TUGAS METALURGI II“ PENGUJIAN METALOGRAFI

BAJA 1020”

Disusun oleh :

Martha A. Afrianto

2710 100 021

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh

NopemberSurabaya

2011BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Metallography adalah suatu metode untuk menyelidiki struktur logam

dengan menggunakan mikroskop optis dan mikroskop elektron. Struktur/gambar

logam yang terlihat melalui mikroskop disebut mikro struktur. Pengamatan

metalografi dengan mikroskop umumnya dibagi menjadi dua yaitu :

Metalografi Makro : yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran 10-

100 kali

Metalografi Mikro :yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran di

atas 100 kali

Pada gambar ini terlihat daerah lingkup ukuran mikro struktur logam yang

umumnya diamati dengan mikroskop.

Dari gambar 1 ternyata bahwa penyelidikan mikro struktur tersebut

berkisar antara 10-6 cm (batas kemampuan elektron mikroskop hingga 10-2 cm

batas batas kemampuan mata manusia). Meskipun daerah lingkup pengamatan

metallograpy ini mencakup suatu daerah yang luas (10-6 - 10-2 cm) namun

demikian obyek pengamatan yang biasanya digunakan yaitu 10-5 cm atau order

pembesar 5.000 - 30.000 kali untuk mikroskop electron dan 10-3 cm atau order

pembesaran 100 - 1000 kali untuk mikroskop optis.

I.2 Tujuan

Percobaan metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro

suatu baja karbon 1020.

BAB II

DASAR TEORI

II.1 Metallography

Pengamatan Metallography didasarkan pada perbedaan intensitas sinar

pantul permukaan logam yang masuk kedalam mlkroskop sehingga terjadi gambar

yang berbeda (gelap, agak terang, terang). Apabila terhadap permukaan logam

yang telah dihaluskan (polish) dicelupkan kedalam suatu media kimia (etsa), maka

permukaan logam tersebut akan dilarutkan.

Mikro struktur yang berbeda akan dilarutkan dengan kecepatan yang

berbeda sehingga meninggalkan bekas permukaan dengan orientasi sudut yang

berbeda pula. Dengan demikian apabila seberkas sinar dikenakan pada permukaan

logam yang telah di test maka sinar tersebut akan dipantulkan sesuai dengan

orientasi sudut permukaan yang terkena.

Agar permukaan logam dapat diamati secara metallography maka terhadap

permukaan tersebut. Terlebih dahulu dilakukan persiapan berikut :

1. Pemotongan spesimen

2. Mounting spesimen (bila diperlukan)

3. Grinding dan polishing

4. Etsa.

Setelah permukaan spesimen dietsa maka spesimen tersebut siap untuk

diamati dibawah mikroskop dan pengambilan foto metallography.

II.2 Baja Karbon

Menurut komposisi kimianya baja dapat dibagi menjadi dua kelompok

besar yaitu baja karbon (baja tanpa paduan, plain carbon steel dan baja paduan)

Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung sejumlah

unsur lain selain besi dan karbon. Baja karbon masih mengandung sejumlah unsur

lain, tetapi masih dalam batas – batas tertentu yang tidak banyak berpengaruh

terhadap sifatnya. Unsur – unsur ini biasanya merupakan ikutan yang berasal dari

proses pembuatan besi / baja seperti mangan dan silicon, dan beberapa unsur

pengotor seperti belerang, phosphor, oksigen, nitrogen, dan lain – lain yang

biasanya ditekan sampai kadar sangat kecil. Umumnya baja karbon (Plain Carbon

Steel) diklasifikasikan menjadi baja karbon rendah, baja karbon menengah, baja

karbon tinggi.

Baja karbon rendah (Low Carbon Steel / Mild Steel), kadar karbon

sampai 0,3%. Strukturnya terdiri dari ferrit dan sedikit perlit, sehingga baja ini

kekuatanya relative rendah, linak, tetapi keuletannya tinggi, mudah dibentuk dan

dimachining. Baja ini tidak dapat dikeraskan (kecuali dengan pengerasan

permukaan).

Baja karbon menengah (Medium Carbon Steel), kadar karbon 0.3% -

0,7%. Masih terdiri dari ferrit dan perlit juga, dengan perlit cukup banyak,

sehingga baja ini lebih kuat dank eras serta dapat dikeraskan, tetapi getas. Baja

Karbon Tinggi (High Carbon Steel), kadar karbon lebih dari 0,7% lebih kuat dan

lebih keras lagi, tetapi keuletan dan ketangguhannya rendah.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan pada uji metalografi adalah spesimen baja karbon

AISI 1020

III.1.2 Peralatan

Peralatan yang digunakan pada kerja bangku antara lain:

1. Alat Pemotong

2. Hand grinding dengan kertas gosok masing-masing grid 180, 240, 400,

600, 800, 1000, 1500, 2000

3. Etching reagen antara lain Nital (NaOH,HNO3)

4. Mikroskop optis dengan kamera pengambil foto metalografi sampai 500

kali

5. Resin dan katalis

6. Metalpolish

7. Kain Beludru

III.2 Prosedur Kerja

Untuk mengetahui struktur mikro pastinya harus dilakukan preparasi spesimen

dengan cara :

1. Pemotongan Spesimen

Menurut ketentuan ukuran spesimen mempunyai luas permukaan antara ½

s/d 1 in2 atau diameter ¼ s/d 1 in. Dengan alasan lebih kecil atau lebih besar dari

ketentuan diatas akan sulit pada proses grinding dan polishingnya. Cara

memotong spesimen sedemikian rupa sehingga permukaanya harus rata dan harus

untuk menudahkan proses grinding dan polishingnya. Bila setelah dipotong,

spesimen belum rata, dapat dikikir atau digerinda duduk untuk menghaluskan

spesimen tersebut. Proses pemotongan ini harus dilakukan dengan disiram

menggunakan media pendingin misalnya air. Untuk menghidari rusaknya struktur

kristal dari spesimen akibat overheating (panas yang timbul selama pemotongan),

juga harus dihindari kerusakan spesimen karena sebab - sebab mekanis atau

sebab-sebab lainnya.

2. Mounting spesimen

Mounting yang dipilih pada spesimen ini adalah dengan menggunakan

resin. Tujuan dimounting adalah untuk memudahkan pemegangan spesimen

dalam proses grinding dan polishing juga menghindarkan panas pada tangan

akibat spesimen yang panas karena gesekan. Spesimen yang telah dipotong sesuai

ukuran, dimasukkan ke cetakan resin. Resin diracik dengan menuangkan beberapa

resin secukupnya pada wadah yang lain. Kemudian ditambahkan katalis

secukupnya. Diaduk sampai rata, langsung dituang kedalam cetakan yang sudah

ada spesimennya. Ditunggu sampai resin mengeras. Setelah mengeras, spesimen

yang sudah diresin dapat dikeluarkan dari cetakan.

3. Grinding dan Polishing

Setelah spesimen diresin, spesimen mudah untuk dipegang dan tidak akan

panas saat digrinding dan polishing.

Spesimen digosok pada hand grinder, kalau permukaannya masih kasar

digosok lebih dahulu dengan kertas gosok dengan grid 180 dan 240. Hand

grinding dilakukan untuk kertas gosok dengan grid di bawah 1000 yaitu

180, 240, 400, 600, 800. Untuk grid 1000, 1500, 2000 menggunakan

mesin grinding.

Spesimen ditelungkupkan dan digosokkan pada kertas gosok yang dialiri

air. Gerakan penggosokkannya menjauh dan mendekat (maju-mundur)

terhadap operator (penggosok)

Setelah terjadi garis-garis goresan yang sejajar dan merata spesimen dicuci

dengan air, sebelum digosokkan pada kertas gosok grid berikutnya.

Untuk pindah ke grid selanjutnya, arah garis garis goresannya harus saling

tegak lurus dengan sebelumnya, artinya goresan dari grid 240 goresan

dengan grid 400 dan seterusnya.

Setelah melalui Grinding process sampai kehalusan 2000 grid, permukaan

spesimen dicuci dengan air dan alkohol kemudian dikeringkan dengan soft

tissue.

Kemudian di polish dengan menggunakan beludru yang di pasang pada

mesin polishing. Spesimen diolesi dengan metalpolish agar mengkilat.

Kemudian di polish.

4. Mengetsa (Etching)

Proses etsa digunakan untuk mendapatkan ganbaran yang nyata dari

struktur logam melalui mikroskop metallurgi. Dilakukan dengan cara mencelup

tissue ke larutan nital (campuran NaOH dengan HNO3 dengan perbandingan 3:1).

Setelah itu tissue yang basah tersebut di usapkan ke permukaan spesimen kurang

lebih 4 kali pengusapan. Jika terlalu lama diusap maka spesimen akan gosong

karena korosinya terlalu dalam. Mengetching merupakan mengkorosikan

spesimen. Korosi yang kita perlukan hanya sampai batas butir. Oleh karena itu

tidak boleh terlalu lama proses pencelupannya. Dietching dapat mengkorosikan

tepat sampai batas butir karena batas butir merupakan tempat yang mempunyai

tegangan yang paling tinggi sehingga energinya paling tinggi oleh karena itu akan

5. Pengamatan Metallography dan Pengambilan Foto

Spesimen yang telah di etsa selanjutnya diamati dibawah mikroskop dengan

pembesaran 50x, 100x, 200x, dan 500x. Kemudian dilakukan pengambilan

(pemotretan) foto metallography. Saat pengambailan foto dicari daerah yang

bagus dan fokus untuk mempermudah pengamatan.

III.3Hasil Pengujian

Gambar 1 : perbesarn 20 kali

Gambar 2 : perbesarn 50 kali

Gambar 3 : perbesarn 100 kali

Baja karbon rendah atau sangat rendah, seperti telah dijelaskan

sebelumnya, banyak digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran,

misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen - komponen

otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi

sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di dalam baja yang bersifat

lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki kadar karbon di bawah

komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir seluruhnya ferrite. Pada

lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah atom karbon-

nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat ferrite

seluruhnya hingga batas kelarutannya di dalam larutan padat ferrite, penambahan

karbon berpengaruh terhadap sifat-sifat mekanik lembaran. Pada kadar karbon

lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite atau fase pearlite pada batas

butirnya sebagaimana terlihat pada Gambar 3-7.

Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :

a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan

teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini

mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.

b. Austenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =

kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.

c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik,

Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.

d. Perlit : adalah suatu campuran lamellar dari ferrite dan cementite. Konstituen

ini terbentuk dari dekomposisi Austenite melalui reaksi eutectoid pada keadaan

setimbang, di mana lapisan ferrite dan cementite terbentuk secara bergantian

untuk menjaga keadaan kesetimbangan komposisi eutectoid. Pearlite memiliki

struktur yang lebih keras daripada ferrite, yang terutama disebabkan oleh

adanya fase cementite atau carbide dalam bentuk lamel-lamel.

e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus

pusat badan).

Tabel Komposisi Kimia AISI 1020

Tabel Sifat Mekanik AISI 1020

BAB IV

PEMBAHASAN

Pengujian metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro

pada suatu baja karbon AISI 1020. Spesimen yang digunakan adalah baja AISI

1020 yang merupakan bagian dari baja karbon menengah.

Berikut ini gambar spesimen yang sudah digrinding ,dipolishing, dan sudah

dietsa

Ferrit

Perlit

Gambar 7: salah satu spesimen baja AISI 1020 (perbesaran 50 kali)

1. Baja karbon rendah/ low carbon steel/ mild stell :

Kandungan C = 0.1 – 0.2%

Penggunaan untuk bahan konstruksi, seperti :

Besi plat

Besi strip

Besi siku

Besi beton, dll

Gambar 8: Stuktur mikro AISI 1020 perbesaran 200x

Berdasarkan perhitungan didapatkan struktur mikro 89,88% perlit dan 10,12

% cementit. Untuk mengetahui kadar karbon dapat dilakukan perhitungan

menggunakan Lever Rule sebagai berikut :

Perlit (P) Karbon (X) Cementit (C)

Perlit = C-X

C-P

0,8988 = 6,67-X

6,67-0,8

5,275956 =6,67-X

X =6,67-5,275956

X = 1,39 %

Jadi kadar karbon dalam spesimen mata bor yang dilakukan uji metalografi sebesar 1,39%.

Dari gambar diatas diketahui bahwa pada perbesaran 200x dan 500x

struktur mikro yang terlihaat adalah pelit dan cementit. Perlitnya jumlahnya

sangat banyak sekali hampir mendominasi struktur mikro. Cementitnya berada

kecil – kecil tersebar merata pada setiap tempat. Ada juga beberapa cememtit

yang besar mengumpul pada suatu tempat, tetapi tidak banyak. Jumlah perlit yang

sangat banyak merata pada struktur mikro ini menunjukkan ciri dari baja dengan

kadar karbon tinggi. Hal ini sesuai dengan baja perkakas yang memiliki kadar

karbon tinggi (sekitar 1% C). Dengan banyaknya karbon pada baja maka struktur

yang terbentuk akan banyak perlitnya, sehingga kekerasanya akan tinggi. Hal ini

sesuai dengan spesifikasi dari baja perkakas sendiri yang membutuhkan kekerasan

yang tinggi. Cementit yan terbentuk jumlahya cukup banyak, terlihat dari gambar

diatas meskipun bentuknya kecil- kecil. Dengan adanya cementit pada baja maka

sifat baja akan menjadi sangat keras dan getas seperti sifat cementit itu sendiri.

Dengan adanya cementit ini juga akan menambah kontribusi untuk meningkatkan

kekerasan pada baja. Dengan demikian kombinasi dari perlit dan sementit akan

menghasilkan kekerasan yang sangat tinggi cocok digunakan sebagi alat perkakas,

seperti mata bor pada spesimen yang digunakan.

Mata bor merupakan alat yang digunakan dalam kondisi kecepatan tinggi.

Oleh karena itu rentan terjadi penurunan kekerasan bila digunakan pada

temperatur tinggi. Pada komposisi dari baja perkakas berkecepatan tinggi (HSS/

High Speed Steel) mengandung wolfram atau molybdenum. Penambahan unsur W

atau Mo ini digunakan untuk menghasilkan sifat red hardness yakni sifat

kekerasan pada temperatur tinggi pada baja perkakas. Unsur W atau Mo ini

merupakan carbide former dan carbide stabilizer, pembentuk dan penstabil

karbida. Jadi dengan adanya W atau Mo dalam baja akan membuat karbida yang

terbentuk dalam baja tidak mudah terurai dalam temperatur tinggi sehingga

kekerasannya tidak turun akibat tidak adanya karbida yang terurai.

Dengan kadar karbon tinggi, menghasilkan banyak perlit pada struktur

mikro. Kombinasi banyaknya perlit dan cementit pada baja akan membuat baja

sangat keras. Dan dengan penambahan unsur W atau Mo akan menstabilkan

karbida pada temperatur tinggi sehingga kekerasan yang terbentuk tetap tinggi

walau digunakan pada temperatur tinggi. Sesuai dengan spesifikasi dari baja

perkakas yang dalam hal ini adalah mata bor.