klasifikasi material

34
A. Klasifikasi Material a. Klasifikasi Material Material-material yang sering digunakan didalam masalah teknik di bagi menjadi 4 bagian besar : 1. Logam 2. Keramik 3. Polimer 4. Komposit b. Rangkuman sifat-sifat material sesuai klasifikasi 1. LOGAM Logam yang digunakan sebagai bahan teknik terbagi menjadi 2 yaitu ; logam berbahan dasar Fe (Ferro) atau besi Logam yang tidak berbahan dasar Ferro (non Ferro) Logam berbahan dasar Fe di bagi menjadi : a) Baja Baja adalah paduan antara Fe dan C (besi dan karbon), karbon maksimum dari baja adalah 2,1 %. Karbon didalam baja membentuk karbida besi (Fe3C atau sementit) Berdasarkan komposisi kimia baja dapat di bagi : 1

Upload: ayu-hasin

Post on 10-Feb-2016

17 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

nnnnn

TRANSCRIPT

Page 1: Klasifikasi Material

A. Klasifikasi Material

a. Klasifikasi Material

Material-material yang sering digunakan didalam masalah teknik di bagi menjadi

4 bagian besar :

1. Logam

2. Keramik

3. Polimer

4. Komposit

b. Rangkuman sifat-sifat material sesuai klasifikasi

1. LOGAM

Logam yang digunakan sebagai bahan teknik terbagi menjadi 2 yaitu ;

logam berbahan dasar Fe (Ferro) atau besi

Logam yang tidak berbahan dasar Ferro (non Ferro)

Logam berbahan dasar Fe di bagi menjadi :

a) Baja

Baja adalah paduan antara Fe dan C (besi dan karbon), karbon maksimum

dari baja adalah 2,1 %. Karbon didalam baja membentuk karbida besi

(Fe3C atau sementit)

Berdasarkan komposisi kimia baja dapat di bagi :

Baja karbon :

@. Baja karbon rendah = %C < 0.2%

@. Baja Karbon sedang = 0.2 > %C < 0.5

@. Baja karbon Sedang = %C > 0.5%

1

Page 2: Klasifikasi Material

b) Baja Paduan:

Baja terdiri dari unsur Fe+C, tetapi dalam pembuatan baja tersebut

ditambahkan unsur-unsur paduan yang dapat mempengaruhi sifat-sifat dari

baja tersebut. Unsur-unsur paduan yang biasa ditambahkan dalam

pembuatan baja seperti : Mn, Al, Ni, Cr, S, P, Mg, Si, dsb.

Baja paduan di bagi berdasarkan jumlah persentase unsur paduan yang di

tambahkan

@ baja paduan rendah = apabila jumlah unsur paduannya < 5% , jumlah

ini    tidak merubah sifat baja secara luas.

@ baja paduan tinggi = apabila jumlah unsur paduannya >5%, jumlah ini

akan mempengaruhi sifat baja secara luas contoh : baja tahan karat dengan

unsur paduan Cr >12%.

Berdasarkan Fungsi baja dapat dibagi :

– baja Konstruksi

– Baja Perkakas

– Baja Temperatur tinggi

c) Besi Cor

Besi cor terdiri dari Fe+C , Komposisi karbon pada besi cor di atas 2,1%.

Karbon bebas dari besi cor berupa Grafit yang memiliki sifat getas.

Dari bentuk grafit besi cor dapat dibagi menjadi :

– Besi cor putih ( tidak memiliki grafit dan sifatnya hampir sama

dengan baja karbon tinggi)

– Besi Cor Kelabu (grafit berbentuk pipih)

– Besi cor nodular (grafit berbentuk bulat)

– Besi cor maliable( grafit berbentuk bunga)

2

Page 3: Klasifikasi Material

Sifat –sifat umum dari LOGAM

–          Konduktifitas listrik dan termal yang tinggi

–          Sifat-sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan) umumnya tinggi

–          Masa Jenis relatif tinggi

–          Bersifat korosi

–          Warna yang khas dan tidak transparan

2. KERAMIK

Klasifikasi dari keramik :

Bahan ORGANIK bukan LOGAM;  Penggunaan dan pemakaiannya pada

temperatur tinggi

Bahan dari senyawa LOGAM; (oksida,barida, karbida,dan nitrida)

Penggunaan keramik biasanya untuk Isolator, komponen-komponen

abrasif, dapat digunakan sebagai lapisan penghalang termal contoh Batu

Tahan Api (BTA)

Sifat-sifat umum dari Keramik

–          Keras dan getas

–          Kekuatan tarik rendah

–          Kekuatan Tekan Tinggi

–          Isolator yang baik

–          Tahan korosi

–          Tahan pada temperatur tinggi

3. POLIMER

3

Page 4: Klasifikasi Material

Klasifikasi polimer dapat dibagi berdasarkan :

Sumber atau asal

–          Alam : hewan, tumbuhan, dan mineral

–          Sintetis : hasil polimerisasi hasil polimer adisi

Sifat termal

–          Termoplastik (selulosa, polisterin, Vinil)

–          Termoseting plastik (phenol, amino, furan, gemuk)

Sifat-sifat umum dari polimer

–          Ringan (masa jenis relatif rendah)

–          Tidak tahan temperatur tinggi

–          Kekuatan tarik rendah dan keuletan tinggi

–          Isolator yang baik

–          Modulus elastisitas rendah

4.KOMPOSIT

Merupakan gabungan dua jenis bahan atau lebih yang terdiri dari SERAT

dan MATRIK, digabung dengan konstruksi tertentu tanpa mengubah sifat-

sifat bahan penyusunnya.

Jenis-jenis serat :

–          serat gelas

–          serat karbon

–          serat polimer

–          serat logam

4

Page 5: Klasifikasi Material

Klasifikasi dari komposit tergantung kepada bahan-bahan penyusun

seperti :

Beton bertulang

matrik = pasir, semen,

kerikil

serat = batang baja

Pahat karbida

matrik = Perlit

serat = karbida besi

( sementit)

pahat CERMET

matrik = Keramik

serat = logam

Carbonex

matrik = Resin

serat = serat karbon

B. Diagram Fasa Fe-C

a. Gambar diagram fasa dan penjelasannya

Keterangan diagram Fe-Fe3C :

0,008%C    : batas kelarutan minimum karbon pada ferit pada temperature kamar

0,025%C    : batas kelarutan maksimum karbon pada ferit padatemperatur 723oC

0,083%C    : titik eutectoid

2%C           : batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1130oC

5

Page 6: Klasifikasi Material

4,3%C        : titik eutectoid

18%C         : batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1439oC

Garis A0     :garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic dari sementit

Garis A1     : garis temperature dimana terjadi austenite (gamma)  menjadi ferrit

dalam pendinginan

Garis A2     : garis termperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada ferit

Garis A3     : garis temperature dimana terjadi perubahan ferit menjadi

austenite(gamma) pada pemanasan

Garis A       : garis yang menunjukan kandungan karbon dan transformasi baja

hypoeutectoid

Garis E       : garis yang menunjukan transformasi baja eutectoid

Garis B       : garis yang menunjukkan kandungan karbon dari baja transformasi

baja hypoeutectoid

Garis liquidus: garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan(pembekuan)

Garis solidus: garis yang menunjukan batas antara austenite solid dan austenite

liquid.

6

Page 7: Klasifikasi Material

Transformasi  pada diagram fasa Fe-Fe3C

Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk memahami

struktur mikro dan sifat-sifat baja karbon. Suatu jenis logam paduan besi (Fe) dan

karbon (C). diagram fasa Fe-Fe3C juga merupakan dasar pembuatan baja dan besi

cor dalam pembuatan logam. Karbon larut didalam besi dalam bentuk larutan

padat(solid solution) hingga 0,05% berat pada temperature ruangan. Pada kadar

karbon lebih dari 0,055 akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk

hard  intermetallic stoichiomater compound(Fe3C)yang  lebih dikenal sebagai

cementi atau karbid. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-

informasi penting lain antara lain:

1.      Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan

pendinginan lambat.

2.      Temperature pembekuan dan daerah daerah pembekuan paduan Fe-C bisa

dilakukan pendinginan lambat

3.      Temperature cair masing-masing paduan

4.      Batas-batas kelarutan atau atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa

tertentu.

5.      Reaksi – reaksi metalurgi yang terbentuk.

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi, sifat allotropi

dimiliki besi sendiri ada 3 yaitu:

1.        Delta iron(δ)mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500oC

2.        Gamma iron(γ)mampu melarutkan karbon max 2% pada 1130oC

3.        Alpha iron(α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723oC

Transformasi allotropic pada besi, Fe(δ), Fe(γ) dan Fe(α) terjadi secara difusi

sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperature konstan Karena reaksi

mengeluarkan panas laten.

Diagram fasa besi karbon.

b. Proses Pendinginan

A. Heat Treatment dengan pendinginan tak menerus

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan

pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan

7

Page 8: Klasifikasi Material

struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal

Tranformation Diagram.

Gambar 6.4 Isothermal transformation diagram for 0.2 C. 0.9% Mn steel

Penjelasan diagram:

Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon

dalam baja.

Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik

tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan

strukturperlit dan ferit.

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi

sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit(lebih

keras dari perlit).

Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan

mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

8

Page 9: Klasifikasi Material

Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser

kekanan.

Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya

pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih

besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih

kecil.

B. HEAT TREATMENT DENGAN PENDINGINAN MENERUS

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja

dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu

rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk

dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram. 

Penjelasan diagram:

9

Page 10: Klasifikasi Material

Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan

struktur mikro martensit.

Dalam prakteknya ada 3 heat treatment dalam pembuatan baja:

Pelunakan (Annealing) : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 850 -

9500C dalam waktu yang tertentu, lalu didinginkan secara perlahan (seperti garis-a

diagram diatas). Proses ini berlangsung didapur (furnace). Butiran yang dihasilkan

umumnya besar/kasar.

Normalizing : pemanasan produk setengah jadi pada suhu 875 9800C disusul

dengan pendinginan udara terbuka (seperti garis-b diagram diatas). Butiran yang

dihasilkan umumnya berlangsung bersamaan dengan pelaksanaan penggilingan

kondisi panas (rolling).

Quenching : system pendinginan produk baja secara cepat dengan cara

penyemprotan air pada pencelupan serta perendaman produk yang masih panas

kedalam media air atau oli. Sistem pendinginan ini seperti garis-c diagram diatas.

Selain dari ketiga system heat treatment diatas ada juga heat treatment tahap

kedua pada rentang suhu dibawah austenit yang dinamakan Tempering.

Pemanasan ulang produk baja ini biasa dilakukan untuk produk yang sebelumnya

di quenching. Setelah di temper, maka diharapkan produk tersebut akan lebih

ulet dan liat.

C. Pengerjaan Dingin dan Pengerjaan Panas

a. Pengerjaan dingin vs pengerjaan panas

Proses pengerjaan panas : proses pembentukan yang dilakukan pada

daerah temperature rekristalisasi logam yang diproses. Akibat konkretnya

ialah logam bersifat lunak pada temperature tinggi. Keuntungannya :

bahwa deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relative besar,

hal ini dikarenakan sifat lunak dan sifat ulet pada benda kerja, sehingga

10

Page 11: Klasifikasi Material

gaya pembentukan yang dibutuhkan relative kecil, serta benda kerja

mampu menerima perubahan bentuk yang besar tanpa retak.

2. Proses pengerjaan dingin : proses pembentukan yang dilakukan pada

daerah temperature dibawah temperature rekristalisasi, pada umumnya

pengerjaan dingin dilakukan pada suhu temperature kamar, atau tanpa

pemanasan. Pada kondisi ini, logam yang dideformasi terjadi peristiwa

pengerasan regangan. Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat,

tetapi makin getas bila mengalami deformasi, bila dipaksakan adanya

suatu perubahan bentuk yang besar, maka benda kerja akan retak akibat

sifat getasnya. Keunggulan : kondisi permukaan benda kerja yang lebih

baik dari pada yang diproses dengan pengerjaan panas, hal ini dikarenakan

tidak adanya proses pemanasan yang dapat menimbulkan kerak pada

permukaan. Contoh, proses penarikan kawat, dan pembentukan pelat.

Klasifikasi berdasarkan gaya pembentukan :

1. Pembentukan dengan tekanan, contoh tempa, pengerolan, ekstrusi, pukul

putar.

2. pembentukan dengan tekanan dan tarikan, contoh : penarikan kawat, pipa,

penarikan dalam, dan penipisan dinding tabung.

3. pembentukan dengan tarikan, contoh : tarik regang, ekspansi.

4. pembentukan dengan tekukan, contoh : proses tekuk, proses rol tekuk.

5. pembentukan dengan geseran.

Klasifikasi berdasarkan bentuk benda kerja :

1. pembentukan benda kerja masif atau pejal, ciri : terjadinya perubahan tebal

pada benda kerja secara maksimal, atau mencolok selama diproses.

2. pembentukan benda kerja pelat, ciri : tebal dianggap tetap, karena

perubahan tebal sangat kecil, tetapi perubahan bentuk tertentu saat

dideformasi.

Klasifikasi berdasarkan tahapan produk :

11

Page 12: Klasifikasi Material

1. proses pembentukan primer, proses ini menghasilkan produk setengah jadi.

Contoh : pelat dan profil dari bahan baku berupa ingot, slab dan billet.

2. proses pembentukan sekunder, proses lebih lanjut yang dihasilkan oleh proses

primer, atau proses final. Contoh, penarikan kawat, penarikan dalam, dan

pembuatan pipa dan plat.

Secara makrokopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan

bentuk dan ukuran. Deformasi dibedakan atas deformasi elastis dan

plastis. Deformasi elastis, perubahan bentuk yang terjadi bila ada gaya

yang berkerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan (benda akan

kembali kebentuk dan ukuran semula). Deformasi plastis, perubahan

bentuk yang permanen, meskipun bebannya dihilangkan.

Mekanisme deformasi secara mikro. Secara mikro, perubahan

bentuk baik deformasi elastis maupun plastis disebabkan oleh bergesernya

kedudukan atom-atom dari tempatnya semula. Pada deformasi elasitis

adanya tegangan akan menggeser atom-atom ke tempat kedudukannya

yang baru, dan atom-atom tersebut akan kembali ke tempatnya yang

semula bila tegangan tersebut ditiadakan. Jarak pergeseran atom secara

elastis, yaitu tidak kuran dari 0,5%. Pada deformasi plastis, atom-atom

yang bergeser menempati kedudukannya yang baru dan stabil, meskipun

beban (tegangan) dihilangkan, atom-atom tersebut tetap berada pada

kedudukan yang baru. Model pergeseran atom-atom tersebut disebut slip.

Mekanisme slip.Atom-atom logam tersusun secara teratur

mengikuti pola geometris yang tertentu. Adanya tegangan geser yang

cukup besar, maka atom akan bergeser dan berpindah serta menempati

posisinya yang baru. Bidang-bidang atom yang jaraknay berjauhan adalah

yang kerapatan atomnya tinggi. Maka, bidang slip adalah bidang yang

rapat atomnya tinggi. Pergeseran atom-atom ini juga mempunyai arah,

yang disebut arah slip.

Hubungan antara deformasi dengan teori dislokasi.

Dislokasi yaitu, cacat bidang atau cata garis yang mempermudah

terjadinya slip. Dengan demikian adanya dislokasi akan menurunkan

12

Page 13: Klasifikasi Material

kekuatan logam. Hal ini disebabkan adanya tegangan geser. Dislokasi

yang mencapai permukaan luar dapat diartikan menimbulakan suatu

deformasi, dalam skala mikroskopis. Dislokasi dibedaka atas 2 jenis,

secara model ekstrem :

1. dislokasi sisi, (garis dislokasi tegak lurus terhadap vektor slipnya,

dan arah gerakan dislokasi searah dengan vektor Burgernya).

2. dislokasi ulir, (garis dislokasi searah dengan vektor Burger, arah

gerakan dislokasi tegak lurus terhadap vektor Burger).

Pengaruh pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi

akan menyebabkan naiknya kekerasan, naiknya kekuatan, tatapi disertai

dengan turunyanya keuletan. Untuk mengembalikan logam kesifat semula

(lunak dan ulet) perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda kerja

yang telah mengalami pengerjaan dingin.

Pengaruh pemanasan setalah pegerjaan dingin, perubahan sifat

akibat pemanasan tergantung pada temperatur dan waktu pemanasan.

Prinsip dasarnya ialah bahawa pemanasan terhadap benda kerja yang telah

mengalami deformasi akan menurunkan kerapatan dislokasinya.

Pemanasan pada daerah yang dibawah temperatur rekristalisasai akan

menyebabkan dua hal :

1. terjadinya gerakan dislokasi difusi yang disebut gerakan memanjat

(climb).

2. adanya pengaturan kembali susunan dislokasi yang tadinya kurang teratur

menajdi lebih teratur. Peristiwa ini disebut poligonisasi.

Pengaruh deformasi terhadap temperatur rekristalisasi. Temperatur

rekristalisasi, yaitu pada mulai terjadinya nukleasi inti-inti baru, bukanlah

suatu titik yang tetap sebagimana halnya titik cair logam. Deformasi

menyebabkan kenaikan energi dalam pada logam, yaitu dalam bentuk

kerapatan dislokasi yang lebih tinggi.

13

Page 14: Klasifikasi Material

b. Proses Recovery

Recovery

Recovery adalah pelepasan energi regangan didalam bahan kerena

gerakan dislokasi (karena gaya yang diberikan) disebabkan oleh difusi

atom yang meningkat pada temperatur yang lebih tinggi. Sebagian energi

regangan dilepaskan dan jumlah diskolasi turun, konduktivitas listrik dan

thermal menjadi lebih baik seperti keadaan sebelum dilakukan pengerjaan

dingin. Pada tahapan ini belum terjadi perubahan sifat mekanik maupun

struktur mikro.

D. Perlakuan Baja

Proses Perlakuan Panas Pada Baja

Proses perlakuan panas adalah suatu proses mengubah sifat logam

dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan

pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi

kimia logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas untuk

menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam

akibat proses perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian dari

logam atau sebagian dari logam.

Adanya sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi

struktur mikro dari berbagai jenis logam. Alotropik itu sendiri adalah

merupakan transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) ke

bentuk susunan atom yang lain. Pada temperatur dibawah 910 0C sel

satuannya Body  Center Cubic  (BCC), temperatur antara 910 dan 1392 oC

14

Page 15: Klasifikasi Material

sel satuannya Face  Center Cubic  (FCC) sedangkan temperatur diatas

1392 sel satuannya kembali menjadi BCC.

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat

mekanik agar menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang

sudah dipanaskan didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam

udara terbuka (normalizing).

Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat

material terutama kekerasan dengan cara selup cepat (quenching) material

yang sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air

garam, maupun oli.

Austenisasi Pada Perlakuan Panas

Tujuan proses austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur

austenit yang homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan

bertambah dengan naiknya suhu austenisasi, ini mempengaruhi

karakteristik isothermal. Bila kandungan karbon meningkat maka

temperatur Ms menjadi rendah, selain itu kandungan karbon akan

meningkat pula jumlah grafit akan membentuk senyawa karbida yang

semakin banyak. Proses perlakuan panas selalu diawali dengan

transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain.

Struktur mikro yang dihasilkan lewat transformasi tergantung pada

parameter proses perlakuan panas yang diterapkan dan jenis proses proses

perlakuan panas. Struktur mikro yang berubah melalui transformasi

dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain, dimaksudkan

untuk memperoleh sifat mekanik dan fisik yang diperlukan untuk suatu

aplikasi proses pengerjaan logam. Proses selanjutnya setelah fasa tunggal

austenit terbentuk adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi

oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan

secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi,

dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada

kecepatan difusi.

15

Page 16: Klasifikasi Material

Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya

berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat

mekanik yang keras dan getas. Perubahan struktur mikro selama proses

pendinginan dapat merupakan paduan dari mekanisme difusi dan

mekanisme geser.  Variasi dari pembentukan struktur mikro yang

merupakan fungsi dari kecepatan pendinginan pada baja dari temperatur

eutektoid,

1.Hardening

Hardening adalah perlakuan panas terhadap logam dengan sasaran

meningkatkan kekerasan alami logam. Perlakuan panas menuntut

pemanasan benda kerja menuju suhu pengerasan, jangka waktu

penghentian yang memadai pada suhu pengerasan dan pendinginan

(pengejutan) berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis.

Akibat pengejutan dingin dari daerah suhu pengerasan ini, dicapailah suatu

keadaan paksaan bagi struktur baja yang merangsang kekerasan, oleh

karena itu maka proses pengerasan ini disebut pengerasan kejut.

Karena logam menjadi keras melalui peralihan wujud struktur,

maka perlakuan panas ini disebut juga pengerasan alih wujud.Kekerasan

yang dicapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit) ini diringi

kerapuhan yang besar dan tegangan pengejutan, karena itu pada umumnya

dilakukan  pemanasan kembali menuju suhu tertentu dengan pendinginan

lambat.

Kekerasan tertinggi (66-68 HRC) yang dapat dicapai dengan

pengerasan kejut suatu baja, pertama bergantung pada kandungan zat

arang, kedua tebal benda kerja mempunya pengaruh terhadap kekerasan

karena dampak kejutan membutuhkan beberpa waktu untuk menenmbus

kesebelah dalam, dengan demikian maka kekersan menurun kearah inti.

2. Tempering

Dimana logam yang tidak dikeraskan, dipanaskan sampai

temperature dibawah titik kritis kemudian ditahan dalam waktu yang

secukupnya pada temperature ini kemudian didinginkan perlahan-lahan,

16

Page 17: Klasifikasi Material

tujuannya adalah untuk mengurangi internal strees dan menstabilkan

struktur dari logam

3. Anealing

Anealing adalah perlakuan panas logam dengan  pendinginan yang

lambat.  a) untuk memindahkan tekanan internal atau untuk mengurangi

b) untuk menyuling struktur  kristal (melibatkan pemanasan di atas

temperatur kritis bagian atas). logam dipanaskansekitar 25oC di atas

temperatur kritis bagian atas, ditahan dalam beberapa  waktu, kemudian

didinginkan pelan-pelan di tungku perapian. Proses ini digunakan untuk

memindahkan tekanan internal penuh sebagai hasil proses pendinginan.

Berikutnya pendinginan logam diatur kembali di dalam sama benar untuk

menurunkan energi bentuk wujud, tegangan yang baru dibebaskan

dibentuk dan pertumbuhan butir dukung. Tujuannya untuk menghilangkan

internal stress pada logam dan untuk menghaluskan grain (batas butir) dari

atom logam, serta mengurangi kekerasan, sehingga menjadi lebih ulet

Annealing terdiri dari 3 proses yaitu :

1.      Fase recovery

2.      Fase rekristalisasi

3.      Fase grain growth ( tumbuhnya butir)

Fase recovery adalah hasil dari pelunakan logam melalui pelepasan cacat kristal

(tipe utama dimana cacat linear disebut dislokasi) dan tegangan dalam.

Fase rekristalisasi adalah fase dimana butir nucleate baru dan tumbuh untuk

menggantikan cacat- cacat oleh tegangan dalam.

Fase grain growth ( tumbuhnya butir) adalah fase dimana mikrostruktur mulai

menjadi kasar dan menyebabkan logam tidak terlalu memuaskan untuk proses

pemesinan.

4. Normalizing

Normalizing adalah perlakuan panas logam di sekitar 40oC di atas

batas kritis . logam kemudian di tahan pada temperatur ini untuk masa

17

Page 18: Klasifikasi Material

waktu yang cukup, kemudian didinginkan dengan udara. Hal ini bisa

menghasilkan  temperatur  logam terjaga untuk sementara waktu sekitar 2

menit per mm dari ketebalan, tidak melebihi temperatur kritis  lebih dari

50oC. Struktur yang  diperoleh dalam proses ini adalah perlit

( eutectoid) atauperlit brown  ferrite ( hypoeutectoid) atau perlit brown

cementite ( hypereutectoid). Karena baja didinginkan di dalam air, hasil

proses baik dalam formasi perlit dengan ditingkatkan sifat mekanis

dibandingkan proses anealing Normalizing digunakan untuk  menyuling

struktur butir dan menciptakan suatu austenite yang lebih homogen ketika

baja  dipanaskan kembali,

E. Pengujian Material

Pengujian tarik yaitu pengujian yang bertujuan untuk mendapatkan

gambaran tentang sifat-sifat dan keadaan dari suatu logam. Pengujian tarik

dilakukan dengan penambahan beban secara perlahan-lahan, kemudian

akan terjadi pertambahan panjang yang sebanding dengan gaya yang

bekerja. Kesebandingan ini terus berlanjut sampai bahan sampai

titik propotionality limit. Setelah itu pertambahan panjang yang terjadi

sebagai akibat penambahan beban tidak lagi berbanding lurus,

pertambahan beban yang sama akan menghasilkan penambahan panjang

yang lebih besar dan suatu saat terjadi penambahan panjang tanpa ada

penambahan beban, batang uji bertambah panjang dengan sendirinya. Hal

ini dikatakan batang uji mengalami yield (luluh). Keadaan ini hanya

berlangsung sesaat dan setelah itu akan naik lagi.

1. Pengujian Tarik

Tujuan daripada pengujian ini untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan

perubahan-perubahan dari suatu bahan uji terhadap pembebanan tarik.

Sifat mekanik yang dihasilkan dari pengujian ini adalah :

18

Page 19: Klasifikasi Material

•Kekuatan Tarik Maksimun

•Kekuatan Luluh

•Modulus Elastisitas

•Ketangguhan

•Elongasi / Perpanjangan material

 

2. Pengujian Kekerasan

Kekerasan adalah kemampuan material menahan deformasi plastis. Kekerasan

material menentukan:

o  ketahanan aus.

o  ketahanan gores.

Metode Pengujian kekerasan :

• Metode Goresan – Mohs

• Metode Penekanan / Penusukan

• Metode Pantulan – Shore Schleroskop

 

Macam – macam pengujian dengan cara penusukan :

• Pengujian Rockwell

• Pengujian Brinell

• Pengujian Vickers

• Pengujian Meyer

3. Uji bending

Uji lengkung (bending test) merupakan salah satu bentuk pengujian

untuk menentukan mutu suatu material secara visual. Selain itu uji

bending digunakan untuk mengukur kekuatan material akibat pembebanan

dan kekenyalan hasil sambungan las baik di weld metal maupun

HAZ. Dalam pemberian beban dan penentuan dimensi mandrel ada

beberapa factor yang harus diperhatikan, yaitu  :

1.      Kekuatan tarik (Tensile Strength)

2.      Komposisi kimia dan struktur mikro terutama kandungan Mn dan C.

Tegangan luluh (yield).

19

Page 20: Klasifikasi Material

Berdasarkan posisi pengambilan spesimen, uji bending dibedakan

menjadi 2 yaitu transversal bending dan longitudinal bending.

Transversal Bending :Pada transversal bending ini, pengambilan spesimen tegak

lurus dengan arah pengelasan.

Longitudinal Bending :Pada longitudinal bending ini, pengambilan spesimen

searah dengan arah pengelasan berdasarkan arah pembebanan dan lokasi

pengamatan

4. Uji Impak

Untuk menentukan sifat perpatahan suatu logam, keuletan maupun

kegetasannya, dapat dilakukan suatu pengujian yang dinamakan dengan uji

impak. Umumnya pengujian impak menggunakan batang bertakik.

Berbagai jenis pengujian impak batang bertakik telah digunakan untuk

menentukan kecenderungan benda untuk bersifat getas. Dengan jenis uji

ini dapat diketahui perbedaan sifat benda yang tidak teramati dalam uji

tarik. Hasil yang diperoleh dari uji batang bertakik tidak dengan sekaligus

memberikan besaran rancangan yang dibutuhkan, karena tidak mungkin

mengukur komponen tegangan tiga sumbu pada takik.

Para peneliti kepatahan getas logam telah menggunakan bebagai

bentuk benda uji untuk pengujian impak bertakik. Secara umum benda uji

dikelompokkan ke dalam dua golongan standar. Dikenal ada dua metoda

percobaan impak, yaitu;

1.     Metoda Charpy

Batang impak biasa, banyak di gunakan di Amerika Serikat. Benda

uji Charpy mempunyai luas penampang lintang bujursangkar (10 x 10

mm) dan mengandung takik V-45o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan

kedalaman 2 mm. Benda uji diletakan pada tumpuan dalam posisi

mendatar dan bagian yang tak bertakik diberi beban impak dengan ayunan

bandul (kecepatan impak sekitar 16 ft/detik). Benda uji akan melengkung

dan patah pada laju regangan yang tinggi, kia-kira 103 detik.

20

Page 21: Klasifikasi Material

                       

2.   Metoda Izod

Dengan batang impak kontiveler. Benda uji Izod lazim digunakan di

Inggris, namun saat ini jarang digunakan. Benda uji Izod mempunyai

penampang lintang bujursangkar atau lingkaran dan bertakik V di dekat

ujung yang dijepit.

                                  

Pemanfaatan utama hasil uji Charpy dalam rekayasa adalah untuk

memilih benda yang tahan terhadap patah getas dengan menggunakan

kurva suhu peralihan. Dasar pemikiran perancangan adalah memilih benda

yang mempunyai ketangguhan takik yang memadai untuk berbagai kondisi

pembebanan yang berat sedemikian hingga kemampuan dukung beban

bagian konstruksi dapat dihitung dengan menggunakan metode kekuatan

standar, tanpa memperhatikan sifat-sifat patah dari benda atau efek

konsentrasi tegangan retak atau cacat.

Suhu peralihan benda dapat digolongkan menjadi 3 kategori,

seperti tampak pada gambar 5. Logam kps (FCC) berkekuatan menengah

dan rendah dan sebagian besar logam heksagonal tumpukan padat

mempunyai ketangguhan takik yang demikian tingginya sehingga

kepatahan getas tidak merupakan persoalan, terkecuali dalam lingkungan

kimiawi khusus yang relatif.

 Benda berkekuatan tinggi (σ0 > E/150) mempunyai ketangguhan

takik demikian rendahnya, sehingga patah getas dapat terjadi akibat beban

nominal di daerah elastis pada sembarang suhu dan laju regangan, apabila

terdapat cacat (retakan). Baja berkekuatan tinggi, paduan-paduan titanium

dan aluminium termasuk dalam kategori ini. Pada suhu rendah, terkadi

patah pembelahan getas, sedangkan pada suhu yang lebih tinggi terjadi

perpatahan energi rendah. Pada kondisi seperti inilah, analisis mekanika

patahan merupakan hal yang berguna dan wajar. Ketangguhan takik logam

kubik pusat ruang (BCC) berkekuatan menengah dan rendah, Be, Zn dan

benda keramik sangat tergantung pada suhu. Pada suhu rendah, patah

21

Page 22: Klasifikasi Material

terjadi secara pembelahan, sedangkan pada suhu tinggi terjadi perpatahan

ulet. Jadi, terdapat peralihan dari takik getas ke takik tangguh, apabila

suhu naik.

Kriteria suhu peralihan demikian dinamakan plastik peralihan

patah (fracture transition plastic,FTP). FTP adalah suhu di mana

perpatahan akan mengalami perubenda dari ulet sempurna menjadi patah

getas. Kemungkinan terjadinya patah getas di atas FTP, dapat diabaikan.

Penggunaan FTPdianggap tua dan pada berbagai penerapan,

kriteria FTP kurang praktis. Kriteria lain yang kurang konservatif adalah

berdasarkan suhu peralihan di mana terjadi perpatahan 50% pembelahan

dan 50% geseran, dan disebut T2. Kriteria ini dinamakan suhu peralihan

penampilan patah (fracture-appearance transition temperature, FATT).

Hubungan antara hasil uji impak Charpy dan kegagalan dalam pemakaian

menunjukkan bahwa bila terjadi patah belah pada batang Charpy kurang

dari 70%, maka besar kemungkinan bahwa tidak terjadi patah pada suhu

peralihan atau diatasnya, jika tegangan tidak melebihi setengah tegangan

luluhnya. Secara garis besarnya, akan diperoleh serupa bila digunakan

definisi suhu peralihan T3. T3 adalah nilai rata-rata bagian atas dan bagian

bawah.

Kriteria umum lainnya adalah definisi, suhu

peralihan T4 berdasarkan sembarang nilai energi serap yang

rendah, CV. T4 ini sering disebut suhu peralihan keuletan (ductility

transition temperature).Sesuai dengan hasil pengujian pada pelat baja

kapal Perang Dunia II, terbukti pada pada pelat tidak akan mengalami

patah getas apabila CV sama dengan 15 ft-lb pada suhu uji. Suhu peralihan

dimanaCV = 15 ft-lb menjadi kriteria umum yang diterima untuk baja kapal

kekuatan rendah. Akan tetapi, perlu ditegasakan di sini bahwa untuk benda

lain, CV 15 tidak berlaku.

Kriteria yang didefinisikan dengan cermat adalah penentuan suhu

transisi berdasarkan suhuT5 dimana terjadi patah belah sempurna atau

100%. Titik ini dikenal sebagai suhu tanpa keuletanatau NDT. NDT adalah

22

Page 23: Klasifikasi Material

suhu dimana patah mulai terjadi tanpa didahului oleh deformasi plastik. Di

bawah NDT, kemungkinan terjadinya patah ulet dapat diabaikan.

23