PAPER PRAKTIKUM

PERBENGKELAN PERTANIAN

(Heatreatment (Softening dan Hardening))

Oleh:

Nama : Rifayani Fadhilah

NPM : 240110130068

Shift/Hari, Tanggal : B1/Kamis, 28 Mei 2015

Asisten : 1. Nadhomi Khuzainul B

2. Safira Nurjanah

3. Muhammad Rahmanda

4. Joshua Sitio

5. Rizky Dicky Amanda

LABORATORIUM BENGKEL LOGAM, KAYU DAN ROTAN

DEPARTEMEN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2015

1. Klasifikasi Besi dan Kegunaannya

Penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas, mulai dari peralatan

sepele seperti jarum, peniti, sampai dengan alat-alat dan mesin berat. Hal ini

disebabkan karena jumlahnya cukup banyak dan mudah didapat, mempunyai sifat

mekanik yang memadai, mudah dikerjakan dan harganya relative murah.

Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe,

hanya kadar karbon yang membedakan besi dan baja. Baja memiliki kadar karbon

kurang dari 2% sedangkan besi memiliki kadar karbon antara 2 - 6.67 %. Dari

sifatnya keuletan dan kekuatan baja lebih besar daripada besi, namun daya redam

terhadap getaran baja lebih rendah daripada besi (Kristianingrum, 2013).

1.1 Baja Karbon (Carbon Steel)

Yang dimaksud dengan baja karbon adalah baja yang hanya terdiri dari besi

(Fe) dan karbon (C) tanpa adanya bahan pemadu dan unsur lain, yang kadang

terdapat pada baja karbon seperti Si, Mn, dan P dengan presentase yang sangat

kecil yang biasa dinamakan impurities (Hendro, 2010).

1.1.1 Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Kadar karbon yang dimiliki baja karbon rendah adalah berkisar antara 0.05 -

0.30 %. Karena kadar karbon yang sangat rendah maka baja ini lunak dan tentu

saja dapat ditempa, dituang, mudah dilas dan tidak dapat dikeraskan. Namun

dapat dikeraskan permukaannya saja (case hardening).

Baja karbon dengan kadar karbon 0.05 – 0.20 % dapat digunakan untuk

badan mobil, banginan, pipa, rantai, paku keling, sekrup dan paku. Sedangkan

baja karbon dengan kadar karbon 0.20 – 0.30 % dapat digunakan untuk gerigi,

batang, baut, benda tempa, jembatan dan bagunan.

1.1.2 Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel)

Baja karbon menengah memiliki kadar karbon sebanyak 0.30 – 0.60 %.

Dengan kadar karbon yang lebih banyak dari baja karbon rendah, baja karbon

sedang lebih kuat daripada baja karbon rendah. Sifatnya dapat dibengkokan, dilas,

dipotong, dikeraskan dan di tempering. Juga dapat dikerjakan pada mesin dengan

baik.

Baja karbon dengan kadar karbon 0.30 – 0.40 % dapat digunakan untuk

batang engkol, pin engkol dan as. Baja karbon dengan kadar karbon 0.40 – 0.50 %

dapat digunakan untuk as mobil, batang engkol, rel, ketel, mata bor dan obeng.

Sedangkan baja karbon dengan kadar karbon 0.50 – 0.60 % digunakan untuk palu

termasuk palu godam.

1.1.3 Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi memiliki kadar karbon sebanyak 0.60 – 1.50 %. Dengan

kadar karbon yang lebih banyak dari baja karbon lain, baja karbon tinggi lebih

kuat daripada baja karbon lain. Sifatnya sangat sulit dibengkokan, dilas, dipotong

dan dikerjakan pada mesin. Namun baja jenis ini sangat mudah dikeraskan dan di

tempering.

Baja karbon tinggi dapat digunakan untuk obeng, palu pandai besi, pisau,

sekrup, rahang ragum, mata bor, alat untuk membesarkan lubang dan gergaji besi.

1.2 Baja Paduan (Alloy Steel)

Baja paduan adalah besi yang ditambahkan berbagai elemen dalam jumlah

total 1.0 – 50 % berat total untuk meningkatkan sifat mekanik. Selain untuk

meningkatkan seifat mekanik (kekerasa, keliatan, kekuatan tarik), berikut tujuan

dibuatnya baja paduan :

a. Menaikan sifat mekanik pada temperatur rendah

b. Meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (reduksi dan oksidasi)

c. Membuat sifat baru/istimewa

1.2.1 Baja Paduan Karbon Rendah (Low Alloy Steel)

Baja paduan rendah memiliki campuran kurang dari 2.5 % berat total. Baja

paduan rendah biasanya digunakan untuk mencapai hardenability lebih baik, yang

pada gilirannya akan meningkatkan sifat mekanis lainnya. Baja ini juga digunakan

untuk meningkatkan ketahanan korosi dalam kondisi lingkungan tertentu. Baja

paduan rendah sulit untuk di las. Kandungan karbon pada kisaran 0.10 – 0.30 %,

bersama dengan beberapa pengurangan elemen paduan, meningkatkan weldability

dan sifat yang mampu dibentuk dengan tetap menjaga kekuatannya.

1.2.2 Baja Paduan Karbon Menengah (Medium Alloy Steel)

Baja paduan menengah memiliki campuran berkisar antara 2.5 – 10 % dai

berat total.

1.2.3 Baja Paduan Karbon Tinggi (High Alloy Steel)

Baja paduan tinggi terdiri dari baja tahan karat atau disebut dengan stainless

steel dan baja tahan panas. Baja ini memiliki ketahanan korosi yang baik,

terutama pada kondisi atmosfer. Unsur utama yang meningkatkan ketahanan

korosi adalah Cr dengan komposisi paling sedikit 11% dari berat total. Ketahanan

korosi dapat juga ditingkatkan dengan penambahan unsur Ni dan Mo. Baja tahan

karat dibagi menjadi tiga kelas utama yaitu jenis martensitik, feritik, dan

austenitik. Jenis martensitik dapat dikeraskan dengan menghasilkan fasa

martensit. Baja tahan karat austenitik memiliki fasa y (austenit) FCC baik pada

temperatur tinggi hingga temperatur kamar. Sedangkan jenis feritik terdiri dari

fasa ferrit (a) BCC. Untuk jenis austenitik dan feritik dapat dikeraskan dengan

pengerjaan dingin (cold working). Jenis Feritik dan Martensitik bersifat magnetis

sedangkan jenis austenitik tidak magnetis.

2. Proses Perlakuan Panas (Heatreatment) 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 mengubah komposisi kimia logam yang

bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas adalah untuk menghasilkan sifat-

sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas

dapat mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari logam. Proses

perlakuan panas ada dua kategori, yaitu pelunakan (softening) dan pengerasan

(hardening).

2.1 Softening (Pelunakan)

Pelunakan adalah usaha untuk menurunkan sifat material agar menjadi

lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku

(annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka (normalizing).

2.1.1 Annealing

Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan

lambat didalam tungku yang dimatikan. Tujuan dari annealing adalah untuk

memperbaiki mampu mesin, mampu bentuk, keuletan, kehomogenan struktur,

menghilangkan tegangan dalam, dan sebagainya.

2.1.2 Normalizing

Normalizing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan

pendinginannya di udara terbuka. Tujuan normalizing adalah untuk memperbaiki

sifat mampu mesin, memperhalus butir dan lain sebagainya.

Temperatur pemanasan yang sangat tinggi (overheating) pada proses

annealing dan normalizing berpengaruh terhadap kekuatan luluh, kekuatan Tarik,

dan kekerasan suatu baja. Presentase perpanjangan, reduksi dan kekuatan impak

akan meningkat dengan semakin meningkatnya besar butir.

2.2 Hardening (Pengerasan)

Pengerasan adalah usaha untuk mengingkatkan sifat material terutama

kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang sudah dipanaskan

ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam maupun oli.

2.2.1 Proses Hardening

Proses ini berguna untuk memperbaiki kekerasan dari baja tanpa dngan

mengubah komposisi kima secara keseluruhan. Proses ini mencakup proses

pemanasan sampai pada austenisasi dan diikuti oleh pendinginan dengan

kecepatan tertentu untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan. Proses

pendinginannya bermacam-macam tergantung pada kecepatan pendinginan dan

media quenching yang dihendaki. Untuk pendinginan yang cepat akan didapatkan

sifat logam yang lunak dan ulet.

Waktu pemanasan ini merupakan fungsi dari dimensi dan daya hantar panas

benda kerja. Lamanya waktu penahanan akan menimbulkan pertumbuhan butir

yang dapat menurunkan kekuatan material.

3. Heatreatment Instrument

Heatreatment Instrment adalah alat yang digunakan untuk memberikan

perlakuan panas pada suatu objek guna membuat objek tersebut lebih keras dari

sebelumnya. Namun dikarenakan terbatasnya ruang di dalam mesin ini, maka

perlakuan panas yang dapat diberikan kepada objek terbatas.

Gambar 1. Heatreatment Instrument

4. Prosedur Pelaksanaan Praktikum

Prosedur pelaksanaan praktikum untuk pengerasan palu adalah sebagai

berikut :

1. Mengecek kondisi alat

2. Memasang peralatan keselamatan kerja

3. Memasang peralatan listrik

4. Memutar tombol on untuk menyalakan alat

5. Menyetel switch pada posisi suhu maksimal 850°C

6. Mennunggu sampai mencapai suhu 500°C

7. Memasukan benda kerja, ketika alat menunjukan suhu 500°C

8. Proses hardening dengan tahapan sebagai berikut :

a. Melakukan pemanasan untuk baja karbon tinggi 20 – 30 °C diatas

Ac-1 pada diagram Fe-Fe3C, misalnya pemanasan sampai suhu

850°C, tujuannya adalah untuk mendapatkan struktur austenite,

yang salah satu sifatnya adalah tidak stabil pada suhu dibawah Ac-

1, sehingga dapat ditentukan struktur yang diinginkan. Dibawah ini

merupakan diagram Fe-Fe3C :

Gambar 2. Diagram Fe-Fe3C

a.1 Baja konstruksi dara baja karbon dan baja paduan rendah yang

mengandung karbida yang mudah larut, diperlukan holding time

yang singkat, 5 – 15 menit setelah mencapai temperatur

pemanasanmya dianggap sudah memadai.

a.2 Baja konstruksi dari baja paduan menengah dianjurkan

menggunakan holding time 15 – 25 menit, tidak tergantung ukuran

benda kerja.

a.3 Low alloy tool steel memerlukan holding time yang tepat, agar

kekerasan yang diinginkan dapat tercapai. Dianjurkan

menggunakan 0.5 menit per millimeter tebal benda, atau 10 sampai

30 menit.

a.4 High alloy chrome steel membutuhkan holding time yang paling

panjang diantara semua baja perkakas, juga tergantung pada

temperatur pemanasannya. Juga diperlukan kombinasi temperatur

dan holding time yang tepat. Biasanya dianjurkan menggunakan 0.5

menit permilimeter tebal benda dengan minimum 10 menit,

maksimum 1 jam.

a.5 Hot-work tool steel mengandung karbida yang sulit larut, baru akan

larut pada 10000°C. pada temperatur ini kemungkinan terjadinya

pertumbuhan butir sangat besar, karena itu holsing time harus

dibatasi, 15 – 30 menit. High speed steel memerlukan temperatur

pemanasan yang sangat tinggi, 1200 – 13000 °C. Untuk mencegah

terjadinya pertumbuhan butir holding time diambil hanya beberapa

menit saja. Misalkan kita ambil waktu holding adalah selama 15

menit pada suhu 850°C.

b. Penahanan suhu (holding), holding time dilakukan untuk

mendapatkan kekerasan maksium dari suatu bahan pada proses

hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk

memperoleh pemanasan yang homogeny shingga struktur

autensilnya homogeny atau terjadi kelarutan karbida ke dalam

autensit dan diffuse karbon dan unsur paduannya. Pedoman untuk

menentukan holding time dari berbagai jenis baja.

c. Untuk proses hardening dilakukan pendinginan dengan cara yang

cepat dengan menggunakan media oli atau air. Tujuannya adalah

untuk mendapatkan struktur martensit, semakin banyak unsur

karbon, maka struktur martensit yang terbentuk juga akan semakin

banyak. Karena martensit terbentuk dari fase autensit yang

didinginkan secara cepat. Hal ini disebabkan karena atom karbon

tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur Kristal

dan membentuk struktur tetragonal yang ruang kosong antar

atomnya kecil, sehingga kekerasannya meningkat.

9. Setelah suhu mencapai 850°C biarkan palu selama 15 menit.

10. Setelah 15 menit, palu dikeluarkan dan dicelupkan kedalam air, biarkan

beberapa saat sampai palu dingin.

11. Membersihkan dan mengeringkan benda kerja.

DAFTAR PUSTAKA

Kristianingrum, S. 2013. Besi & Baja. Terdapat di http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Susila%20Kristianingrum,%20Dra.,%20M.Si./BESI%20&%20BAJA.pdf (Diakses pada tanggal 4 Juni 2015 pukul 07.01 WIB)

Hendro, S. 2010. Baja Karbon. Terdapat di https://tehnikmesinindustri.wordpress.com/2010/05/10/baja-karbon/ (Diakses pada tanggal 4 Juni 2015 pukul 07.29 WIB)