keterkerasan baja (hardenability of steels)

8/10/2019 Keterkerasan Baja (Hardenability of Steels)

1/24

Laporan Akhir

Praktikum Rekayasa Material

Modul E Keterkerasan Baja (Hardenability of Steel)

oleh :

Nama : Saniy Shabrina

NIM : 13111060

Kelompok : 7

Anggota (NIM) : Yusuf Galuh (13112014)

Mario Gazali (13112049)

Irlangga Belly (13112053)

Vera Miranda Batubara (13112064)

Hutama Yoga Wisesa (13112078)

Fadhil Hidayat (13112082)

Galang Erlangga (13112102)

Tanggal Praktikum : 29 Oktober 2014

Tanggal Penyerahan Laporan : 3 November 2014

Nama Asisten (NIM) : Azkal Fata Herzasha (13710058)

Laboratorium Teknik Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2014


2/24

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini perkembangan zaman semakin marak dan cepat mengakibatkan

perkembangan teknologi yang semakin baju. Seiring perkembangan teknologi yang

semakin pesat, maka dibutuhkan komponen-komponen yang mendukung perkembangan

teknologi yang pesat tersebut, seperti halnya peyediaan logam, disadari atau tidak unsur

logam ini sangatlah penting dalam proses pengembangan teknologi bahkan hampir

menambah semua aspek kehidupan manusia.

Material-material tersebut seharusnya memiliki sifat-sifat material yang

memenuhi suatu standar yang ditentukan, salah satu sifat yang seharusnya memenuhi

standar adalah sifat fisik suatu material yaitu kekuatan suatu material agar ketika

material-material tersebut digunakan sebagai bahan dalam pembuatan suatu komponen,

aspek keamanan masih tetap diperhatikan.

Pengujian kekerasan baja adalah suatu cara untuk mengetahui sifat- sifat material

dengan hasil produksi yang diseleksi. Pada pengujian ini kita ingin mengetahui

bagaimana ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis lokal. Karena dalam

kehidupan sehari-hari kita banyak menjumpai aplikasi yang menggunakan kekuatan pada

suatu material untuk mengetahui tingkat keamanan material tersebut. Sering kita jumpai

juga berbagai problema dalam perancangan, yaitu kurangnya data-data dalam mengetahui

sifat suatu spesimen. Oleh karena itu, untuk menguji kekuatan suatu material maka kita

melakukan tes yang disebut Keterkerasan Baja (Hardenability of Steels).

Tujuan Praktikum

1. Memahami batas-batas peningkatan kekerasan yang bisa dicapai oleh suatu baja.

2. Memahami cara memperkirakan peningkatan harga kekerasan serta kedalaman

kenaikan kekerasan spesimen baja berdasarkan komposisi kimia baja.

3. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi pengerasan baja.


3/24

BAB II

TEORI DASAR

A. Pengertian Kekerasan

Kekerasan merupakan salah satu sifat mekanik suatu material yang penting atau

kekerasan merupakan ketahanan suatu material terhadap deformasi lokal.

Kekerasan berbeda dari kekuatan, kekuatan adalah ketahan suatu sifat material

terhadap suatu deformasi global.

Kekerasan pada baja bisa ditandai oleh seberapa banyak martensit yang

dihasilkan, semakin banyak martensit yang dihasilkan maka akan semakin keras

baja tersebut, karena pada dasarnya sifat martensit adalah keras.

B. Metode Pengujian Sifat Kekerasan

Pengujian sifat kekerasan antara lain dengan Metode Jominy Quench-End,

Metode Bola Baja (oleh Krauss-Baine), dan Metode Grossman. Ketiga metode

ini memiliki perbedaan yaitu,

Metode Jominy Quench-End

Metode ini ditemukan oleh Walter E. Jominy dan A.L. Boegohold pada

tahun 1937. Metode ini menggunakan silinder baja yang memiliki dimesi

panjang 4 inch, dan dengan diameter 1 inch. Cara pengujian dengan

memanaskan silinder baja di dalam tungku selama 30 menit dengan

temperatur 800-900 C, silinder ini setelah dipanaskan pada temperature

austenitnya, dimana pada baja adalah 912 C. Silinder baja kemudian

dipindahkan untuk melangsungkan proses pendinginan pada bagian

ujungnya selama kurang lebih 10 menit, dengan mengikir salah satu sisi

silinder baja yang telah didinginkan barulah mengujinya dengan

menggunakan uji keras dengan indentor Rockwell C. Standar prosedur

dari percobaan ini adalah dengan

menggunakan standar dari material

baja AISI 4140.

Di samping ini merupakan salah satu

contoh pengujian kekerasan dengan


4/24

menggunakan metode Jominy Quench-

End.

Gambar di samping ini merupakan salah

satu standar dimensi pengujuan suatu

material dalam Metode Jominy Quench-

End.

Gambar 2.1 Pengujian Silinder Baja dengan Menggunakan Indentor Rockwell C

Metode Bola Baja (oleh Krauss-Baine)

Metode bola baja KraussBaine menggunakan spesimen dari baja yang

dibentuk menjadi bola. Bola baja kemudian dipanaskan sampai mencapai

temperatur austenisasi kemudian dicelupkan seluruhnya ke dalam wadah

berisi media quenching sampai temperatur spesimen mencapai

temperatur kamar. Kemudian persentase martensit yang terbentuk dengan

cara membandingkan ukuran diameter bola baja sebelum dan sesudah

proses. Tujuan dari metode ini adalah untuk menentukan diameter ideal

dari suatu spesimen berbentuk bola jika ingin dikeraskan.

Pada metode bola baja, harus dipersiapkan beberapa bola baja untuk

dipanaskan kemudian didinginkan.


5/24

Metode Grossman

Pengujian kekerasan dengan metode Grossman adalah dengan

menggunakan material baja diukur diameternya yang mempunyai

struktur mikro tepat di intinya 50% martensit setelah dilakukan proses

hardeningdengan pendinginan tertentu.

Baja berbentuk silinder dengan panjang minimal 5 kali diameternya

dengan variasi diameter dilakukan pengerasan dengan media pendingin

tertentu. Hasil pengujian diuji metallography dan kekerasan, diameter

baja tersebut yang intintinya tepat 50% martensit dinyatakan sebagai

diameter kritis (DO), pada suatu laju pendinginan tertentu.Laju pendinginan dinyatakan sebagai Coefficient of Serevity. Karena

harga DO masih tergantung dengan laju pendinginan tertentu maka

dirumuskan harga diameter baja tersebut (50% martensit) dengan

pendinginan ideal (H=tak hingga) yang disebut sebagai diameter ideal

(DI).

Gamabr 2.2 Hubungan antara Diameter Ideal, diameter baja, dan laju pendinginan

C. Metode Pengerasan

Kekerasan bisa didapatkan dari perlakuan panas (surface treatment). Contoh

beberapa perlakuan panas, yaitu :

Annealing

Annealing adalah suatu proses perlakuan panas (heat treatment) yang

sering dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan

suatu produk. Tahapan dari proses anneling ini dimulai dengan

memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan pada


6/24

temperatur tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai

perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi

dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis annelingitu beraneka

ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperature

pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate),

dll.

Pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850-9500C dalam waktu

yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan. Proses ini berlangsung

didapur (furnace).Butiran yang dihasilkan umumnya besar/kasar.

NormalizingMerupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus,

pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat

dari hasil anneal.

Atau bisa dikatakan sebagai proses memanaskan baja sehingga seluruh

fasa menjadi austenite dan didinginkan pada temperature suhu kamar,

sehingga dihasilkan struktur normal dari perlit dan ferit.

Quenching

Sistem pendinginan produk baja secara cepat dengan cara penyemprotan

air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas kedalam

media air atau oli.

Tempering

Temperingdimaksudkan untuk membuat baja yang telah dikeraskan agar

lebih menjadi liat, yaitu dengan cara memanaskan kembali baja yang

telah diquench pada temperature antara 300F sampai dengan 1200F

selama 30 sampai 60 menit, kemudian didinginkan dengan temperatur

kamar. Proses ini dapat menyebabkan kekerasan menjadi sedikit

menurun tetapi kekuatan logam akan menjadi lebih kuat.


7/24

BAB III

DATA PERCOBAAN

Standar pengujian : Metode Jominy Quench-End

Penguji : Saniy, Yusuf, Mario, Belly, Vera, Hutama, Fadhil, dan Galang

Tanggal pengujian : 29 Oktober 2014

3.1 Prosedur Praktikum

6

Menguji kekerasan dengan Rockwell C pada setiap jarak 5 mm dan mencatatnya

5

Mengikir salah satu bagian spesimen untuk diuji keras dengan menggunakan skalaRockwell C

4

Melakukan proses pendinginan hingga spesimen bertemperatur suhu kamar

3

Memindahkan spesimen untuk proses pendinginan dengan cara penyemprotan air

2Memanaskan spesimen di dalam tungku pada Temperatur Austenitnya selama 30

menit

1

Mempersiapkan spesimen Uji Jominy EQ


8/24

3.2 Tabel Hasil percobaan

Jarak ke

Quench EndJarak (mm)

Kekerasan

HRC

1 5 44

2 10 40

3 15 40

4 20 34

5 25 34

6 30 33

7 35 36

8 40 31

9 45 30

10 50 33

11 55 30

12 60 31

13 65 30

14 70 2715 75 25

3.3 Kurva Kekerasan/Hardenability Curve

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

HRC

distance (mm)

Jominy End-Quench Curved,

Quenched


9/24

3.4 Data Hardenability Band AISI 4140

Jarak dari End

QuenchMax Min

5 59 54

15 54 47

20 51 42

25 49 39

30 48 38

35 46 37

40 44 36

45 43 35

50 41 33

Sumber: Standard Specification for Steel Bars Subject to Restricted End-Quench

Hardenability Requirements1

3.5 Grafik Hardenability Band AISI 4140

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

HRC

distance (mm)

Hardenability Band AISI 4140


10/24

3.6 Grafik Hardenability Band Hasil Percobaan

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

HRC

distance (mm)

Hardenability Band AISI 4140 dan Pada Saat

Pengujian

Max

Min

Pengujian


11/24

BAB IV

ANALISIS DATA

Pada praktikum pengujian kekerasan baja dengan menggunakan Metode Jominy End-

Quench terlihat bahwa hasil pengujian darisurface treatmentpada baja AISI 41040 tidak

berada dalam hardenability band, kurvanya terletak di bawah kurva hardenability band.

Pengertian dari hardenability band adalah garis yang memperlihatkan keadaan

maksimum dan minimum suatu kekerasan baja, ketika suatu pengujian masih berada di

dalam batasan tersebut, maka kekerasannya masih bisa dianggap benar dan memenuhi

standar.

Baja yang diinginkan agar kekerasannya meningkat ternyata dari awalnya kekuatan baja

sebesar 29 HRC meningkat paling besar pada 44 HRC. Perolehan data pada pengujian ke

1-15 dengan jarak terhadap titik ujung quench ada yang berfluktuasi semakin ke bawah,

44 HRC adalah nilai kekerasan baja terbesar dikarenakan pada daerah itu proses

pendinginan dilakukan terlebih dahulu baru ke ujung lainnya. Hasil yang berfluktuasi ini

dikarenakan beberapa kesalahan pada saat proses pengikiran berlangsung, adanya ketidak

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

HRC

distance (mm)

Hardenability Band AISI 4140 dan Pada

Saat Pengujian

Max

Min

Pengujian


12/24

sejajaran antara bidang yang satu dan bidang yang lainnya, sehingga pada saat pengujian

kekerasan nilainya berfluktuasi, dan disebabkan lagi karena pengukuran yang dilakukan

pada ujung-ujung benda kerja karena penyusunannya terletak paling ujung, sehingga

kondisi baja tidak stabil terhadap bentuk penampang V.

Gambar 4.1 Pelaksanaan Pengukuran yang Dilakukan pada Ujung Benda Kerja

Berfluktuasinya hasil yang diperoleh juga dikarenakan pada saat baja telah dipanaskan

dan akan dikeluarkan dari tungku, ada kesalahan peletakan pada medium untuk

mendinginkan sehingga baja harus diletakkan kembali pada tungku jadi proses

pendinginnya tidak sempurna.

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil uji kekerasan pada material baja adalah :

Geometri Benda Kerja

Geometri benda kerja sangat mempengaruhi hasil uji kekerasan pada baja,

dikarenakan pada praktikum kali ini menggunakan benda kerja berbentuk silinder,

maka hasil proses perlakuan panasnya lebih merata dibandingkan dengan material

yang bergeometri yang lainnya.

Komposisi Kimia

Komposisi kimia pada baja sangat mempengaruhi hasil kekerasannya, jika

semakin banyak martensit yang terjadi, maka akan semakin keras material

tersebut.


13/24

MediumQuenching

Semakin besar coefficient of severity suatu medium maka akan semakin cepat

pendinginan berlangsung dan akan semakin cepat baja akan menjadi lebih keras.


14/24

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

1. Proses perlakuan panas akan mempengaruhi dan menaikkan nilai kekerasan dari

suatu material.

2. Semakin jauh benda kerja dari jarak end of quench maka nilai kekerasan dari

suatu baja akan semakin kecil dikarenakan oleh semakin lambatnya kecepatanpendingin pada jarang yang semakin jauh dari end of quench.

3. Berfluktuasinya hasil pengujian yang telah didapatkan pada percobaan kali

dikarenakan ketidaklurusan pada saat melakukan pengikiran, dan pada saat akan

melakukan proses pendinginan melakukan kesalahan pada peletakan material

baja pada wadah untuk mendinginkannya sehingga baja harus memasuki tungku

lagi dan proses pendinginan berlangsung lebih lama.

4. Batas-batas peningkatan kekerasan dari baja dibatasi oleh kurva hardenability,

seperti gambar di bawah ini

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

HRC

distance (mm)

Hardenability Band AISI 4140


15/24

SARAN

1.

Pengujian menggunakan metode lain sehingga praktikan mampu membedakan

pengaruhnya terhadap kekerasan baja.

2. Pengaruh lingkungan sebaiknya diperhitungkan dalam analisis data dikarenakan

akan menyebabkan perubahan yang cukup besar pada material baja yang di uji

kekerasannya.

3. Menggunakan material baja yang lain bukan hanya AISI 4140, agar praktikan

mampu membedakan kekerasan dari berbagai macam material baja.


16/24

DAFTAR PUSTAKA

1.

Dieter,G.E., Mechanical metallurgy,Second Ed, Mc Graw Hill,New York,

1986.

2. http://www.sfsa.org/sfsa/pubs/hbk/s11.pdfdiakses pada 24 oktober 2014

3. Callister Jr., William D., Materials Science and Engineering, An Introduction,

7thEd, John Willey & Sons Inc., New York, 2007

4. http://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-

material

5. http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-

precipitation-hardening/

6. https://www.academia.edu/6959247/Mekanisme_Terbentuknya_Martensit_Seper

ti
http://www.sfsa.org/sfsa/pubs/hbk/s11.pdfhttp://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://hardiananto.wordpress.com/2012/06/29/belajar-kehidupan-dari-fenomena-precipitation-hardening/http://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-materialhttp://www.sfsa.org/sfsa/pubs/hbk/s11.pdf


17/24

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Buat grafik dari hasil percobaan dan berikan analisisnya!

2. Buat Kurva Grafik Hardenability Band dengan perhitungan dari baja yang

ditentukan setelah praktikum!

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80

HRC

distance (mm)

Jominy End-Quench Curved,Quenched

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60

HRC

distance (mm)

Hardenability Band AISI 4140 dan

Pada Saat Pengujian

Max

Min

Pengujian


18/24

3. Apa penyebabnya Secondary Hardening dan Temper Ebrittlement pada proses

penemperan baja!

Secondary hardening dan temper ebrittlement adalah suatu fenomena yang

terjadi akibat adanya proses tempering. Pada baja hypoeutectoid adanya fasa

austenite yang terbentuk sehingga adanyasub zero treatmentsehingga diperlukan

kembali pemanasan sehingga akan mengakibatkan terjadinya fenomena

secondary hardening dan temperature embrittlement.

Tugas Tambahan

1. Sebutkan jenis paduan lain yang dapat membentuk fasa martensit!

Stainless Steel,Nickel, Mangan, dan Cobalt.

2. Sebutkan standar pengujian hardenability dan gambarkan spesimen secara

lengkap!

Standar pengujiannya adalah standar AISI 4140, dengan gambar spesimen :

3.

Jelaskan tentang metode pengerasan (precipitation hardening, grain size, dan

strain hardening)!

Precipitation hardening adalah pembentukan fasa baru melalui

mekanisme difusi dari suatu paduan yang bersifat supersaturated solid-

solution. Fasa presipitat itu sendiri merupakan fasa transisi sebelum fasa

baru terbentuk. Suatu presipitat dapat memperkeras material dikarenakan

alasan yang kurang lebih sama dengan pengerasan akibat interstisial

ataupun cacat, yaitu adanya distorsi dan internal stress sehingga akan

menyulitkan bagi dislokasi untuk bergerak.


19/24

Grain size adalah penghalusan butir yang merupakan salah satu cara

efektif bagi penguatan yang dihasilkan dengan menghalangi pergerakan

dislokasi di sekitar batas butir. Dengan mengecilnya ukuran dari butir

akan meningkatkan batas per unit volume dan mengurangi garis edar

bebas dari slip yang berkelanjutan. Pergerakan selanjutnya membutuhkan

tegangan yang tinggi untuk membuka atau menhasilkan suatu dislokasi

baru pada butir berikutnya.

Gambar A. Salah satu contoh Grain Size

Strain hardening adalah penguatan logam untuk deformasi plastik

(perubahan bentuk secara permanen atau tidak dapat kembali seperti

semula). Penguatan ini terjadi karena dislokasi gerakan dalam strukturKristal dari material. Deformasi bahan disebabkan oleh slip (pergeseran)

pada bidang Kristal tertentu. Jika gaya yang menyebabkan slip

ditentukan dengan pengandaian bahwa seluruh atom pada bidang slip

Kristal seperempat bergeser, maka gaya tersebut akan besar sekali.

Dalam Kristal terdapat cacat kisi yang dinamakan dislokasi, dengan

pergerakan dislokasi pada bidang slip yang menyebakan deformasi

dengan memerlukan tegangan yang sangat kecil.


20/24

4. Mekanisme geser pada martensit!

Transofmasi dari austenit ke martensit terjadi apabila dilakukan pendinginan

cepat(quenching), untuk itu diperlukan suatu diagram yang dapat memberikan

informasi struktur mikro yang terbentuk akibat proses pendinginan yang

berlangsung cepat yaitu diagram TTT (timetemperaturtransformation).

Karakteristik utama yang membedakan transformasi austenit ke martensit dengan

reaksi yang lain adalah reaksi ini tidak melibatkan pengintian dan pertumbuhan

yang dicirikan dengan kontrol difusi atom. Pembentukan martensit didasari pada

proses pergeseran atom yang melibatkan penyusutan dari struktur kristal. Struktur

martensit merupakan konsekuensi langsung dari tegangan disekitar matriks yang

timbul akibat mekanisme geser.


21/24


22/24

Gambar B3. CCT Hypereutectoid


23/24

Rangkuman Praktikum

1.

Kekerasan adalah ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis lokal,sedangkan kekuatan adalah ketahanan suatu material terhadap deformasi global.

2. Hardenability adalah suatu sifat mampu keras pada suatu material yang dapat di

plot pada kurva hardenability, yang menghasilkan fasa martensit.

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi hardenability :

Kadar karbon

Semakin tinggi kadar karbonnya maka akan semakin tinggi kekerasan

bajanya dan semakin rendah kadar karbonnya maka akan semakin rendah

kekerasan bajanya.

Medium Quenching

Semakin cepat kecepatan pendinginannya maka akan semakin tinggi

kekerasan bajanya dan semakin lambat kecepatan pendinginannya maka

akan semakin rendah kekerasan bajanya.

Komposisi kimia

Komposisi kimia pada baja sangat mempengaruhi hasil kekerasannya,

jika semakin banyak martensit yang terjadi, maka akan semakin keras

material tersebut.

Jarak pendinginan

Semakin jauh jarak pendinginannya maka kekerasan pada baja akan

semakin rendah dan sebaliknya.

Geometri benda kerja

Geometri benda kerja sangat mempengaruhi hasil uji kekerasan pada

baja, dikarenakan pada praktikum kali ini menggunakan benda kerja

berbentuk silinder, maka hasil proses perlakuan panasnya lebih merata

dibandingkan dengan material yang bergeometri yang lainnya.

Dari beberapa faktor yang disebutkan di atas, ada tiga faktor utama yang sangat

mempengaruhi hardenability yaitu Medium Quenching, Komposisi Kimia, dan

Geometri benda kerja.

4. Beberapa metode uji kekerasan pada material yaitu Metode Bola Baja (Krauss-

Baine), Metode Grossman dan Metode Jominy End-Quench, dan pada praktikum

kali ini adalah menggunakan Metode Jominy End-Quench.


24/24

5. Fenomena yang terjadi pada tempering adalah secondary hardening dan

temperature embrittlement, sifat yang terbentuk pada saat secondary hardening

ada fasa lain yang terbentuk contohnya yaitu Mn + C Fe3C. Sifat dari

temperature embrittlement mempunyai hasil yang lebih keras dan lebih getas.

keterkerasan baja (hardenability of steels)

Documents