarik, terjadinya yield,besarnya tegangan dan regangan.

• Panjang keseluruhan (L) : 320 mm

• Gage length (G) : 50 + 0,25 mm

• Lebar (w) : 25 + 3 ( -6 ) mm

• Tebal (t) : 8 mm

• Jari-jari ( r ) : 13 mm

• B : 10 mm

• C : 50 mm

PENGUJIAN

t

G

L

AB

W

r

C



Spesimen Uji Tarik

Mesin Uji Tarik Proses Uji Tarik

PENGUJIAN



ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN



Angka Kekerasan (dalam HRA)

Titik

Uji

Spesim

en

Awal

Air Cooling Water Quench Oil Quench

1*) 2**) 3***) 1 2 3 1 2 3

1 40 39.5 41 42 49 54 54 41 44 46

243 43 41 42 41 53 53 45 44 47

3 37 35 42 43 41 50 50 41 46 46

4 39 31 42 41 46 49 49 44 43 47

5 39 37 43 41 46 50 50 43.5 47 46

Rata-

rata

39.6 37.1 41.8 41.8 44.6 51.2 51.2 42.9 44.8 46.4

DATA UJI KEKERASAN

Note : *) : dipanasakan pada T=730˚C**): dipanaskan pada T=860˚C***): dipanaskan pada T=960˚C

TABEL ANGKA KEKERASAN ROCKWELL A PADA TIAP TITIK INDENTASI



DATA UJI KEKERASAN



No Code

Material

Spesification Sample W1

(mm)

Th1

(mm)

L1

(mm)

A1

(mm2

)

ΔL

(mm)F. Yield

(kN)

F.

Ultimat

e

(kN)

Width

(mm)

Thick

(mm)

Lo

(mm)

Ao

(mm2)

1. SA 24.22 7.79 50 188.6 17.37 3.57 66.83 62.01 16,83 63 86

2. WQ-1 24.23 7.75 50 187.8 18.64 3.85 60.41 71.76 10.41 77 114

3. WQ-2 25.14 7.68 50 193.1 18.86 3.85 60.81 72.61 10.81 73 119

4. WQ-3 25.27 7.68 50 194.1 18.10 3.52 64.13 63.71 14.13 76 104.5

5. OQ-1 23.96 7.74 50 185.4 17.19 3.86 68.24 66.35 18.24 71 90.5

6. OQ-2 24.34 7.65 50 186.2 16.53 3.20 66.44 52.89 16.44 72 90

7. OQ-3 24.65 7.65 50 188.6 17.80 3.70 65.14 65.86 15.14 75 92.5

8. AC-1 24.94 7.71 50 192.3 17.62 3.49 68.07 61.49 18.07 68 84.5

9. AC-2 24.94 7.81 50 194.8 17.49 3.71 66.39 64.88 16.39 59 81.5

10 AC-3 25.19 7.63 50 192.2 18.06 3.63 65.06 65.55 15.06 54 80.5

DATA UJI TARIK

TABEL DATA HASIL UJI TARIK



No Code

Material

F. Yield

(kN)

F.

Ultimate

(kN)

Yield

Stress

(103. MPa)

Ultimate

Stress

(103. MPa)

Strain

(mm)

Reduct. Of

Area

(%)

Elongation

(%)

1. SA 63 86 0.3339 0.4558 0.3366 67.13 33.66

2. WQ-1 77 114 0.4104 0.6070 0.2082 61.78 20.82

3. WQ-2 73 119 0.3780 0.6163 0.2162 62.39 21.62

4. WQ-3 76 104.5 0.3916 0.5384 0.2826 67.17 28.26

5. OQ-1 71 90.5 0.3828 0.4880 0.3648 64.22 36.48

6. OQ-2 72 90 0.3866 0.4833 0.3288 71.59 32.88

7. OQ-3 75 92.5 0.3977 0.4905 0.3028 65.07 30.28

8. AC-1 68 84.5 0.3536 0.4394 0.3614 68.01 36.14

9. AC-2 59 81.5 0.3029 0.4184 0.3278 66.68 32.78

10 AC-3 54 80.5 0.2809 0.4188 0.3012 65.89 30.12

DATA UJI TARIK

TABEL DATA PERHITUNGAN HASIL UJI TARIK



DATA UJI TARIK



PENGUJIAN METALOGRAFI

Pearlite

Ferrite

Pearlite

Ferrite

SPESIMEN AWAL

SPESIMEN PENDINGINAN UDARA (AIR COOLING / AC)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C

Perbesaran500x

Perbesaran1000x

Ferrite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Ferrite

Ferrite

Ferrite

Ferrite

Ferrite




Pearlite

Ferrite

Pearlite

Ferrite

SPESIMEN AWAL

SPESIMEN PENDINGINAN AIR (WATER QUENCHING/WQ)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C

Perbesaran500x

Perbesaran1000x

Widmanstätten

Ferrite

Widmanstätten

Ferrite

Ferrite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Ferrite

Ferrite

Ferrite

Ferrite

Ferrite




Pearlite

Ferrite

Pearlite

Ferrite

SPESIMEN AWAL

SPESIMEN PENDINGINAN OLI (OIL QUENCHING/OQ)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C

Perbesaran500x

Perbesaran1000x

Ferrite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Ferrite

FerriteFerrite

Ferrite

Ferrite Widmanstätten

Ferrite

Widmanstätten

Ferrite



DATA PENUNJANG

• MICROHARDNESS VICKERS (P=0,2 N)

Indentasi padadaerah terang (ferrite)

Indentasi padadaerah gelap (pearlite)

Nama

Spesimen

Kekerasan pada titik ke- (VHN)*

1 2 3 4 5

WQ-1 189.5 189.4 189.4 189.3 189.3

WQ-2 200.6 208.3 190.2 201.9 220.7WQ-3 239.8 260.8 255.8 250.4 240.2

OQ-2 210.7 195.4 180.9 209.8 211.8

AC-2 178.9 179.2 153.3 157 146



KESIMPULAN• Semakin tinggi temperatur pemanasan dengan pendinginan lambat menyebabkan

terjadinya penurunan kekerasan dan kuat tarik baja. Pemanasan pada daerah dua

fasa dengan pendinginan cepat menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik dengankenaikan angka kekerasan dan kuat tarik yang lebih tinggi.

• Kekerasan paling tinggi : specimen WQ-2 angka kekerasan rata-rata 51.2 HRA dankekerasan paling rendah: specimen AC-1 dengan kekerasan rata-rata 37.1 HRA.

• Kuat tarik paling tinggi : specimen WQ-2 sebesar 616,3 MPa.

Kuat tarik terendah : specimen AC-2 sebesar 418,4 MPa.

• Kekerasan yang dialami oleh specimen yang didinginkan dalam media oli dan udaramemiliki angka kekerasan dan kuat tarik yang tidak terlalu signifikan perbedaannya.

• Semakin tinggi temperatur pemanasan dengan pendinginan lambat, makin banyakkarbon terlarut dalam austenitenya.

• Semakin tingginya temperatur pemanasan pada temperatur austenisasi denganpendinginnan lambat menyebabkan semakin banyak ferrite yang tumbuh. Struktur

pearlite yang terjadi terlihat lebih kecil-kecil. Sedangkan temperatur pemanasansemakin mendekati daerah dua fasa austenite-ferrite dengan pendinginan yangcenderung cepat, menghasilkan bentuk ferrite yang tidak beraturan dan berbeda satusama lain. Ferrite ini disebut Widmanstätten Ferrite. Struktur yang lain berupaAllotriomorphic ferrite yang berbentuk lebih kecil dan halus.



L/O/G/Owww.themegallery.com

Thank You!

its undergraduate 14169 2706100009 presentation

Documents