studi perbandingan dari pengaruh variasi temperatur

STUDI PERBANDINGAN DARI PENGARUH VARIASI TEMPERATURAUSTENITISASI YANG DILAKUKAN SAMPAI PADA TERCIPTANYA DUA

FASA YAITU FASA AUSTENIT DAN PERLIT

Sumiyanto, AbdunnaserProgram Studi Teknik Mesin, Institut Sains dan Teknologi Nasional

Jl. Moh Kahfi II, Jagakarsa, Jakarta 12640, [email protected]

PENDAHULUANBaja merupakan bahan dasar yang sering

dipergunakan dalam dunia industri karena prosesproduksi dan sifat mekanisnya yang baik. Kegunaandari baja berkaitan dengan .sifat mekanis yangdimiliki oleh baja itu sendiri, seperti kekuatan,kekerasan, keuletan dan ketangguhan. Untukmenaikan sifat mekanik pada baja dapat dilakukandengan perlakuan panas, dengan memanaskan bajasampai daerah interkritis atau dua fasa (bila dilihatdalam diagram kesetimbangan Fe-Fe3C berkisarpada suhu 7230C sampai 9100C), pada suhu yangdemikian tercipta fasa austenit dan perlit. Agartercipta dengan homogen maka dilakukan waktutahan atau holding time.

Baja karbon rendah jika dilakukan pemanasansampai pada suhu austenitisasi atau daerah interkritisdan dilakukan variasi terhadap suhu austenitisasiserta dilakukan variasi waktu tahan (holding time)akan mempengaruhi kekerasan dan struktur mikropada baja tersebut. Dalam hal ini penelitian

dimaksudkan untuk memperoleh suatu sifat mekanisyang baik dari suatu baja karbon rendah, dimanauntuk mendapatkan sifat mekanik yang baik bajatersebut mengalami proses pemanasan (Heattratment) sampai pada temperatur austenitisasi sertadilakukan variasi temperatur austenitisasi dan variasiwaktu tahan (holding time) dan sebagaiperbandingan digunakan baja yang tidak mengalamiproses pemanasan (Non Heat treatment) sehinggadapat dipahami pengaruhnya terhadap sifat mekanikdan struktur mikro pada baja karbon rendah tersebut.ruang lingkup yang akan dibahas adalah studiperbandingan dari pengaruh variasi temperaturaustenitisasi yang dilakukan sampai pada terciptanyadua fasa yaitu fasa austenit dan perlit, yang dilakukanpada temperatur 7400C, 7600C, 7800C, dan 8000Cserta dilakukan waktu tahan (holding time) yangbervariasi selama 15 menit, 30 menit, dan 45 menitdilihat dari nilai kekerasan dan struktur mikro bajakarbon rendah.

Abstract

This research use 13 of sampel, where 1 sampel without ossification process (Hardening),and 12 of sampel to process ossification (Hardening) with temperature variation of austenitisasiduring 740°C, 760°C, 780°C, and 800°C where in each its temperature is done/conductedby variation of holding time which vary during 15 minute, 30 minute, and 45 minute. To getthe nature of good mechanical at low carbon steel of warm-up process that's which is goodto be used, so that will get result of with high endurance to hardness, therefore to supportresult of from the hardness test hence done/conducted by examination of metalografi, so thatwe earn to see micro structure formation of steel.After perceived from result of hardness test from overall of warm-up sampel at temperature760°C and time holding during 15 minute got by highest hardness equal to 181 HV, this matteris enabled by because test material represent low carbon steel where llama and warm-upof holding time is not too high and llama. Because the mentioned will cause ravelled of carbonelement representing lasing element of it self steel, so that result downhill hardness valueor referred as also with Dekarbonisasi.There by result of from attempt, got by old temperature price and also time holding whichgood to assess hardness at low carbon steel. Examination types taken is examination of testand hardness of metalografi.

Keywords: hardening, austenitisasi, dekarbonisasi

- 215Studi Perbandingan dari Pengaruh Variasi Temperatur .........(Sumiyanto dan Abdunnaser)

UPN "VETERAN" JAKARTA

2. TINJAUAN PUSTAKAa. Pengertian Baja Dua Fasa

Baja ini dikenal dengan istilah ”Dual–PhaseSteel ”, baja dua fasa ini termasuk dalam dalambaja karbon rendah dan menengah yangumumnya mengandung dua fasa yaitu ferrit –martensit atau ferrit – bainit. Fasa tersebutdihasilkan melalui proses sederhana yaitumelalui pencelupan dari daerah dua fasa (_ +_) pada diagram kestimbangan besi–karbon.Baja ini mempunyai komposisi sederhana dansecara ekonomis sangat menarik serta dapatdidesain untuk mendapatkan kombinasi mampubentuk, kekuatan, dan keuletan yang lebih baikdari pada baja ferrit atau perlit. Sumber utamapenguatan baja ini adalah disebabkan adanyastruktur martensit yang bersifat kuat didalamsuatu struktur matriks ferrit yang bersifat ulet.Dengan mengatur fraksi volume martensitdidalam ferrit maka akan diperoleh variasi sifatmekanik pada baja berkekuatan tinggi ini.

Pada suhu kamar, besi dan kebanyakan bajamemiliki bentuk struktur BCC (Body CenteredCubic), seperti yang ditunjukan dalam gambar1. Pada temperatur yang tinggi, besi dankebanyakan baja membentuk struktur FCC (FaceCentered Cubic), seperti yang ditunjukan dalamgambar 2. Susunan atom dalam struktur kristalsangat menentukan terhadap sifat-sifatlogamnya. Logam dengan struktur kristal BCCmempunyai kerapatan atom yang lebih rendahjika dibandingkan logam dengan struktur kristalFCC. Pada struktur kristal BCC jumlah bidanggesernya lebih sedikit sehingga kemampuanatom-atom untuk bergeser atau mengalamidislokasi akibat deformasi akan menjadi lebihterbatas (lebih sulit).

Dengan demikian logam dengan strukturkristal BCC membutuhkan energi yang lebihbesar untuk menggerakkan dislokasi jikadibandingkan dengan logam dengan strukturkristal FCC. Hal inilah yang menyebabkanmengapa logam dengan kristal BCC biasanyalebih kuat (tetapi kurang liat) jika dibandingkanlogam FCC yang biasanya menunjukan kekuatanyang rendah tetapi memiliki keliatan (ductility)yang tinggi.

Gambar 1. Struktur kristal BCC dari Besi /Baja pada suhu kamar

Gambar 2. Struktur kristal FCC dari Besi /Baja pada suhu tinggi

Untuk memperjelas perilaku baja dapatdilihat pada diagram Fe-Fe3C seperti padagambar 3., sebagai landasan untuk mengetahuifasa/struktur yang terjadi pada temperatur dankomposisi tertentu. Mendapatkan perbandinganberat dari fasa yang terjadi.

Diagram besi karbon adalah diagramkesetimbangan antara besi dengan karbon, yangdapat bersenyawa menjadi Fe3C (karbida besi),persenyawaan besi dengan karbon pada waktumasih dalam keadaan cair disebut karbida besitetapi sesudah menjadi padat disebut sementitdan persenyawaan ini mengandung karbonsekitar 6,67%.

Kelarutan karbon dalam besi akan terbatasdan larutan padat besi dan karbon dapatmembentuk senyawa intersisi berupa eutektikatau eutektoid atau mungkin juga karbon akanterpisah menjadi grafit.

216 BINA TEKNIKA, Volume 9 Nomor 2, Edisi Desember 2013, 215-219-


pengujian mekanik yang mendukung perubahanstruktur mikro yang terjadi pada bahan tersebut.Hubungan antara struktur mikro dengan denganpengujian mekanik diharapkan dapat menghasilkansifat mekanik yang baik dari suatu baja karbonrendah seperti kekuatan, kekerasan dan lain-lain.Untuk memudahkan pemahaman tentang jalannyapercobaan maka penulis membuat skema penelitiandimana didalamnya berisi sketsa tentang tahapanawal percobaan hingga benda selesai percobaan,seperti yang ditunjukan dalam gambar 4.

Gambar 4. Skema Penelitian

Persiapan bahan dasar dalam hal ini berisitentang bahan dasar yang akan dilakukan pengujianserta dimensi bahan, dimana hal ini dimaksudkanagar memudahkan pengujian. Bahan dasar yangdigunakan adalah baja karbon rendah St 41 dengankadar komposisi kimia seperti yang ditunjukandalam tabel 1.

Tabel 1. Hasil pengujian komposisi kimia padamaterial dasar

Kandungan Komposisi Kimia Material Dasar

C 0.186% Mo <0.005%

Si 0.025% Ti <0.002%

S 0.029% Cu 0.232%

St 41 P 0.003% Nb <0.002%

Mn 0.525% V <0.002%

Ni 0.046% Al 0.025%

Cr 0.019% Fe 98.84%

Gambar 3. Diagram kesetimbangan besi –karbon Fe-Fe3C

b. Pedoman untuk menentukan holding time dariberbagai jenis baja:1) Baja konstruksi dari Baja karbon dan Baja

paduan rendahMengandung karbida yang mudah larut,diperlukan holding time yang singkat 5–15menit setelah mencapai temperaturpemanasannya dianggap sudah memadai.

2) Baja konstruksi dari Baja karbon menengahDianjurkan menggunakan holding time 15- 25 menit, tidak tergantung ukuran bendakerja.

3) Low Alloy Tool SteelMemerlukan holding time yang cepat, agarkekerasan yang diinginkan dapat tercapai.Dianjurkan menggunakan 0.5 menit permilimeter tebal benda atau 10 – 30 menit.

4) High Alloy Chrome SteelMembutuhkan holding time yang palingpanjang diantara semua baja perkakas, jugatergantung pada temperatur pemanasannyajuga diperlukan kombinasi temperatur danholding time yang tepat. Biasanya dianjurkanmenggunakan 0.5 menit per milimeter tebalbenda dengan minimum 10 menit,maksimum 1 jam.

5) Hot – Work Tool SteelMengandung karbida yang sulit larut, baruakan larut pada 1000˚C. Pada temperatur inikemungkinan terjadinya pertumbuhan butirsangat besar, karena itu holding time harusdibatasi antara 15 – 30 menit.

METODE DAN HASIL PENELITIANUntuk mendapatkan hasil pengolahan data yangakurat maka dilakukan serangkaian pengujian,diantaranya kekerasan mikro dan struktur mikro(Metalografi) sehingga dihasilkan data dari

Baja KarbonRendah St 41

NonHeat Treatment

Uji Komposisi

Heat Treatment

TEMPERATUR• 7400C• 7600C• 7800C• 8000C

HOLDING TIME• 15 Menit• 30 Menit• 45 Menit

Quenching Oli

Uji Metalografi Uji Kekerasan

Data danPembahasan

Kesimpulan



Berdasarkan hasil pengujian material baja tanpaperlakuan panas (Non Heat Treatment) dihasilkandata-data seperti terlihat pada tabel 2.

Tabel 2. Hasil pengujian kekerasan material dasarNo Keterangan Nilai minimum Nilai maksimum Rata-rata Satuan

1 Kekerasan 105 107 105 HV

Berdasarkan hasil pengamatan dengan metalografipada material awal dengan material awal dengankadar karbon 0.186% dihasilkan Struktur mikroseperti terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Struktur mikro material awal dengan kadar karbon0.186% (Pembesaran 500 x)

Dari sampel uji 1, terlihat bahwa fasa ferrit danperlit merupakan fasa yang banyak tersusun padamaterial awal, fasa yang berwarna terang adalahfasa ferrit dan fasa yang berwarna gelap adalahfasa perlit. Dari gambar terlihat jelas fasa ferritlebih banyak dari pada fasa perlit, dimana kita tahubahwa fasa ferrit pada baja mempunyai sifat yanglunak, liat dan mudah di tempa. Oleh karena itubahan material awal ini masih bersifat lunak danmudah di tempa, ini bisa juga dibuktikan dengankekerasan awal yang berkisar pada 105 HV.

Tabel 3. Hasil pengujian kekerasan dengan proseshardening dengan temperatur 7600C dengan holding

time selama 15 menit

No Keterangan Nilai minimum Nilai maksimum Rata-rata Satuan

1 Kekerasan 179 183 181 HV

Dari hasil pengamatan dengan metalografi padamaterial setelah dilakukannya pemanasan padatemperatur 7600C dan dilakukan holding timeselama 15 menit kemudian dilakukan pendinginancepat (Quenching) dengan menggunakan mediapendingin oli dihasilkan Struktur mikro sepertiterlihat pada gambar 6.

Gambar 6. Hasil pengujian kekerasan dengan proseshardening dengan temperatur 7600C dengan holding time

selama 15 menit (Pembesaran 500x)

Dapat diperhatikan pada hasil uji 5, dimanadengan dilakukannya pemanasan pada temperature7600C dan dilakukan holding time selama 15 menitkemudian dilakukan pendinginan cepat (Quenching) dengan menggunakan media pendingin oli.Dengan dilakukannya proses demikian terjadikenaikan kekerasan dibanding dengan suhu 7400C,hal ini dimungkinkan karena terjadi pertumbuhanfasa martensit yang sudah homogen (seperti yangterlihat pada gambar 7). Fasa perlit bercampurdengan fasa martensit, yang akan menyebabkanbenda menjadi keras dan getas tetapi mengalamipenurunan keuletan.

Gambar 7. Grafik hasil Uji Kekerasan Vickersdengan proses Heat Treatment

Terlihat pada grafik diatas bahwa kekerasanmaksimum pada proses Heat Treatment denganvariasi temperatur austenitisasi dan variasi holdingtime, didapatkan kekerasan maksimum padamaterial awal terjadi pada temperatur 7600C denganwaktu holding time selama 15 Menit, hal tersebutdikarenakan material awal merupakan baja karbonrendah yang memerlukan temperatur pemanasanyang tidak terlalu tinggi serta holding time yangterlalu lama, hal tersebut akan mengakibatkankehilangan unsur penguat pada baja. Hal ini bisa

218 BINA TEKNIKA, Volume 9 Nomor 2, Edisi Desember 2013, 215-219-


dilihat pada grafik diatas, temperatur pemanasanmakin tinggi serta holding time yang bervariasiakan menyebabkan penurunan kekerasan.

KESIMPULANa. Pengaruh dari proses heat treatment ini adalah

terjadinya kenaikan kekerasan dari bahan awalyang tanpa mengalami pemanasan (heattreatment), temperatur awal 280C dengan nilaikekerasan sebesar 105 HV, kekerasanmaksimum terjadi pada bahan material dengansuhu 7600C dengan holding time selama 15menit, dengan nilai kekerasan 181 HV.

b. Hal tersebut dikarenakan bahan material awalmerupakan baja karbon rendah, bila dipanaskansampai pada suhu yang sangat tinggi unsurkarbon yang terkandung dalam baja akan teruraiatau yang disebut Dekarbonisasi. Hal itulahyang menyebabkan terjadinya penurunankekerasan pada benda yang dipanaskan terlalutinggi serta waktu holding time terlalu lama.

c. Dalam penelitian ini perubahan kenaikankekerasan tidaklah banyak terdapat perbedaan,hal ini disebabkan karena temperatur pemanasandan lama holding time berdekatan hal tersebutmengakibatkan pertumbuhan fasa baru ataumartensit belum terjadi secara sempurna.

DAFTAR PUSTAKAAdnyana, D.N., Spesifikasi Pemilihan Material,

Institut Sains dan Teknologi Nasional,Jakarta, 1994.

Handbook desk Edition. ASM International, 1985,p. 28.2

Introduction Hardness For Tested Material,http://www.Hardness.com

Sriati Djaprie dan George E. Dieter, MetalurgiMekanik. Edisi Ketiga, Jilid I, Erlangga,Jakarta

Tata Surdia dan Shinroku Saito, PengetahuanBahan Teknik, Jilid Ke Empat. PT. Pradnyaparamita, Jakarta 1984.

Sriati Djaprie Dan Van Vlack, Lawrence H. IlmuLogam dan Bukan Logam. Edisi Kelima,Jakarta, 1985.



studi perbandingan dari pengaruh variasi temperatur

Documents