klpk 11 ht

LABORATORIUM METALURGI FISIK HEAT TREATMENT

BAB II

TEORI DASAR

A. Pengertian Heatreatment dan Sifat-Sifat Material

Heatreatment (uji perlakuan panas) adalah suatu kombinasi dari

pemanasan dan pendinginan pada baja untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu dari

pada baja pada batas-batas kemampuannya. Dapat juga dikatakan bahwa

Heatreatment adalah suatu proses untuk merubah sifat-sifat ddari logam sampai

suhu tertentu kemudian didinginkan dengan media pendingin tertentu.

B. Sifat-sifat Material

a. Sifat Mekanik

Sifat mekanik adaalah sifat bahan yang dapat diketahui dengan

memberikan suatu perlakuan terhadap material. Pada beberapa cabang industri,

pengujian mekanik yang biasa dilakukan seperti uji tarik, kekerasan, impak,crep

dan fatik, digunakan bukan untuk mempelajari keadaan cacatnya (defect state)

tapi untuk memeriksa kualitas produk yang dihasilkan berdasarkan suatu standart

spesifikasi.

b. Sifat Fisis

Sifat fisis adalah sifat bahan yang dapat diketahui tanpa memberi suatu

perlakuan, hanya melihat struktur luar dari material tersebut. Contohnya :

kerapatan(densitas), sifat-sifat termal,konduktifitas listrik, dan sifat magnetik.


C. Jenis – jenis Proses Heatreatment

a) Anneling (Melunakkan)

Proses Anneling atau melunakkan baja adalah proses di mana

pemanasan dilakukan sampai di atas temperature merata kemudian

dilakukan pendinginan di dalam tungku, di jaga agar bagian dalam dan luar

logam kira-kira sama sehingga diperoleh struktur yang diizinkan. Tujuan

dari Anneling antara lain untuk melunakkan material, menghilangkan

tegangan sisa dan memperbaiki struktur butir

b) Queenching (Pencelupan)

Pencelupan adalah pemanasan sampai kira-kira beberapa derajat di

atas temperature kritis 723 oC. Apabila suhu merata kemudian didinginkan

dengan menggunakan media pendingin air atau air garam maka diperoleh

austenit yang homogen atau martensit yang halus. Tujuannya yaitu

meningkatkan sifat kekerasan material serta kegetasannya.

c) Normalizing

Normalizing yaitu suatu proses panas logam sampai mencapai fasa

austensit yang kemudian didinginkan secara perlahan-lahan dengan media

pendingin udara. Prinsip dari Normalizing adalah untuk menormalkan

kembali kondisi logam setelah mengalami perubahan struktur akibat fatik

atau sejenisnya. Digunakan untuk proses pembuatan benda dari logam

melalui proses yang mengalami ketegangan.


d) Tempering

Tempering merupakan proses pemanasan logam di bawah temperature

kritisnya kemudian didinginkan. Bertujuan untuk mengurangi kekerasan

baja yaitu dengan mengurangi struktur martensit yang sangat kuat. Jika

kekerasan turun maka kekuatan tarik akan turun pula. Sedang keuletan dan

ketangguhan akan meningkat meskipun proses ini menghasilkan baja yang

lebih lunak.

e) Case Hardening

Yaitu proses pengerasan terhadap permukaan logam atau proses

pemanasan logam sampai temperature kritisnya 723 oC kemudian

didinginkan dengan cepat dengan media pendingin.

D. Analisa Viskositas Dan Densitas pada Media Pendingin

1) Air Garam ( = 1025 kg/m3 , v = 1,01 Pa.s)

Laju pendinginan lebih sepat dari media pendinginan yang lain. Hal ini

disebabkan karena massa jenisnya yang lebih besar dari media pendingin

lain. Butiran kristal mampu menyerap menghasilkan martensit bersifat keras

dan getas

2) Air Biasa ( = 998 kg/m3 , v = 1,01 Pa.s)

Viskositasnya lebih kecil sehingga proses pendinginannya lebih cepat

dari yang lain kecuali air garam. Hal ini disebabkan karena jarak antara


atom-atom di dalam air lebih rapat dan menghasilkan struktur martensit

yang buirannya lebih besar.

3) Solar ( = 981 kg/m3 , v = 3,25 Pa.s)

Laju pendingnannya lambat karena viskositasnya besar dan massa

jenis kecil.Menghasilkan struktur martensit, pearlit dan ferit sifat-sifatnya

keras dan lunak dengan butirn pearlit yang halus.

4) Oli ( = 981 kg/m3 , v = 4,02 Pa.s)

Pendinginan lebih lambat karena viskosiyasnya yang besar.

Menghasilan struktur ferit dan pearlit bahkan lebih cepat dibandingkan

solar.

5) Udara

Struktur yang dihasilkan lunak dan kuat di mana laju pendinginan

sangat lambat, karena udara memiliki massa jenis kecil dan viskositasnya

dianggap tidak ada untuk bahan yang static.

E. hal – hal yang mempengaruhi laju pendinginan

1. Viskositas

Viskositas merupakan kekentalan atau tingkat kekentalan yang dimiliki

suatu fluida atau zat cair. Semakin tinggi angka viskositasnya, maka semakin

lambat laju pendinginannya. Misalnya pada oli atau air garam, dimana air garam

memiliki tingkat viskositas yang rendah, namun massa jenisnya tinggi sehingga

laju pendinginan cepat dibandingkan oli yang memiliki tinggi sehingga laju

pendinginan cepat dibandingkan dengan oli yang memiliki tingkat viskositas


tinggisehingga panas sulit menguap dengan cepat sehingga laju pendinginan

lambat.

2. Densitas atau kerapatan (massa jenis)

Densitas merupakan massa jenis yang dimiliki media pendingin (fluida).

Semakin tinggi densitas yang dimiliki suatu media pendingin maka semakin cepat

laju pendinginannya.

3. Temperatur

Semakin tinggi temperature suatu bahan maka luju pendinginanjuga

semakin lambat, tetapi ini tergantung dari media pendingin yang digunakan,

semakin rendah temperature yang dibutuhkan suatu bahan maka semakin cepat

laju pendinginannya.

4. Waktu

Semakin cepat laju pendinginan maka waktu yang diperlukan semakin

sedikit/singkat, begitu juga sebaliknya semakin lama laju pendinginan maka

waktu yang dibutuhkan semakin banyak.

http://garispandang.blogspot.com/2011/03/hal-hal-yang-mempengaruhi

kecepatan.html

http://garispandang.blogspot.com/2011/03/hal-hal-yang-mempengaruhi%20kecepatan.html

http://garispandang.blogspot.com/2011/03/hal-hal-yang-mempengaruhi%20kecepatan.html


F. Grafik TTT (Time Temperature Transformation)

Dari diagram TTT tersebut, dapat dilihat pengaruh media pendingin pada

struktur yang dihasilkan pada specimen.

o Kurva I (Air Garam)

Pendinginan menggunakan air garam, waktu pendinginannya lebih cepat.

Potongan baja saat dicelupkan ke air garam akan mengalami penurunan

temperature dan melewati fasa austenit di mana potongan baja sangat

keras dan getas.


o Kurva II (Air)

Pada saat pemotongan baja yang telah dipanaskan kemudian dicelup dalam

air yang laju pendinginannya lebih lambat dari air garam. Potongan baja

saat dicelupkan akan mengalami penurunan temperature dan melewati fasa

austenit di mana potongan baja lunak dan ulet, dan berhenti pada fasa

martensit di mana potongan baja keras dan getas.

o Kurva III (Solar)

Pada saat pemotongan baja yang telah dipanaskan, dicelupkan dalam solar

yang laju pendinginannya lebih lambat dari air, potongan baja saat

dicelupkan akan mengalami penurunan temperature dan melewati fasa

austenit () + ferit () + karbida (C) di mana potongan baja lunak dan ulet,

dan mulai menjadi keras.

o Kurva IV (Oli)

Pada saat pemotongan baja yang telah dipanaskan kemudian dicelup dalam

oli yang laju pendinginannya lebih lambat dari solar. Potongan baja saat

dicelupkan akan mengalami penurunan temperature dan melewati fasa fasa

austenit () + ferit () + karbida (C) atau pearlite di mana potongan baja

yang lunak dan ulet, serta mempunyai sufat magnetic dan keras.

o Kurva V (Udara)

Potongan baja yang didinginkan dengan udara akan sangat lambat laju

pendinginannya. Di mana bahan/ baja akan berhenti pada fasa pearlit yang

lunak dan ulet serta bersifat magnetic.


G. DIAGRAM CCT (Continuos Cooling Transformation)

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.

Gambar. 3 Diagram CCT (Continous Cooling Transformation)


(http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm)

Penjelasan diagram:

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

menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

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

menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

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

struktur mikro martensit.

Pada contoh gambar diagram diatas menjelaskan bahwa bila kecepatan

pendinginan naik berarti bahwa waktu pendinginan dari suhu austenit turun,

struktur akhir yang terjadi berubah dari campuran ferit — perlit ke campuran ferit

— perlit — bainit — martensit, ferit — bainit — martensit, kemudian

bainitmartensit dan akhirnya pada kecepatan yang tinggi sekali struktur yang

terjadi adalah martensit.

(http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm)

http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm



H. DIAGRAM Fe - Fe3C

Gambar.1 Diagram Kesetimbangan Fasa Fe - Fe3C

Sumber : http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm

Penjelasan diagram:

1. Pada kandungan karbon mencapai 6.67% terbentuk struktur mikro

dinamakan Sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan).

Sifat – sifat cementitte: sangat keras dan sangat getas

2. Pada sisi kiri diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat

rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.



3. Pada baja dengan kadar karbon 0.83%, struktur mikro yang terbentuk

adalah Perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik

Eutectoid.

4. Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik

eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferit dan

perlit.

5. Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6.67%,

struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan

sementit.

6. Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah,

akan terbentuk struktur mikro Ferit Delta lalu menjadi struktur mikro

Austenit.

7. Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun

dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh

menjadi Austenit.

Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses

pendinginan perubahan – perubahan pada struktur kristal dan struktur

mikro sangat bergantung pada komposisi kimia

Sumber : http://www.steelindonesia.com/article/02-heat_treatment.htm

Penekanan terletak pada Struktur mikro, garis-garis dan Kandungan

Carbon.

a. Kandungan Carbon



1) 0,008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada

temperature kamar

2) 0,025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada Ferrite pada

temperature 723Derajat Celcius

3) 0,83%C = Titik Eutectoid

4) 2%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Gamma pada

temperature 1130 Derajat Celcius

5) 4,3%C = Titik Eutectic

6) 0,1%C = Batas kelarutan Carbon pada besi Delta pada

temperature 1493 Derajat Celcius

b. Garis – garis

1) Solidus adalah garis yang menunjukkan temperatur di mana zat

tersebut stabil dalam keadaan padat

2) Likuidus adalah garis yang menunjukkan temperatur di mana zat

tersebut stabil dalam keadaan cair

3) Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat

denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution

4) Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma

(Austenite)

5) Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit

menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.

6) Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite

(Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Likuidus&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Solidus_(kimia)&action=edit&redlink=1


7) Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi

magnetic pada Cementid.

8) Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi

magnetic pada Ferrite.

c. Struktur mikro/fasa utama

1) Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas

maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723

Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic)

dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon

0,008%C.

2) Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas

maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat

Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).

3) Cementit ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C

dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan

struktur kristalnya Orthohombic.

4) Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan

Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius

dengan kandungan Carbon 4,3%C.

5) Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid

yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan

kandungan Carbon 0,83%C.


Sumber :(http://gregoriusagung.wordpress.com/2009/01/30/heat-treatment-

annealing-quenching/)

I. Sistem Kristalografi

1. Bentuk Kubus

a = b = c

α = β = γ = 90o

c

b

a

Kristal kubus mempunayai 3 jenis sel satuan bagian yang terkecil dari

suatu bahan yang bentuknya tetap dan beruang

a. Kubus sederhana (SC)

b. Kubus Mulia (FCC = Face Centered Cubic)

http://gregoriusagung.wordpress.com/2009/01/30/heat-treatment-annealing-quenching/

http://gregoriusagung.wordpress.com/2009/01/30/heat-treatment-annealing-quenching/


c. Kubus Dalam (BCC = Body Centered Cubic)

2. Tetragonal

Tetragonal terbagi atas 2 :

a. ST (Simple Tetragonal)

b. BCT (Body Central tetragonal)

a = b ≠ c

α = β = γ = 90o

3. Orthorombik

a. SO (Simple Orthorombik)

b. FCO (Face Centered Orthorombik)


c. BCO (Body Centered Ortorombik)

a ≠ b ≠ c

α = β = γ = 90o

b

c

a

S.o f.c.o b.c.o

b.c.o

4. Rhombohedral


a = b ≠ c

α = β = γ ≠ 90o

5. Heksagonal

a = b ≠ c

α = 120o

c

b

a

Heksagonal Sederhana

6. Monoclinik

a ≠ b ≠ c

β = γ ≠ 90o

Simple Monoclinik (S.M) Body Centered Monoclinik (B.C.M)


7. Tridimik

a ≠ b ≠ c

α ≠β ≠γ ≠ 90o

c

b

a

Simple Tridimik (S.T)

J. Unsur-Unsur Paduan

1) Karbon (C)

Pada baja karbon biasanya kekerasan dan kekuatannya meningkat

sebanding dengan kekuatan karbonnya, tetapi keuletannya menurun dengan

naiknya kadar karbon. Prosentase kandungan karbon akan memberikan sifat

lain pada baja karbon di antaranya: kemampuan untuk dibentuk, diperkeras,

diolah mesin, kemampuan untuk dilas dan sebagainya.

2) Mangan (Mn)


Mangan berfungsi untuk memperbaiki kekuatan tariknya dan

ketahanan ausnya. Unsur ini memberikan pengerjaan yang lebih mengkilap/

bersih dan menambah kekuatan dan ketahanan panas baja karbon.

3) Silikon (Si)

Silicon ditambahkan untuk memperbaiki homogenitas pada baja.

Selain itu, dapat menaikkan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan

pendinginan pendinginan kritis sehingga baja karbon lebih elastis dan cocok

dijadikan sebagai bahan pembuatan pegas.

4) Posfor (P)

Posfor dalam baja dibutuhkan dalam prosentase kecil yaitu maksimum

0.04% yang berfungsi untuk mempertinggi kualitas serta daya tahan material

terhadap korosi. Material yang mengandung Posfor di atas 0.04% akan

mempunyai kecenderungan untuk menjadi getas dan mudah retak.

Penambahan posfor dimaksudkan pula untuk memperoleh serpihan kecil-

kecil pada saat proses permesinan.

5) Belerang (S)

Sulfur dimaksudkan untuk memperbaiki sifat-sifat mampu mesin.

Keuntungan sulfur pada temperature biasa, dapat memberikan ketahanan aus

pada gesekan tinggi.

6) Khrom (Cr)

Krom dengan karbon membentuk karbida dapat menambah keliatan,

menaikkan daya tahan korosi dan daya tahan terhadap keausan yang tinggi

keuletannya berkurang.


7) Nikel (Ni)

Sebagai unsur paduan dalam baja konstruksi dan baja mesin, nikel

memperbaiki antara lain kekuatan tarik, sifat tahan korosi, sifat tahan panas,

dan sifat magnitnya.

8) Molibden (Mo)

Molibden mengurangi kerapuhan pada baja karbon tinggi,

menstabilkan karbida serta memperbaiki kekuatan baja.

9) Titanium (Ti)

Titanium adalah logam yang kunak tetapi bila dipadukan dengan nikel

dan karbon akan lebih kuat, tahan aus, tahan temperature dan tahan korosi.

10) Wolfram/Tungsten (W/T)

Paduan ini dapat membentuk karbida yang stabil yang sangat keras,

menahan suhu pelumasan dan mengembalikan perubahan bentuk/struktur

secara perlahan-lahan.

K. Pengelompokan dan Standarisasi Baja

1) Amerika Serikat

a) ASTM ( American Society for Testing Materials )

o Strogen Steel (H3 9M-94)

o High Strength Low alloy Structure Steel (H2 42M-93a)

o Low and Intermediate tensile Strength carbon silicon,

steel plate for machine pane and general construction (A 284M-38)


o High Steel Strength. Quenhead and Temporal alloy steel

plate euatable for andirum (A 514-94m)

o Structural Steel mide 290 MPa minimum Yield point

(BMM) maximum

o High Strongth Low alloy alambium vanadium steel of

structural quality (43,72m-94a)

o Structural carbon steel plate of improved longers (AS

37M-93a)

o High Strength Low alloy Structural Steel 345 MPa

minimum yield point 100 mm thickness (AS 88M-94a)

o Normalized high Strength Low alloy Structural Steel

(A633-94a)

o Low carbonate hardening, nikel copped evanium

monodin, corombium and nikel copper columbion allow steel

(A710M-94)

o Hot road stuktural steel high Strength Low alloy plate

with improved in ability (A 610 M-93a)

o Quenhead and tempered carbon steel plates for structural

aniration (A 678-94a)

b) AISI (Americal Iron and Steel Institute) and SAE (Society of

Automotive Engineers)

Baja menurut standarisasi AISI dan SAE merupakan spesifikasi

dengan loxx digunakan untuk paduan yang sangat minimal. Contoh baja


AISI, SAE 1445, ini berarti kandungan karbonnya adalah 0,4% dengan

paduan uranium (0,4%-1,4%)

c) Menurut UNS (United Numbering System)

Baja menurut standar UNS hampir sama dengan standar AISI dan

SAE, hanya saja menggunakan huruf di depan ditambah lima digit untuk

jenis tambahan lainnya misalnya baja AISI,SAE A 0,70% UNS menjadi

G41070 di mana awalnya G untuk baja karbon paduan rendah.

2) Jepang (JIS = Japan Industrial Standar)

o Rolled Steel for general structural (G 3101-87)

o Rolled Steel for walled structural (G 3106-92)

o Hot Rolled Atmosphetle corrosion resisting steel (G

3128-87)

o Hot Yield Strength Steel plate for walled structural (G

3128-87)

o Superior atmosphere corrosion resistant steel (G 3215-87)

3) Standarisasi Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norm.)

o Steel for general structural purposes (17100-80)

o Waldable tine astin steel (17102-83)

4) Standarisasi Perancis (NF)

o Structural Steel (A 35-501-87)

o Structural Steel Imprived atmosphere votection vistance

(H 35-502-DA)


DAFTAR PUSTAKA

Pengetahuan Bahan Teknik, Prof. Ir. Tata Surdia MS. Met., E dan

Prof. Dr. Shiroku Saito. Pradya Pratama.

Ilmu Teknologi Bahan, Lawrence H. Van Vlack, dan Sriati Djaprie

Erlangga, Jakarta.

klpk 11 ht

Documents