perlak klas

7/22/2019 Perlak Klas

1/20

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan dunia industri terutama yang berhubungan dengan

masalah pemilihan bahan dan penggunaannya. Untuk penggunaan sebagai bahan

industri sifat-sifat khas dari material logam harus diketahui, sebab logam tersebut

akan digunakan untuk berbagai macam keperluan dan berbagai macam keadaan.

Sifat logam tersebut meliputi sifat mekaniknya, sifat termal, sifat kimia,

kemampuan di mesin, kemampuan kekerasan dan lain-lain. Adapun dalam

percobaan ini yang akan diuji adalah sifat mekanik dari logam terutama sifat

kekerasannya.

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan yang dilakukan oleh bahan

terhadap desakan kedalam yang tetap yang disebabkan oleh sebuah alat pendesak

dengan bentuk tertentu di bawah pengaruh gaya tertentu., suat hasil desakan yang

kecil menunjukkan kekerasan yang besar. Dengan mengetahui tingkat kekerasan

logam maka dapat diketahui suatu logam yang memiliki nilai ekonomis yang

tinggi atau nilai ekonomis yang rendah, dalam industri juga sangat diperlukan

untuk menghemat biaya pemeliharaan bahan atau penggantian bahan.

Kekerasan suatu bahan erat hubungannya dengan kekuatan bahan.

Hubungan keduanya yaitu semakin keras suatu bahan tersebut akan semakin kuat,

demikian pula sebaliknya. Untuk mengetahui suatu kekerasan bahan atau logam

sebagai ukuran ketahanan logam tersebut terhada deformasi plastik maka

dilakukanlah suatu pengujian kekerasan yang ditunjukkan dengan angka Brinell,

Rockwel, dan Vickers.Sedangkan untuk mengetahui kemampuan pengerasan

logam (baja) dengan menentukan ketebalan dan distribusi kekerasan yang dicapai

bila diberikan perlakuan panas tertentu, maka dilakukanlah pengujian Jominy test.

I. 2 Tujuan PercobaanAdapun tujuan dari praktikum Heat Treatment ini adaalah

1. Mengetahui hardenability baja VCL 140 dengan metode Jominy2. Mengetahui struktur mikro yang terdapat pada baja VCL 140


2/20

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II. 1 Perlakuan Panas

Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai kombinasi

antara operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam dalam keadaan padat

dengan waktu tertentu dengan maksud memperoleh sifat tertentu. Langkah

pertama dalam setiap perlakuan panas adalh memanaskan logam itu sampai ke

suatu temperatur tertentu, lalu menahan beberapa saat pada temperatur tersebut,

dan kemudian mendinginkannya dengan laju pendinginan tertentu. Selama

pemanasan dan pendinginan ini akan terjadi beberapa perubahan struktur mikro,

dapat juga peruterjadi perubahan fase dan atau bentuk atau ukuran butiran

kristalnya. ( Wahid Suherman, 2001)

Tujuan dari proses perlakuan panas ini pada umumnya ialah untuk

memperbaiki sifat mekanik dari suatu material, misalnya untuk menaikkan

kekuatan dan kekerasan pada logam. Selain untuk menaikkan kekerasan dan

kekuatan, proses perlakuan panas juga ditujukan untuk menghilangkan tegangan

sisa pada suatu logam akibat proses produksi yang telah dialami, misalnya proses

rolling.

II.2.2 Diagram Transformasi

Diagram fase memang suatu dasar yang sangat penting bagi proses

perlakuan panas. Akan tetapi diagram tersebut hanya menunjukkan perubahan

fase pada saat kondisi yang equilibrium atau pada saat proses pemanasan atau

pendinginan dari suatu baja tersebut berjalan secara sangat lambat sehingga

dimungkinkan suatu pendinginan yang setimbang. Sedangkan untuk proses

perlakuan panas yang digunakan menggunakan suatu proses pendinginan yangcepat atau dapat dikatakan pendinginan yang terjadi merupakan pendinginan non-

equilibrium. Oleh karena itu dibuatlah diagram lain yang dapat

merepresentatifkan suatu perubahan non equilibrium. Diagram ini dinamkan

diagran transformasi, diagram ini menunjukkan perkembangan transformasi

terhadap waktu dan temperatur.


3/20

Gambar 2.3 Diagram Isotermal Transformation untuk Baja Eutektoid

(Callister, 2007)

Diagram di atas merupakan isothermal transformation diagram atau biasa

disebut juga time-temperature-transformation diagram (TTT diagram). Dapat

dilihat pada diagram tersebut bahwa seiring dengan perlakuan yang diterima, baja

akan mengalami perubahan struktur. Selanjutnya akan dibahas struktur apa saja

yang akan terbentuk dan bagaimana mekanisme pembentukannya sesuai dengan

diagram transformasi di atas.

II.2.2.1 Pembentukan Pearlite

Bila austenit didinginkan di bawah temperatur A1 maka setelah beberapa

saat austenit akan mengalami tranformasi. Pembentukan perlite dimulai dengan

inti sementit di batas butir austenit. Atom karbon dari austenit di sekitar inti

sementit akan berdifusi keluar dengan inti sementit yang sudah terbentuk. Dengan

keluarnya atom karbon dari austenit maka kadar karbon austenit yang berada

disekitar sementit akan sangat sedikit sehingga austenit akan bertransformasi

menjadi ferit. Keluarnya karbon dari austenit ini berlangsung secara terus menerus

sehingga diperoleh struktur yang berlapis-lapis (lamelar) yang terdiri dari lamel-

lamel ferit dan sementit. (Wahid Suherman, 2001)


4/20

Gambar. 2.4Mekanisme Transformasi Austenit Menjadi Pearlite (Callister,2007)

Dari gambar 2.4 dapat dilihat bahwa dengan pendinginan agak cepat,

strultur pearlite yang akan dihasilkan adalah perlite dengan ketebalan lamel yang

cukup tebal (Coarse Pearlite). Hal ini dapat terjadi karena dengan pendinginan

yang agak lambat maka waktu untuk karbon berdifusi akan semakin lama yang

mengakibatkan lamel-lamel pearlite akan menjadi tebal. Apabila pendinginannyaagak dipercepat maka yang akan terbentuk adalah lamel-lamel pearlite yang

cukup tipis (fine pearlite).

Gambar 2.5 (a) Coarse Pearlite, (b)Fine Pearlite (Callister, 2007)


5/20

II.2.2 Pembentukan Martensite

Struktur martensit dapat terbentuk karena proses pendinginan yang sangat

cepat pada austenit. Pada diagram transformasi pada gambar 2.3 dapat dilihat

apabila pendinginan dilakukan sangat cepat dan mencapai temperatur Ms maka

martensit akan mulai terbentuk.

Pendinginan yang sangat cepat pada austenit ini akan menyeabkan austenit

akan mengalami driving force yang sangat besar untuk berubah dari FCC menjadi

BCC. Driving force ini akan menimbulkan shear stress terhadap atomatom pada

FCC. Shear force ini yang menyebabkan atom-atom FCC akan sedikit tergeser

berupaya untuk membentuk BCC, akan tetapi karena didalam sistem kristal

tersebut masih banyak karbon yang seharusnya berdifusi keluar akan tetapi sudah

tidak bisa berdifusi karena temperatur sudah terlalu rendah maka struktur BCC

tidak akan bisa tercapai, salah satu rusuh dari sel tersebut akan lebih panjang dari

pada yang lain. Sel tersebut akan menjadi BCT (Body Centered Tetragonal).

Gambar 2.7 Struktur BCT dari Martensit (Callister, 2007)

Struktur BCT yang terbentuk akan sangat tegang akibat dari perubahan

struktur yang terjadi secara dipaksakan. Karena strukturnya sangat tegang inilah

yang menyebabkan martensit menjadi sangat keras, kuat, dan getas. Di bawah

mikroskop optik martensit tampak seperti jarum-jarum yang tersebar.

Gambar 2.8 Struktur Martensit yang Berbentuk Seperti Jarum


6/20

Kekerasan pada martensit bergantung pada kadar karbon yang berada pada

autenitnya. Semakin tinggi kadar karbon karbon martensit yang terbentuk akan

semakin keras. Kadar karbon juga mempengaruhi Ms dan Mf. Kadar karbon yang

tinggi akn menyebabkan temperatur Ms dan Mf turun sehingga akan

menyebabkan akan semakin banyak austenit sisa yang terbentuk.

II.4 Pengujian Hardenabiliti Jominy

Pengujian ini disebut juga end quench hardenability test karena pada pengujian ini

digunakan spesimen yang berbentuk batang silindrik berdiameter 1 (25 mm)

dengan panjang 4 (100 mm) yang didinginkan pada salah satu ujungnya. Unt uk

test ini digunakan alat dengan lubang tempat spesimen pada puncaknya. Tepat di

bawah spesimen terdapat nozzle berdiameter (12,5 mm) umtuk

menyemprotkan air pendingin dengan tinggi pancaran bebas 2 (65 mm). Jarak

antara ujung spesimen dengan nozzle sebesar (12,5 mm).

Spesimen dipanaskan pada temperatur asutenisasinya dengan waktu tahan

biasanya 20 menit, lalau diambil cepat dan dimasukkan ke dalam lubang jominy

untuk dilakukan pengujian.

Gambar 2.9 Standard Pengujian Jominy (Totten, 2006)

Setalah dilakukan proses pendinginan sisi silinder diratakan laludiukur kekerasannya sepanjang sisi tersebut ( setipa jarak 1/16, titik

jominy) dan hasilnya di plot pada grafik kekerasan jarak dari ujung

jominy (Jominy Distance)


7/20

Gambar 2.10 Cara Memperoleh Kurva Jominy (Totten, 2006)

Kurva Jominy dapat diperkirakan dengan perhitungan berdasarkankomposisi kimia. Field mengembangkan metoda berdasarkan asumsi

bahwa: (1) kekerasan di titik jominy pertama (1/16 dari ujung),

dinamakan initial hardness (IH), hanya tergantung pada kadar karbon,

(2) kekerasan pada titik jominy selanjutnya, dinamakan Distance

Hardness (DH), adalah fungsi dari DI, dan perbandingan IH/DH,

dinamakan faktor pembagi (DF, harganya dicari dari gambar ), adalah

fungsi konstan dari diameter kritis ideal.

Untuk kekerasanJominy dengan jarak 0-6 mm :HRC20C60J 60

Untu kekerasanJominy dengan jarak 6-80 mm :

HRC13s9.0s12K8.0P96V39Si6Ni6Mn14Mo38Cr20Cs0028.0C95J

2806

dimana J =JominyHardness (HRC) S = JarakJominy(mm) K = ASTM grain size number Simbol unsur menunjukkan persentase kadar unsur tersebut. (Wahid

Suherman, 2001)


8/20

BAB III

METODOLOGI

III.1 Diagram Alir Percobaan

III.2 Alat dan Bahan Percobaan

III.2.1 Alat-alat Percobaan

Adapun alat-alat yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah sebagai berikut :

1. Alat pengujian Jominy 1 buah

2. Baja VCL 140 2 buah

3. Gerinda mesin 1 buah

4. Polisher 1 buah

5. Kikir 1 buah

6.Kain bludru secukupnya

Start

Preparasi spesimen

Spesimen diuji Jominy

Spesimen diuji

Hardness

Rockwell C

Struktur

mikrospesimen diamati

Hasil dibandingkan

dengan perhitungan

teori

End


9/20

7. Hand grinding dengan grade 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000

8. Rockwell C 1 buah

10. Mikroskop optik 1 buah

III.1.2 Bahan percobaan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan adalah sebagai berikut :

1. Air secukupnya

2. Alkohol 96% 96 ml

3. HNO368% 4 ml

4. Autosol mesin poles secukupnya

5. Sodium Metabisulfat

III.3 Prosedur Percobaan

Langkah-langkah yang dilakukan dalam percobaan adalah sebagai berikut :

1. Memotong specimen baja VCL 140 menjadi tiga (3) bagian yaitu spesimen

yang digunakan untuk jominy3. Untuk spesimen yang digunakan untuk jominy

berbentuk bantang silindrik berdiameter 25 mm dengan panjang 100 mm.

4. Dalam jominy test, specimen dipanaskan hingga temperature 860 C, diholding

selama 30 menit dan didinginkan dengan air.

5. Meratakan sisi dari specimen yang telah diuji jominy dan memberi tanda

sebanyak 22 titik untuk dilakukan uji hardness.

6. Menguji kekerasan dengan mesin Hardness Rockwell C di setiap titik yang

telah ditandai pada sisi specimen dan membuat grafik dari hasil uji kekerasan.

8. Melakukan pengujian metalografi


10/20

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 Analisa Data

Berikut tabel hardness untuk baja VCL 140;

Pengujian Jarak dari

Ujung (Inch)

HRC

1 1/16 57

2 2/16 56,8

3 3/16 55,1

4 4/16 42,7

5 5/16 33

6 6/16 31

7 7/16 30

8 8/16 30

9 9/16 29

10 10/16 27

11 11/16 27

12 12/16 26

13 13/16 22

14 14/16 18

15 15/16 15

Dari hasil tabel hasil hardness untuk baja VCL 140, lalu di plot ke dalam grafik

hubungan kekerasan terhadap jarak dari ujung quench :

0

10

20

30

40

50

60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1HardnessofNumber

Distance of Quench End


11/20

Metode Pengujian Jominy

Kurva Jominy dapat diperkirakan dengan perhitungan berdasarkan komposisi

kimia. Untuk kekerasanJominy dengan jarak 0-6 mm :

HRC20C60J 60

Untuk kekerasanJominy dengan jarak 6-80 mm :

HRC13s9.0s12K8.0

P96V39Si6Ni6Mn14Mo38Cr20Cs0028.0C95J2

806

Perhitungan :

Baja VCL 140 memiliki komposisi kimia sebagai berikut :

C = 0.4 % Mn = 0.7% Si = 0.3% Cr = 1,1% Ni= 0.2% Mo=

0.2%

Perhitungan dengan metoda Just :

Untuk jarak 1 mmJo = 60 x c + 20 HRC

= 60 x+ 20 HRC = 57,8 HRc

Untuk jarak 9.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si + 38 V + 96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC

= 95 0.0028 (9.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 9.5 + 0.9 (9.5) 13 HRC

= 58,850.1592 + 7.6 + 9,8 + 1.2 +1.836.984 + 8.5513 HRC

= 37,65 HRC

Untukjarak 17.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si + 38V +96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC

= 95 0.0028 (17.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 + 0.9 (17.5) 13 HRC


12/20

=58,850,54 + 7,6 + 9,8 + 1,2 +1,850,19 + 15,7513 HRC

= 31,27 HRC

Untuk jarak 21.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si + 38V +96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC

= 95 0.0028 (21.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 + 0.9 (21.5) 13 HRC

= 58,851,9243 + 7,6 + 9,8 + 1,2 +1,855,56 + 19,3513 HRC

= 28,12 HRC

Untuk jarak 32.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si + 38V +96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC

= 95 0.0028 (32.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 + 0.9 (32.5) 13 HRC

=58,851,86 + 7,6 + 9,8 + 1,2 +1,8 68,4 + 29,25 13 HRC =

=25,24 HRC

Untuk jarak 39.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si +

38V +96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC

= 95 0.0028 (39.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 + 0.9 (39.5) 13 HRC=58,852,75 + 7,6 + 9,8 + 1,2 +1,875,36 + 35,5513 HRC =

= 23,69 HRC

Untuk jarak 45.5 mmJ6-80 = 95 C 0.0028

2

s C +20 Cr + 38 Mo + 14 Mn + 6 Ni + 6

Si + 38V +96 P0.8 K12 s + 0.9 s 13 HRC


13/20

= 95 0.0028 (45.5)2+ 38(0,2) + 14 (0.7) + 6(0.2) + 6

(0.3)12 + 0.9 (45.5) 13 HRC

=58,853,65+ 7,6 + 9,8 + 1,2 +1,881 + 40,9513 HRC

= 22,55 HRC

Gambar kurva hardenability dengan menggunakan jominy test

Metode Pengujian Hardenabillity Grossman dan Field

Pada metode grossman terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan

untuk memperoleh besar nilai Ideal Critical diameter, namun secara garis besar

diketahui bahwa hal mendasar pada penelusuran besar nilai diameter kritisnya

adalah penggunaan tabel pengali untuk pengaruh masing-masing unsur paduan

yang ada pada baja (spesimen) dan juga faktor pengali berupa nilai Ideal diameter

akibat dari kadar karbon. Adapun langkah-langkahnya akan dijelaskan sebagaiberikut.

Penelusuran data-data awal Kadar karbon (% C), berdasarkan referensi yang kami dapatkan

diketahui bahwa kadar karbon pada baja AISI 1050 adalah sebesar

0,5%

Ukuran butir yang diperoleh pada pengujian ini ditampilkan padaanalisa data sebelumnya tentang ASTM Grain Size Number dengan

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

1 9.5 17.5 21.5 32.5 39.5 45.5

HRc vs distance

HRc


14/20

metode Heyn Intercept, dan diperoleh besarnya ASTM grain sizenya

adalah 7.

Nilai kadar dari unsur paduan diambil dari beberapa referensi.BajaAISI 4140/ VCL 140 memiliki komposisi kimia sebagai berikut :

C = 0.4 % Mn = 0.7% Si = 0.3% Cr = 1,1% Ni= 0.2% Mo=

0.2%

Menentukan besar Ideal diameter dengan menggunakan hubungannilai kadar karbon dan ukuran ASTM grain size dari spesimen AISI

4140/ VCL 140 yang kemudian memanfaatkan bantuan grafik.

Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit

Dari grafik tersebut dapat diperoleh besar ideal diameternya yakni 0,221

Menentukan nilai faktor pengaliNilai faktor pengali dapat diperoleh dengan menggunakan bantuan grafik ini.


15/20

Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit dari baja

karbon

Maka diperoleh hasil sebagai berikut

C = 0,216

Mn = 3,333

Si = 1,2

Cr = 3,376

Mo = 1,6

Menentukan besar Ideal Critical Diameter (DI)Langkah terakhir ini dilakukan dengan melakukan perkalian ideal diameter

dengan faktor pengali unsur paduan sehingga diperoleh hasil sebagai berikut.

Diameter (DI) = 0,216 x 3,33 x 1,2 x 3,376 x 1,6

= 4,66

Maksimum Hardness

0,41% Carbon 57 HRc

J1=

=

= 57 HRc

J6=

=

= 54,8 HRc

J7=

=

= 53,7 HRc

J8=

=

= 51,8 HRc

J9=

=

= 50,9 HRc

J10=

=

= 49,13 HRc


16/20

J12=

=

= 46,7 HRc

J14=

=

= 44,53 HRc

J16= =

= 41,9 HRc

J18=

=

= 40.7 HRc

J20=

=

= 39,8 HRc

J24=

=

= 38 HRc

J28=

=

= 35,6 HRc

J32= =

= 33,9 HRc

Gambar kurva hardenability berdasarkan perhitungan grossman

STRUKTUR MIKRO

20

25

30

35

40

45

50

55

60

1 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 24 28 32

HRc

HRc

FERIT

PERLIT

martensite


17/20

Dari serangkaian percobaan, proses etsa sangat menentukan hasil dari

praktikum ini, karena keberhasilan dari proses etsa akan menjadikan foto mikro

yang didapat menjadi bagus dan ketika proses etsa yang dilakukan tidak

sempurna, maka hasil dari foto mikropun akan menjadi kurang baik. Percobaan

ini dilakukan dengan menggunakan dua larutan etsa, yaitu : 1.Glyceregia dan

2.Nital.

Pembahasan yang pertama yaitu akan dibahas hasil fotomikro hasi etsa

dengan nital. Pada Gambar 1 menunjukan adanya struktur ferit dan perlit,

selainitu juga terdapat martensitakibat dari prose pendinginan dengan media air

melalui jominy test

Pembahasan yang kedua yaitu akan dibahas hasil fotomikro hasi etsa dengan

Glyceregia. Pada Gambar 2 menunjukan adanya bintik hitam yang merupakan

karbida chromium walaupun pada baja ini telah diberi heat treatment yaitu full

annealed. Hal ini bisa terjadi dikarenakan adanya unsur Mn (mangan) yang juga

berfungsi sebagai penstabil karbida (Wahid Suherman, Ilmu Logam II, 1999).

IV. 2 Pembahasan

Setelah menyelesaikan pengujian, data didapatkan dan dianalisa hasilnya.

Dari hasil uji kekerasan setelah jominy, pada baja VCL 140 dapat diketahui

bahwa nilai kekerasan tertinggi adalah 57 HRC dan kekerasan terendah adalah 15

HRC. Dari hasil tersebut terlihat bahwa terjadi selisih yang cukup jauh antara

kekerasan tertinggi dan terendah. Hal tersebut bila dibandingkan dengan teori


18/20

perhitungan hardenability dengan menggunakan metode perhitungan jominy,

menunjukkan bahwa perbedaan antara teori dan hardenability yang didapatkan

dengan eksperimen tidak begitu jauh. Baja VCL merupakan baja karbon medium

yang memiliki sedikit unsure paduan, sehingga pada dasarnya baja ini memiliki

kekerasan yang tidak begitu tinggi. Akan tetapi apabila diberikan perlakuan dapat

menyebabkan hardenabilitynya meningkat tajam sampai membentuk martensit

pada ujung quench jominy.


19/20

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.I Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan analisa yang dilakukan terhadap percobaan

Jominy Test baja VCL 140 / AISI 4140, maka dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

nilai kekerasan tertinggi adalah 57 HRC dan kekerasan terendah adalah15 HRC.

Hasil struktur mikro menunjukkanadanya struktur perlit, ferit, martensit


20/20

DAFTAR PUSTAKA

Callister, D William, Material Science and Engineering An Introduction-7th

ed.New York:John Wiley & Sons, Inc.2007

Suherman, Ir. Wahid, Perlakuan Panas.Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-

ITS.2001

Totten, E George, Steel and Heat Treatment: Metallurgy and Technologies. New

York: Taylor and Francais Group.2006

perlak klas

Documents