1

ABSTRAK

Sebagaimana kita ketahui bahwa untuk mendesain suatu elemen mesin, terlebih dahulu kita harus mengetahui sifat bahan yang diperlukan. Untuk itu kita harus mengetahui struktur mikro dari bahan tersebut. Sehingga diperlukan adanya suatu percobaan untuk mengetahui struktur mikro dari suatu bahan, yang dikenal dengan metallography.

Untuk melakukan percobaan ini, pertama-tama dilakukan pemotongan terhadap spesimen yang akan diuji. Selanjutnya, jika diperlukan dilakukan bakelite moulding. Kemudian dilakukan grinding dan polishing. Langkah selanjutnya yaitu pencelupan spesimen ke dalam larutan kimia tertentu yang disebut dengan proses etsa. Yang terakhir, pengamatan spesimen dilakukan di bawah mikroskop untuk mendapatkan gambarnya.

Dengan percobaan ini praktikan dapat membedakan struktur mikro logam, sehingga dapat diketahui jenis logam, sifat mekanis, serta jenis-jenis pengerjaan yang mungkin dilakukan pada logam tersebut.

1

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmatNya sehingga laporan praktikum metallography ini dapat terselesaikan dalam batas waktu yang telah ditentukan.

Laporan praktikum metallography ini dibuat untuk memenuhi rangkaian kegiatan praktikum metalurgy, sekaligus sebagai syarat kelulusan mata kuliah Metallurgy II. Dalam laporan ini dijelaskan hal-hal yang berhubungan dengan praktikum metallurgy, mulai dari latar belakang dilakukannya praktikum, dasar-dasar teori yang menjadi landasan berpikir dalam pelaksanaan praktikum, pembahasan hasil pengamatan, langkah-langkah kerja dalam praktikum dan hasil pengamatan, disertai kesimpulan dan saran untuk pelaksanaan praktikum berikutnya.

Terima kasih tak lupa kami ucapkan pada teman-teman, seluruh grader dan asisten praktikum Metallurgy dan pihak-pihak lain yang tidak bisa kami sebutkan satu per satu yang telah membantu dari awal pelaksanaan praktikum hingga terselesaikannya laporan ini.

Akhir kata, laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan untuk perbaikan laporan ini.

Surabaya, 18 November 2008

Penulis

2

3

BAB IVANALISA DATA

4.1 Data Hasil Percobaan4.1.1 Gambar Spesimen 1 Spesimen 1

Perbesaran : 100X Grain Size: 4Penyusun struktur mikro:1. Ferrite -Jumlah = 40%2. Pearlite -Jumlah = 60%Matriks: -

4.1.2 Gambar Spesimen 2 Spesimen 2

Perbesaran: 100X Grain Size: 5Penyusun Struktur Mikro:1. Pearlite -Jumlah = 55%2. Ferrite -Jumlah = 33%3. Grafit -Jumlah = 12%Matriks: Ferritic

4.1.3 Gambar Spesimen 3 Spesimen 3Perbesaran: 100X Grain size:Penyusun Stuktur Mikro:1. Jumlah= 2. Jumlah= 3. Matriks: -

4.1.4 Gambar Spesimen 4 Spesimen 4Perbesaran: 100X Grain size: 6Penyusun Struktur Mikro:1. Grafit -Jumlah: 11%2. Pearlite -Jumlah: 52%3. Ferrite -Jumlah: 37%Matriks: -

3

4

4.2 Perhitungan4.2.1 Spesimen 1

(dengan asumsi V= 1 cm3)ρP = 7,86 gr/cm3

ρα = 7,78 gr/cm3

ρG = 2,25 gr/cm3

-Ferrite = 60% -% Maksimum C dalam Ferrite = 0,08%

-Pearlite = 40% -% Maksimum C dalam Pearlite = 0,8%

Mα = 7,78.1.40% = 3,112 gr MC-α = 0,08%.3,112 = 0,0024896 gr MP = 7,86.1.60% = 4,716 gr MC-P = 0,8%.4,716 = 0,037728 grMtot = 7,828 gr%C = 0,037728+0,0024896 x 100% = 0,51%

7,828

4.2.2 Spesimen 2-Grafit = 12% -% Maksimum C dalam Grafit = 100%-Ferrite = 33% -% Maksimum C dalam Ferrite =

0,08%-Pearlite = 55% -% Maksimum C dalam Pearlite = 0,8%

MG = 2,25.1.12% = 0,27 gr MC-G = 100%.0,27 = 0,27 grMα = 7,78.1.33% = 2,567 gr MC-α = 0,08%.2,567 = 0,0020536 gr MP = 7,86.1.55% = 4,323 gr MC-P = 0,8%.4,323 = 0,034584 grMtot = 7,16 gr%C = 0,27+0,0020536+0,034584 x 100% = 4,23%

7,16

4.2.3 Spesimen 3-

4.2.4 Spesimen 4-Grafit = 11% -% Maksimum C dalam Grafit = 100% -Pearlite = 52% -% Maksimum C dalam Pearlite = 0,8%-Ferrite = 37% -% Maksimum C dalam Ferritte

= 0,08%

MG = 2,25.1.11% = 0,3375 gr MC-G = 100%.0,2475 = 0,3375 grMα = 7,78.1.37% = 2,723 gr MC-α = 0,08%.2,8786 = 0,0023 gr MP = 7,86.1.52% = 3,93 gr MC-P = 0,8%.4.0872 = 0,033 gr

4

5

Mtot = 7,2133 gr%C = 0,3375+0,0023+0,033 x 100% = 3,82%

7.21334.3 Pembahasan4.3.1 Pembahasan Masing-masing SpesimenSpesimen 1

Setelah dilakukan perhitungan, diketahui bahwa kadar karbon yang terdapat pada spesimen 1 adalah sebesar 0,51%. Pada diagram Fe-Fe3C diketahui bahwa kadar karbon baja hypoeutectoid berkisar antara 0-0,8%. Maka dapat ditentukan bahwa spesimen 1 adalah baja hypoeutectoid. Melalui pengamatan, didapatkan struktur mikro spesimen adalah berupa ferrite dan pearlite. Daerah yang berwarna putih (lebih cerah) adalah ferrite, sedangkan daerah yang berwarna gelap adalah struktur pearlite (lamelar). Prosentase ferrite dalam spesimen adalah 60% dan pearlite 40%.

Spesimen 2Hasil perhitungan yang dilakukan menunjukkan bahwa kandungan karbon

dalam spesimen 2 adalah sebesar 4,23%. Kadar karbon ini jika dilihat pada diagram Fe-Fe3C menunjukkan bahwa spesimen adalah besi tuang. Melalui hasil pengamatan, diketahui struktur mikro besi tuang ini berbentuk bulatan-bulatan cerah dengan warna gelap di tengahnya. Selain itu, ada struktur keabu-abuan yang terletak di luar bulatan-bulatan cerah. Bulatan-bulatan berwarna cerah tersebut adalah ferrite, warna gelap di dalamnya adalah grafit, sedangkan struktur keabu-abuan adalah pearlite lamelar. Karena struktur utamanya berbentuk bulatan-bulatan, maka besi tuang jenis ini disebut nodular cast iron. Prosentase grafit dalam spesimen adalah 12%, ferrite 33%, pearlite 55%.

Spesimen 3Pada spesimen 3, struktur mikronya tidak dapat dilihat dengan jelas karena

spesimen belum di-etsa. Yang terlihat hanyalah flake-flake hitam, sehingga jenis logam yang memungkinkan adalah gray cast iron. Flake hitam ini adalah karbon yang berkumpul dan membentuk serpihan-serpihan. Karena yang terlihat hanya flake saja, maka kadar karbon dalam spesimen juga tidak dapat dihitung.

Spesimen 4 Hasil perhitungan yang dilakukan menunjukkan bahwa kandungan karbon

dalam spesimen 4 adalah sebesar 3,82%. Pada diagram Fe-Fe3C, paduan dengan kandungan karbon sebesar 2,5-4% adalah cast iron. Melalui hasil pengamatan, diketahui struktur mikro besi tuang ini berbentuk daerah-daerah terang (Ferrite), daerah-daerah agak gelap (Pearlite) dan di beberapa bagian ada flake yang merupakan grafit yang berkumpul di luar daerah pearlite dan ferrite. Karena bentuk grafit adalah flake, ini berarti bahwa besi tuang tersebut adalah besi tuang kelabu. Prosentase grafit dalam spesimen adalah 11%, pearlite 52%, ferrite 37%.

5

6

4.3.2 Pembahasan Soal1. Berdasarkan pengamatan metallography yang telah dilakukan, diketahui:

a. Prosentase masing-masing struktur mikro: Spesimen 1 -Ferrite = 60% -Pearlite = 40% Spesimen 2

-Grafit = 12% -Ferrite = 33% -Pearlite = 55% Spesimen 3 Tidak dapat dihitung Spesimen 4

-Grafit = 11% -Pearlite = 52% -Ferrite = 37%b. Kadar karbon paduan dalam: Spesimen 1 = 0,51% Spesimen 2 = 4,23% Spesimen 3 = - Spesimen 4 = 3,82%c. Dari kadar karbon dan struktur mikronya dapat diperkirakan jenis logam: Spesimen 1 adalah Baja Hypoeutectoid Spesimen 2 adalah Nodular Cast Iron Spesimen 3 adalah Gray Cast Iron (non etsa) Spesimen 4 adalah Gray Cast Iron (etsa)

2. Pembentukan Struktur Mikro, Perlakuan Mekanis dan Heat TreatmentSpesimen 1 (Baja Hypoeutectoid)

Paduan akan mulai membeku dengan membentuk inti delta iron, kemudian tumbuh menjadi dendrit delta iron hingga temperatur 1496oC. Pada temperatur ini paduan terdiri dari delta iron dan liquid. Terjadi reaksi istimewa yang disebut reaksi peritektik, yaitu Delta Iron+LiquidAustenite.

Tidak semua liquid habis dalam reaksi sehingga pada temperatur di bawah garis peritectic struktur terdiri dari liquid dan austenite hingga akhirnya benar-benar sepenuhnya menjadi austenite. Pada garis A3 akan terjadi perubahan dari austenite menjadi ferrite, dimulai dengan terbentuknya ferrite di batas butir austenite. Semakin rendah temperatur, ferrite yang terbentuk juga semakin banyak. Saat mencapai temperatur eutectoid (723oC), sisa austenit

6

7

yang belum menjadi ferrite mengalami reaksi eutectoid sehingga berubah menjadi pearlite. Di bawah temperatur eutectoid, struktur mikro paduan terdiri atas ferrite dan pearlite.

Heat treatment yang mungkin dilakukan adalah quenching (pendinginan cepat, biasanya dengan media air atau oli), yaitu dengan memanaskan spesimen hingga 25-50oC di atas A3, kemudian dilakukan pendinginan cepat hingga temperatur kamar. Struktur mikro baja hypoeutectoid dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Baja hypoeutectoidHeat treatment untuk baja hypoeutecyoid ditunjukkan pada gambar berikut.

Spesimen 2 (Nodular Cast Iron)Pada besi tuang nodular, partikel grafitnya berbentuk spheroida tanpa

matriks baja. Grafit spheroid tersebut terjadi karena adanya sedikit kandungan magnesium atau kalium pada desulfurisasi besi cair, sesaat sebelum penuangan terbentuk pada pembekuan dan tidak mengalami tempering. Paduan akan mulai membeku pada temperatur asutenisasi (sekitar 1150oC) diawali dengan pembentukan inti austenit yang kemudian tumbuh menjadi dendrit asutenit. Pada saat paduan mencapai temperatur eutectic (1130oC) paduan akan terdiri atas austenit dan sisa liquid. Sisa liquid ini akan mengalami reaksi eutectic:

Liquid Austenit + Cementite

7

8

Setelah reaksi eutectic selesai, paduan akan terdiri dari austenit primer dan ledeburit. Kemudian, pada temperatur eutectoid (723oC) paduan akan mengalami reaksi eutectoid:

Austenite Pearlite + CementitePada temperatur di bawah temperatur eutectoid sudah tidak terjadi lagi perubahan fase. Partikel grafit yang berbentuk spheroid terjadi pada saat berlangsungnya pembekuan karena adanya sejumlah kecil unsur pembentuk nodula, biasanya magnesium atau cerium, sedangkan struktur mikro tergantung pada komposisi kimia dan laju pendinginannya.

Heat treatment yang mungkin dilakukan adalah 1. normalizing (Proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus,

pendinginan dengan udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal) pada temperatur 870o-900oC (pemanasan) dan pendinginan udara untuk memperoleh struktur mikro yang sebagian besar terdiri atas pearlite.

2. Quenching, pendinginan cepat dengan media minyak atau air dari temperatur 870o-900oC, untuk memperoleh struktur mikro martensitik. Sesudah pengerasan di atas dilakukan temperring untuk mendapatkan ketangguhan pada tingkat kekerasan dan kekuatan tertentu. Struktur mikro nodular cast iron dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Nodular Cast Iron

Spesimen 4 (Gray Cast Iron)Proses pendinginan gray cast iron akan sama dengan proses

pembekuan nodular cast iron, dengan sedikit perbedaan pada pembentukan grafitnya. Pada gray cast iron, grafitisasi didukung oleh tingginya kadar karbon, keberadaan unsur stabilizer grafit (terutama silikon), temperatur penuangan yang tinggi dan penuangan lambat. Pada besi tuang kelabu, tidak seluruh karbon berupa cementite (senyawa interstitial Fe3C), sebagian besar dari karbonnya akan berupa karbon bebas, grafit. Untuk membahas transformasi

8

9

pada sistem paduan Fe-C ini dipakai diagram fase yang berbeda yaitu diagram fase Fe-C.

Ada beberapa perbedaan antara diagram Fe-Fe3C dengan diagram Fe-C antara lain:

- Reaksi Eutectic dan eutectoid terjadi pada temperatur yang lebih tinggi- Reaksi eutectic tidak menghasilkan cementite tetapi grafit- Pada pendinginan austenite, yang keluar bukan cementite tetapi grafit- Komposisi eutectic dan eutectoid sedikit tergeser ke kiri (eutectic dan

eutectoid pada sistem Fe-C mengandung karbon lebih sedikit)

9

10

Transformasi yang terjadi selama pendinginan besi tuang kelabu hampir sama dengan yang terjadi pada besi tuang putih, dengan sedikit perbedaan, mengingat perbedaan pada diagram fasenya.

Grafit pada besi tuang kelabu biasa berupa flake (serpih) yang bersambung satu sama lain menjadi satu kesatuan yang kontinyu, walaupun pada gambar mikrografi tampaknya terpisah satu sama lain.

Gambar besi tuang kelabu

Grafik untuk tiap-tiap perlakuan panas dapat dilihat pada gambar berikut.

Heat treatment yang mungkin dilakukan pada gray cast iron yaitu:1. Annealing (Proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite), tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur untuk memperbaiki ukuran butir). Dilakukan dengan pemanasan jauh di bawah temperatur kritis, sekitar 540o-565oC selama 1 jam. Annealing pada temperatur 70oC dalam

10

11

waktu yang cukup lama dilakukan untuk meningkatkan machineabilitynya. 2. Normalizing dilakukan untuk memperbaiki sifat mekanik atau untuk mengembalikan ke sifat semula yang telah berubah ketika mengalami laku panas sebelumnya. Dilakukan dengan pemanasan di atas temperatur transformasi selama 1 jam/inchi tebal benda kemudian didinginkan dengan udara. 3. Tempering, dilakukan pada temperatur antara 150o-650oC dengan media pendingin minyak atau air.

3. Hubungan struktur mikro dengan sifat mekanik logamSifat mekanik suatu logam sangat tergantung pada struktur mikronya.

Walaupun dua buah paduan memiliki kandungan karbon yang sama, sifatnya dapat berbeda tergantung dari struktur mikro penyusunnya. Struktur mikro pada baja dan besi tuang dapat berupa ferrite, pearlite, cementite, ledeburit, dan grafit. Struktur mikro ferrite, lunak dan memberikan keuletan pada logam; pearlite, dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam tetapi mengurangi keuletan logam; martensite, meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam secara lebih signifikan, tetapi juga mengurangi keuletan material; grafit, struktur yang sangat keras, getas dan memiliki kekuatan rendah. Struktur mikro yang dominan pada suatu paduan akan menentukan sifat mekanik logam tersebut. Dengan mengamati struktur mikro dapat juga diketahui ukuran butir logam yang menunjukan ketangguhan logam, jenis-jenis fase, distribusi fase, kontinuitas fase, demikian pula dengan komponen sifat mekanik yang lain.

Pada grafik ini dapat dilihat bahwa semakin tinggi kadar karbon, kekerasan permukaan semakin tinggi, demikian pula untuk kekuatan tarik. Namun, kekuatan tarik hanya naik hingga kadar karbonnya mencapai sekitar 0,8%, setelah itu terjadi penurunan kekuatan tarik. Sedangkan persen pertambahan panjang menunjukkan hasil yang berlawanan. Persen pertambahan panjang semakin turun dengan meningkatnya kadar karbon.

11

12

Grafik (a) Grafik (b)Dua grafik di atas menunjukkan dengan lebih spesifik pengaruh kadar

karbon dan struktur mikro suatu paduan terhadap sifat mekaniknya. Pada grafik (a) dapat dilihat bahwa semakin tinggi kadar karbon, keuletan, persen pertambahan panjang, dan persen pengecilan penampang makin berkurang. Pada grafik (b) dapat dilihat bahwa pertambahan kadar karbon mengakibatkan peningkatan kekerasan, kekuatan tarik dan kekuatan yield material.

12

13

4.3.3 Pembahasan Diagram4.3.3.1 Diagram Fe-Fe3C

Pada diagram di atas terdapat dua jenis garis. Garis yang kontinyu menunjukkan diagram Fe-Fe3C, sedangkan garis putus-putus menunjukkan diagram Fe-C. Diagram Fe-C ini terbentuk saat terjadi pembentukan grafit dalam paduan. Pada diagram Fe-Fe3C dapat dilihat bahwa paduan yang memiliki kadar karbon kurang dari 2% disebut baja dan yang memiliki kadar karbon lebih dari 2% disebut besi tuang. Ada 3 reaksi istimewa yang terjadi pada diagram, yaitu peritectic, eutectic, dan eutectoid. Reaksi peritectic ditunjukkan oleh garis pada temperatur 1495oC yang merupakan temperatur awal pembentukan austenite. Reaksi kedua, eutectic, terjadi pada temperatur 1148oC. Sedangkan reaksi ketiga yang ditunjukkan garis A1, reaksi eutectoid, terjadi pada temperatur 727oC.

Reaksi peritectic: Delta Iron+LiquidAustenite

13

14

Reaksi eutectic: Liquid Austenit + CementiteReaksi eutectoid: Austenite Pearlite + Cementite

Garis A1 menunjukkan temperatur kritis bawah (723oC) dimana pada temperatur ini terjadi reaksi eutectoid. Garis A3 adalah garis yang menunjukkan temperatur kritis atas dimana pada garis ini terjadi perubahan struktur mikro dari austenit menjadi ferrite pada kurva pendinginan atau sebaliknya. Garis ACM adalah garis yang menunjukkan batas kelarutan karbon maksimum dalam austenit sebagai fungsi temperatur.

4.3.3.2 Kurva Pendinginan 1%Proses pendinginan baja dengan kadar karbon

1% dimulai dengan fase liquid yang berada di atas garis liquidus. Saat paduan mencapai temperatur 1470oC, mulai terbentuk austenite. Semakin rendah temperatur, jumlah austenit semakin banyak, sedangkan jumlah liquid semakin berkurang. Saat temperatur mencapai 1350oC, pada paduan telah terbentuk 100% austenite. Kemudian, sebagian austenite tersebut perlahan-lahan mengalami transformasi menjadi cementite network hingga mencapai temperatur eutectoid (A1). Garis A1 adalah garis yang menunjukkan temperatur reaksi eutectoid.

Saat temperatur turun di bawah temperatur eutectoid, austenit sisa yang belum berubah menjadi cementite mengalami perubahan struktur mikro menjadi pearlite (ferrite+cementite). Sehingga struktur mikro yang ada dalam paduan adalah pearlite dan cementite network.

14

15

4.3.3.3 Kurva Pemanasan 0,4%Struktur mikro baja paduan 0,4% pada

temperatur kamar adalah pearlite dan ferrite. Saat temperatur mencapai temperatur eutectoid, mulai terjadi transformasi pearlite menjadi austenit. Sebelum mencapai temperatur A3, paduan akan melalui temperatur A2, sehingga terjadi perubahan sifat magnetik (ferrite non magnetik menjadi ferrite magnetik). Saat temperatur mencapai A3, pearlite telah berubah seluruhnya menjadi austenit, sehingga struktur mikronya sekarang adalah ferrite dan austenit. Garis A3 adalah batas kelarutan ferrite dalam austenite. Pada temperatur A3, ferrite mulai berubah menjadi austenit hingga pada temperatur 1430oC, paduan telah memiliki struktur mikro 100% austenit. Setelah melewati temperatur 1430oC sebagian austenite berubah menjadi liquid. Sesaat sebelum paduan mencapai temperatur peritectic, struktur mikro paduan adalah liquid dan austenite. Austenite yang tersisa mulai berubah menjadi delta iron saat melewati temperatur peritectic. (Arah garisnya dibalik).

15

16

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanDari perhitungan dan percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa

kesimpulan sebagai berikut:1. Kadar karbon setiap spesimen dapat diketahui dengan mengetahui jenis dan

jumlah struktur mikronya.2. Dari kadar karbon yang telah diketahui dapat ditentukan jenis logam3. Dari struktur mikro yang telah diketahui dapat diperkirakan jenis perlakuan

panas yang dilakukan4. Sifat mekanik bahan dipengaruhi oleh struktur mikro dan kadar karbon dan

paduan di dalamnya.

5.2 SaranSaran yang dapat diberikan untuk praktikum metallography ini antara lain:

1. Penggunaan mikroskop yang baik dan dengan perbesaran yang tepat agar dapat melakukan pengamatan dengan cermat

2. Dalam menentukan jenis dan jumlah struktur mikro sebaiknya seakurat mungkin karena akan mempengaruhi jumlah kadar karbon yang didapatkan dari perhitungan

3. Jika ada cukup waktu, sebaiknya praktikan ditunjukkan cara grinding, polishing, dan etching.

16

17

DAFTAR PUSTAKA

1. Avner, Sydney H., Introduction to Physical Metallurgy, Second Edition, McGraw–Hill International Book Company, Tokyo, 1987.

2. Suherman, Ir. Wahid., Pengetahuan Bahan, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, ---.

3. Suherman, Ir. Wahid., Ilmu Logam I, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, ---.

4. Suherman, Ir. Wahid., Ilmu Logam II, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, ---.

17