5 Uji Jominy revisi3.doc

BAB V

JOMINY TEST

5.1 PENDAHULUAN

Di dalam dunia engineering pengujian terhadap kemampukerasan suatu material

sangatlah penting. Penetahuan kemampukerasan berguna untuk menyeleksi kombinasi

yang tepat pada campuran logam dan perlakuan panas untuk meminimalisasi tegangan

panas dan distorsi dalam menghasilkan komponen pada perbedaan ukuran. Adapun

aplikasi pengujian jominy dalam dunia manufaktur adalah pada industri pembuatan roda

gigi. Sebagai contoh, kebanyakan industri manufaktur roda gigi menggunakan grafik

kekerasan untuk mengetahi tingkat kekerasan yang diperlukan untuk desain roda gigi

dengan pitch tertentu.

Jominy End-Quench Test adalah suatu metode untuk menguji sifat

kemampukerasan suatu matrial. Kemampukerasan mempunyai definisi yang berbeda

dengan kekerasan. Sedangkan kekerasan adalah kemampuan suatu material untuk

menahan penetrasi pada permukaannya. Kemampukerasan suatu material adalah

kemampuan suatu material untuk dikeraskan dalam yang ditandai dengan kemudahan

metrial tersebut untuk dibentuk martensitnya.

Data laju pendinginan pada umumnya berlaku untuk berbagai jenis baja karbon

dan baja paduan rendah, oleh karena memiliki berat jenis, kapasitas panas dan daya

hantar panas yang setara.

Selain dengan jominy end-quench test, kemampukerasan suatu material dapat

diperoleh dari diagram temperatur transformasi dan waktu (diagram TTT) dan diagram

pendinginan kontinu (CCT) dari pendinginan kritisnya.

Pada percobaan ini, batang baja bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan pada

temperatur 8500 C dan penahanan selama 3 jam, agar kandungan karbonnya homogen

dengan austenit dan dicelup pada ujungnya dalam air dengan kecepatan aliran dan

tekanan tertentu. Makin besar laju pendinginan kritis makin panjang daerah celup dingin

pada pengujian Jominy, makin baik kemampukerasannya.

(www.industrialheating.com/CDA/ArticleInformation/features/BNP__Features__Item/)

5.2 TUJUAN

1. Melakukan percobaan Jominy

2. Mengetahui Hardenability atau kemampukerasan material baja

3. Mengetahui nilai kekerasan suatu material melalui kurva

kemampukerasan

5.3 DASAR TEORI

A. Baja : Kemampukerasan

Pengertian kekerasan dan kemampuankerasan (hardenability) adalah dua

hal yang berbeda. Kalau definisi Kemampukerasan adalah Sifat yang

menentukan kedalaman dan distribusi kekerasan yang dipengaruhi oleh proses

quenching dari kondisi austenitik. Sedangkan kekerasan adalah ukuran daripada

daya tahan terhadap deformasi plastik. Kemampukerasan dari sebuah materi baja

bergantung terutama pada (1) komposisi baja, (2) ukuran kesatuan berat

austenitic (the austenitic grain size), dan (3) Struktur baja sebelum di-

quenching.

Kekerasan baja setelah dicelup dingin umumnya tergantung pada

persentase karbonnya. Kekerasan baja akan meningkat seiring dengan

meningkatnya material kadar karbon sekitar 0.6 % C. Melewati atau meningkat

diatas 0.6 % setelah dicelup dingin nilai kekerasan baja juga meningkat tetapi

peningkatan gradien lebih kecil kalau kadar karbon meningkat. Umum diketahui

bahwa struktur martensit yang dinormalkan lebih keras daripada struktur ferit–

perlit atau perlit. Berikut kita lihat hubungan antara kekerasan dengan

meningkatnya kadar karbon dalam baja :

http://www.industrialheating.com/CDA/ArticleInformation/features/BNP__Features__Item/

Gambar 5.1 Hubungan antara kekerasan maksimum dan kadar karbon

dalam baja karbon.(Van Vlack, Lawrence, hal 464)

Dari gambar diatas tampak bahwa kekerasan maksimum akibat martensit

dibandingkan dengan kekerasan yang ditimbulkan oleh struktur mikroperlit.

Untuk dapat mencapai kekerasan maksimum, harus dicegah terjadinya reaksi

γ→α + karbida selama penyemprotan.

( Van Vlack, Lawrence,hal.464)

Agar mendapatkan kekuatan dan keuletan pada baja, hal pertama yang

dilakukan pada material baja adalah mengeraskan dengan mencelup dingin.

Lebih utama memiliki 100 % martensit setelah dicelup dingin. Namun untuk

mendapatkan 100 % martensit material baja harus didinginkan pada pendinginan

tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis dari fasa austenit. Tetapi pada

umumnya bagi butiran austenit yang berukuran besar susah untuk mendapat laju

pendinginan yang lebih besar dari laju pendinginan kritis ditengah – tengahnya.

Kekerasan maksimun dapat dicapai dengan dengan membentuk martensit

100 %. Salah satunya adalah material baja bertransformasi lambat dari austenit

menjadi ferit dan karbida maka akan memiliki kemampukerasan yang besar.

Sebaliknya baja yang dengan cepat bertransformasi dari austenit menjadi ferit

dan karbida mempunyai kemampukerasan yang rendah karena dengan terjadinya

transformasi pada suhu tinggi, martensit tidak terbentuk. Kekerasan mendekati

maksimun dapat dicapai pada baja dengan kemampukerasan yang tinggi dengan

pencelupan sedang dan di bagian tengah baja dapat dicapai kekerasan yang

tinggi meskipun laju pendinginan lebih lambat.

Untuk dapat mencapai kekerasan maksimun karbon harus larut sempurna

dalam austenit. Laju pendinginan minimal yang dapat menghasilkan 100 %

martensit disebut kecepatan pendinginan atau pencelupan kritis. Selain itu harus

diusahakan agar jumlah austenit sisa dapat ditekan karena austenit akan

melunakkan struktur.

Mampukeras baja dapat diperoleh dari diagram temperatur transformasi

dan waktu (diagram TTT) dan diagram pendinginan kontinu (CCT) dari

pendinginan kritisnya, atau dengan pengujian Jominy yang dinamakan pengujian

celup dingin ujung (The Jominy End- Quench Test), untuk mendapatkan

panjang daerah celup dingin.

Pada percobaan ini, batang bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan di

daerah austenit dan dicelup pada ujungnya dalam air dengan kecepatan aliran

dan tekanan tertentu. Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang

cepat, oleh karena itu mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon baja

yang sedang diuji. Makin besar laju pendinginan kritis makin panjang daerah

celup dingin pada pengujian Jominy, makin baik kemampu kerasannya.

Gambar 5.2 Spesimen untuk pengujian Jominy

(Materials Science and Engineering, W.D Callister, hal 326)

Gambar 5.3. a.Spesimen dan Kelengkapan end-quench hardenability test

b.Skema Ilustrasi dari end-quench hardenability test.

(William Smith, hal 519)

Penambahan B sebanyak 0,0005 – 0,005 % sangat memperbaiki mampu

keras, tetapi masih belum mencapai laju pendinginan kritis. Faktor lain pada

mampu keras adalah ukuran butir austenit. Makin besar ukuran butir austenit

makin baik pengaruhnya terhadap mampu keras, karena transformasi

proeutektoid dan perlit terjadi pada batas butir austenit, sehingga makin banyak

batas butir makin banyak tempat pengintian , jadi transformasi demikian mudah

terjadi. Kalau luas batas butir mengecil maka transformasi berkurang, hal ini

menyebabkan mudah terjadinya transformasi austenit.

(Pengetahuan Bahan Teknik,Tata Surdia dan Shinroku Saito, edisi 5)

Gambar 5.4 Jarak dari ujung yang dicelup (jarak jominy).

(Ilmu dan teknologi Bahan, edisi 5, Van Vlack, Hal 465)

Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang sangat cepat, oleh

karena itu mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon baja yang

sedang diuji. Laju pendinginan pada titik – titik menjauhi ujung celup lebih

rendah. Oleh karena itu nilai kekerasannya pun lebih rendah. Data laju

pendinginan pada gambar 5.5 pada umumnya berlaku untukberbagai jenis baja

karbon dan baja paduan rendah karena memiliki berat jenis, kapasitas panas dan

daya hantar panas yang setara, ketiga sifat ini mempengaruhi difusivitas termal.

Gambar 5.5

Hubungan antara laju pendinginan dan jarakdari ujung yang dicelup pada batang

Jominy.

(Ilmu dan teknologi Bahan, edisi 5, Van Vlack, Hal 466)

Gambar 5.6 Korelasi antara Mampu Keras dan Pendinginan Kontinu untuk

campuranbesi-karbon pada komposisi eutectoid.

(Materials Science and Engineering, W.D Callister, hal 327)

Bagi setiap jenis baja terdapat hubungan langsung dan konsisten antara

kekerasan dan laju pendinginan. Akan tetapi hubungan ini tidak linier. Selain itu

landasan teori untuk analisa kuantitatif cukup rumit (mencakup variabel seperti :

unsur paduan, ketidakmurnian, besar butir, dan suhu austenitisasi).

Gambar 5.7 Diagram Transformasi isotermal untuk Dekomposisi austenit (SAE 1080)

(Sumber : William Callister D , Jr , Willey Jhon & Sons. Third edition. 1994 )

Selain dengan pengujian Jominy mampu keras baja juga dapat diperoleh

dari diagram temperatur transformasi dan waktu (diagram TTT), seperti yang

ditunjukkan pada gambar 5.7. Diagram TTT singkatan dari bahasa Inggris

Temperature, Time, dan Transformation. Dalam diagram itu suhu diukur secara

lurus pada garis vertical dan pada garis horizontal, waktu diukur secara

logaritmis. Untuk baja tertentu, grafik yang diperoleh secara demikian

menunjukkan permulaan dan akhir dari transformasi. Laju reaksi, transformasi

isotermal ditunjukan dalam diagram TTT (gambar 5.7). Pada gambar terlihat

data waktu untuk reaksi pada baja eutektoid (AISI-SAE1080). Garis ts yang

terdapat di sebelah kiri menyatakan waktu yang diperlukan untuk memulai

dengan dekomposisi. Garis tf yang terdapat disebelah kanannya menyatakan

waktu berakhirnya reaksi γ→ ( α + C ) Garis-garis yang terdapat pada gambar

tersebut dinamakan dengan diagram transformasi Isotermal atau diagram T-I.

Gambar T-I diperoleh dari : potongan-potongan contoh baja eutektoid yang

dipanaskan sampai mencapai suhu austenit dan dibiarkan untuk waktu tertentu

agar transformasi ke austenit selesai sepenuhnya. Potongan-potongan sampel

kemudian dicelupkan lebih lanjut sampai mencapai suhu ruang. Perubahan γ→

( α + C ) tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama

kurang dari satu detik, dan transformasi sempurna menjadi α + karbida baru

terjadi setelah 10 detik berlalu.

(William Callister D , Jr , Willey Jhon & Sons,hal 211)

Dengan diagram T-I membuktikan bahwa transformasi austenit

berlangsung dengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid)

maupun suhu rendah . Reaksi yang lamban pada suhu tinggi disebabkan karena

tidak cukup pendinginan lanjut yang dapat menimbulkan nukliasi ferit dan

karbida baru dari austenit semula.

Gambar 5.8. Kurva Transformasi pendinginan kontinu (kurva CCT).

(William Callister. D, hal 212)

Kurva CCT terbentuk dari proses pendinginan kontinu. Proses

pendinginan kontinu Sepotong baja yang panas dikeluarkan dari dapur

kemudian didinginkan dalam udara., atau baja dicelup ke dalam air. Keduanya

tidak mengalami masa isotermal, sewaktu terbentuk ( α + C ) Pada

pencelupan cepat kurva transformasi tidak terpotong, hasilnya austenit berubah

menjadi martensit dan tidak terbentuk perlit ( α + C ). Perlit terbentuk pada

waktu pendinginan kontinu (perlahan-lahan), akan tetapi dekomposisi baru

terjadi agak lama (pada suhu yang lebih rendah). Transformasi isotermal lebih

cepat. Keterlambatan ini disebabkan , karena benda berada pada suhu yang lebih

tinggi dimana reaksi mulai lebih lambat. Jadi kurva transformasi isotermal

bergeser ke bawah kanan untuk transformasi pendinginan kontinu.

Kurva kemampukerasan juga tergantung pada kandungan karbon. Efek

ini dapat dilihat dari gambar 5.9 untuk seri pada baja alloy dimana hanya

konsentrasi karbon yang bervariasi. Kekerasan disetiap posisi jominy meningkat

dengan konsentrasi karbon.

Dari gambar 5.9 dapat terlihat bahwa perbandingan perilaku pada baja

8640 dengan baja 8660. pada baja 8660 nilai kemampukerasannya lebih tinggi

bila dibandingkan dengan baja 8640. Karena kurva 8660 lebih landai daripada

8640.

B. Fasa Pada Sistim Besi-Karbon

Diagram besi karbon adalah diagram keseimbangan antara besi dengan

zat arang yang dapat bersenyawa menjadi Fe3C (karbid besi), sehingga karena

itu diagram besi karbon dapat disebut juga diagram keseimbangan besi karbid

besi atau diagram Fe-Fe3C.

(Syamsul, Arifin. Ilmu Logam Jilid 1, Hal 93)

Bila kadar karbon baja melampaui 0,2%, suhu di mana ferit mulai

terbentuk dan mengendap dari austensit turun. Baja dengan kadar karbon 0,8%

Gambar 5.9 Kurva kemampukerasan dari empat alloy seri 8600, dari kandungan karbon yang ditentukan

(William Callister, hal 328)

disebut baja eutektoid dan strukutur terdiri dari 100% perlit. Titik eutektoid

adalah suhu terendah dalam logam di mana terjadi perubahan dalam keadaan

larutan padat dan merupakan suhu keseimbangan terendah terendah dimana

austenit terurai menjadi ferit dan sementit.

Bila kadar karbon baja lebih besar daripada eutektoid, perlu diamati garis

pada diagram besi-karbida besi yang bertanda Acm. Garis ini menyatakan suhu

dimana karbida suhu mulai memisah dari austensit. Sementit merupakan karbida

besi dengan rumus Fe3C. Sementit ini sangat keras dan rapuh. Baja yang

mengandung karbon kurang dari eutektoid (0,8%) disebut baja hipoeutektoid,

sedangkan baja dengan kadar karbon lebih dari eutektoid disebut juga

hipereutektoid.

Bila baja hipoeutektoid didinginkan secara perlahan-lahan, austensit

bertransformasi menjadi ferit dan perlit. Baja dengan susunan demikian lunak

dan ulet. Bila baja didinginkan dengan lebih cepat, akan dihasilkan susunan

yang berlainan, baja akan lebih keras, tetapi kurang ulet. Pendinginan yang cepat

seperti pencelupan dalam air akan menghasilkan struktur martensit.

(Amstead, BH.dkk.Teknologi Mekanik, hal140)

Gambar 5.10 Diagram fasa Fe-Fe3C

(Ilmu dan Teknologi Bahan, edisi 5, Van Vlack, hal 380)

Titik penting dalam diagram fasa ini adalah :

A : Titik cair besi

B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan titik peritetik

H : Larutan padat alpha yang ada hubungannya dengan reaksi peritetik

J : Titik peritetik selama pendinginan austenit pada komposisi j fasa

gamma terbentuk pada larutan padat pada cairan dan komposisi pada

komposisi B

N : Titik transformasi dari titik alpha menjadi titik gamma. Titik

transformasi dari titik A4 dari besi murni

C : Titik eutetik selama pendinginan fasa gamma dengan komposisi C

dan sementit pada komposisi f terbentuk dari cairan pada komposisi

C. Fasa ini disebut deleburit

E : Titik yang menyatakan fasa gamma ada hubungannya dengan titik

eutetik.

G : Titik transformasi dari alpha menjadi gamma. Titik transformasi A3

untuk besi

P : Titik yang menyatakan ferit, fasa alpha ada hubungannya dengan

reaksi eutektoid

S : Titik eutektoid selama pendinginan ferrit pada komposisi alfa dan

sementit pada komposisi terbentuk simultan dari austenit pada

komposisi s. Reaksi eutektoid ini dinamakan transformasi A1 dan

fasa eutektoid ini dinamakan ferrit.

A2 : Titik transformasi megnetik untuk besi atau ferit

A3 : Titik transformasi magnetic untuk sementit

Diperoleh tiga jenis data dari diagram fasa yang pada hakekatnya

merupakan penggambaran dari kurva batas daya larut :

1. Diagram fasa menunjukkan jenis fasa yang terdapat dalam keadaan

keseimbangan pada berbagai suhu dan komposisi.

2. Diagram fasa juga menunjukkan komposisi kimia untuk semua fasa

berimbang:

a. Dalam daerah fasa tunggal komposisi sama dengan komposisi paduan

b. Dalam daerah dua fasa, komposisi ditentukan oleh perpotongan isoterm

dengan kurva baas daya larut.

Komposisi kimia dinyatakan dalam persen komponen.

3. Akhirnya kita dapat menghitung fraksi kuantitas fasa-fasa dalam paduan dua

fasa secara interpolasi sepanjang isoterm. Hal ini sama dengan “kaidah

pengungkit”. Jumlah ini dapat dinyatakan dalam persen fasa.


Ferit atau besi -

Modifikasi struktur dari besi murni pada suhu ruang disebut besi atau

ferit. Ferit lunak dan ulet, dalam keadaan murni (komersil) kekuatan tariknya

kurang dari 310 Mpa. Bersifat feromagnetik pada suhu dibawah 7700C. Karena

ferrit mempunyai struktur kubik pemusatan ruang, ruangan antar atom kecil dan

pepat sehingga tidak dapat menampung atom karbon yang kecil sekalipun. Oleh

sebab itu, daya larut karbon dalam ferit rendah < 1 karbon per 1000 atom besi.

Atom karbon terlalu kecil untuk membentuk larutan pada substitusi dan terlalu

besar untuk larutan padat intertisi.

(a) (b)

Gambar 5.11 (a) Struktur Ferrit (b)Penampang Struktur Kristal Ferrit

(Sumber: (a)Ilmu dan Tekhnologi Bahan, Lawrence Van Vlac, 1984, hal 383

(b) www.efunda.com)

Martensit

Martensit terjadi pada suhu dibawah suhu eutektoid ( namun masih

diatas suhu ruang) karena struktur austenit (FCC) tidak stabil sehingga berubah

menjadi struktur pemusatan ruang secara serentak. Pada reaksi ini tidak terjadi

difusi akan tetapi suatu pergeseran. Semua atom bergeser serentak tanpa ada

atom yang bergerak melebihi fraksi manometer. Karena berlangsung tanpa

difusi, perubahan ini sangat cepat. Semua karbon yang tertinggal tetap dalam

larutan padat. Struktur pemusatan ruang yang terjadi berbentuk tetragonal dan

berbeda sekali dengan ferit. Karena martensit mempunyai struktur bukan kubik,

karbon terperangkap dalam kisi dan slip sulit terjadi, oleh karena itu martensit

keras,kuat dan rapuh.

Gambar 5.12 Martensit


http://www.efunda.com/

Gambar 5.13 Struktur Tetragonal Pemusatan Ruang

(Materials Science and Engineering, W. D. Calister, hal 300)

Perlit

Perlit adalah mikrostruktur yang dihasilkan dari campuran lapisan ferit

(matriks yang lebih terang) dan karbida (yang lebih gelap). Perlit terjadi dari

austenit yang mempunyai komposisi eutektoid. Oleh karena itu jumlah dan

komposisi perlit sama dengan jumlah dan komposisi austenit eutektoid. Bila laju

pendinginan perlahan, karbon dapat berdifusi lebih lama dan dapat menempuh

jarak lebih jauh dan terjadilah perlit yang kasar (lapisan tebal). Bila laju

pendinginan dipercepat, difusi terbatas pada jarak dekat. Hasilnya adalah perlit

halus dengan lapisan tipis yang banyak. Jumlah perlit dapat berkisar dari 0

sampai 100 %, bila kadar karbon meningkat dari 0 sampai komposisi eutektoid

(0,8 % dalam baja karbon).

Gambar 5.14 Pearlite


Sementit (Karbida besi)

Pada paduan besi karbida, karbon melebihi batas larut membentuk fasa

kedua yang disebut karbida besi (sementit). Karbida besi memiliki komposisi

kimia Fe3C. hal ini berarti karbida besi membentuk molekul-molekul Fe3C, akan

lawan satu. Fe3C mempunyai satu sel satuan Orthorombik dengan 12 atom besi

dari 4 atom karbon per sel. Jadi kandungan karbon : 6,7 % ( berat), berat jenis :

7,6 % Mg/m3. Dibandingkan dengan austenit dan ferrit, cementit sangat keras.

Karbida besi dalam ferrit meningkatkan kekerasan baja, akan tetapi karbida

murni tidak ulet, karbida ini tidak mampu menyesuaikan diri dengan konsentrasi

tegangan sehingga kurang akurat.

(a) (b)

Gambar 5.15 (a)Struktur Kristal Cementit (b)Penampang Struktur kristal cenmentit

(Sumber: www.efunda.com)

Austenit

Modifikasi besi dan struktur kubik pemusatan sisi (pr). Bentuk besi

murni ini stabil pada suhu 912C dan 1394C, perbandingan langsung antara

sifat-sifat mekanis austenit dan ferrit sulit karena harus dibandingkan pada suhu

berlainan. Pada suhu stabil austenit lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk,

austenit tidak bersifat ferromagnetic pada suhu manapun. Besi dengan struktur

kubik kps mempunyai jarak antar atom yang lebih besar dibandingkan ferrit.

(a) (b)

Gambar5.16 (a) Struktur Austenit(b)Penampang Struktur Austenit

http://www.efunda.com/

(Sumber: (a)Ilmu dan Tekhnologi Bahan, Lawrence Van Vlac, 1984, hal 394 (b)

www.efunda.com)

Bainit

o Mikrostrukturnya terdiri dari ferrit dan cementit, sehingga proses difusi

terlibat dalam pembentukannya.

o Reaksi Bainit memiliki persamaan dengan martensit dan perlit.

o Transformasinya mencakup perubahan struktur yang diikuti dengan

perubahan distribusi kembali dari karbon yang berpresipitasi sebagai

karbida.

o Bainit bawah sangat mirip dengan martensit temper pada temperature sama

dan sulit dibedakan.

o Bainit atas juga mirip dengan bairit bawah tapi bairit atas lebih keras dari

pada perlit halus.

o Bairit diperoleh dari pendinginan austenit pada kecepatan sedang.

o Struktur kristalnya BCC /kpr, daya larut karbon kecil akan tetapi lebih

besar daripada ferrit.

Gambar 5.17 Struktur kristal bainit

(Sumber: Introduction to Physical Metallurgy, Sidney H Avner, 1974, hal 268)

Besi Delta

Besi delta sama dengan besi alpha kecuali daerah suhunya, oleh karena

itu biasanya disebut ferrit delta. Diatas 13940C, austenit bukan besi yang paling

stabil karena struktur kristal berubah kembali menjadi fasa kubik pemusatan

ruang (besi delta). Daya larut karbon dalam ferrit delta kecil, akan tetapi lebih

besar jika dibandingkan ferrit alpha karena suhu yang tinggi.

Gambar 5.18 Struktur Mikro Besi Delta

5.3 LANGKAH PENGUJIAN

5.4.1 Langkah-langkah Percobaan

1. Spesiemen yang akan digunakan dibubut sehingga mempunyai ukuran

diameter 25 mm dengan panajng 100 mm.

2. Spesimen dimasukkan ke dalam tungku pemanas sampai temperatur

850˚C dan ditahan selama 3 jam.

3. Meletakkan spesimen yang sudah dipanaskan pada penjepit (mounting

fixture) dan mengukur temperatur dengan menggunakan thermocopel

bersamaan dengan menghidupkan pompa.

4. Mengambil spesimen setelah mendekati suhu kamar ( dilihat dengan

menggunakan termocopel), kemudian menggrinda spesimen dengan

memakai mesin pemotong.

5. Kemudian mengamplas permukaan yang datar untuk menghingkan kerak

yang ada hingga rata dan halus.

6. Melakukan pengukuran jarak antara tiap titik (jarak tiap titik 4 mm).

7. Melakukan pengujian kekerasan Rockwell pada 14 titik.

8. Mencatat hasil pengujian dan membuat kurva kemampukerasan.

5.4.2 Diagram Alir

tidak

ya

Mulai

Membubut spesimen dengan ukuran

diameter 25mm dan panjang 100mm

Memasukan spesimen ke tungku pemanas

hingga suhu 8500C dan di tahan selama 3 jam

Melakukan uji kekerasan Rockwell pada 14 titik

Mengamplas permukaan datar spesiemen

Menggrinda spesimen dengan alat

Mengukur jarak tiap titik

Menggrinda spesimen dengan alat pemotong

Mengukur jarak tiap titik

Mencatat hasil uji kekerasan

Mengamplas permukaan datar spesiemen

Melakukan uji kekerasan Rockwell

Membuat kurva kemampukerasan

Selesai

Mengukur suhu spesimen dengan thermocopel dan

mengangkatnya bila telah mendekati suhu kamar

Meletakan spesimen pada penjepit (mounting

fixture) dan menghidupkan pompa

Suhu 280C

5.5 ALAT DAN BAHAN

A. Alat

1. Bak pengujian

Gambar 5.19 Bak pengujian

2. Rockwell Hardness Tester Model HR-150A

Gambar 5.20 Rockwell Hardness Tester Model HR-150A

3. Vernier caliper

Gambar 5.21 Vernier Caliper

4. Furnace Chamber HOFMANN TYPE K – 1

Gambar 5.22 Furnace Chamber HOFMANN TYPE K – 1

850 : 1 JAM

500 ●

600

500 ● ● Skip

300

500 ●

30 30

Gambar 5.23 Hoffman Furnace Chamber dan panel controlnya

Keterangan

1. Display

adalah layar yang yang digunakan untuk menampilkan keterangan suhu,

kecepatan pemanasan, waktu penahanan, maupun kecepatan

pendinginan.

2. Unit

Bagian yang menunjukkan satuan-satuan dari angka-angka yang

ditampilkan pada bagian display.

3. Program Number

Program number merupakan untuk tiap program yang ada dalam mesin

tersebut.

4. Heating Program

Diagram pemanasan dimana pada diagram tersebut terlihat adanya

kenaikan suhu dan penahanan suhu.

5. Relais

Dalam percobaan heat treatment ini tidak dipergunakan, juga kurang

jelas fungsinya.

6. Program Button

Adalah tombol untuk memilih-milih program yamg dinginkan, yang

selanjutnya akan ditampilkan pada layar program number (3).

7. Segment Button

Tombol yang digunakan untuk memindahkan tahapan-tahapan suhu

yang dapat dilihat pada diagram pemanasan.

8. Up/down button

Tombol untuk menaikkan atau menurunkan suhu, kecepatan pemanasan

seperti yang ditampilkan pada display (1).

9. Key Button

Adalah tombol untuk mengunci bila kita menginginkan program tersebut

menjadi salah satu program dalam mesin.

10. Relais button

Seperti halnya pada point (5), kurang jelas pada kegunaannya

11. Comsumption button

Tombol ini tidak dipergunakan dalam uji jominy dan kurang jelas

fungsinya.

12. Start stop button

Tombol untuk memulai jalannya program dan menghentikannya.

5. Mesin Amplas

Gambar 5.24 Mesin amplas

6. Thermocopel

Gambar 5.25 Thermocopel

7. Mesin Grinda

Gambar 5.26 Mesin Grinda

8. Mesin Bubut

Gambar 5.27 Mesin Bubut

9. Amplas

B. Bahan

Baja ST-40 dan ST-60

Gambar 5.28 Baja ST-40 dan ST-60

5.6 PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA

A. Baja ST – 40

Suhu air : 27˚C

Suhu pemanasan : 850˚C

Lama penyemprotan : ± Setengah jam

Perhitungan

HRA = 112,3 –

HB = 0,951 x HV

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

Jarak 4 mm

HRA = 49

HV = 6,85 x 10 5

(112,3 – 42)2

=

HB = 0,951 x 149,7

=

No Jarak (mm) Kekerasan Skala HR Kekerasan Skala

Brinnel

Kekerasan Skala

Vickers

1 2 56.6 209 220.79

2 4 49 162.57 170.95

3 6 46 148.19 155.83

4 8 45 143.81 151.23

5 10 44.5 141.71 149.01

6 12 43.5 137.62 144.71

7 14 43 135.64 142.63

8 16 42.5 133.70 140.59

9 18 42 131.81 138.60

10 20 41.5 129.95 136.65

11 22 41.5 129.95 136.65

12 24 40.5 126.36 132.87

13 26 40 124.62 131.04

14 28 39 121.244 127.49

15 30 37.5 116.43 122.42

16 32 33.5 104.91 110.31

Data ini diperoleh dari hasil perhitungan dengan rumus sebagai berikut :

Analisa Data

Grafik Kemampukerasan Baja ST-40

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Jarak (mm)

Kekera

san

Kekerasan baja ST-40

Gambar 5.22 Grafik Kemampukerasan Baja ST 40

Kekerasan skala Brinnel

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Jarak (mm)

Kekera

san


Kekerasan Skala Vickers

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Jarak (mm)

Ke

ke

ra

sa

n

Kekerasan Skala Vickers

Analisa :

Dari data hasil percobaan didapat berbagai nilai kekerasan yang berbeda di

setiap daerah ujung batang sampai jarak tertentu dari ujung batang. Secara teoritis

nilai kekerasan yang paling tinggi terdapat pada ujung batang dan akan semakin

berkurang pada jarak yang semakin jauh dari ujung batang. Hal ini dikarenakan

pada ujung batang yang terkena semprotan air akan mengalami pendinginan yang

lebih cepat daripada daerah lain.

Dan dari grafik terlihat bahwa jarak dari ujung yang dicelup mempunyai

kekerasan yang maksimum, yaitu pada 56.6 HRA pada jarak 2 mm dan terlihat

juga kurva cenderung turun dari kiri atas ke kanan bawah. Namun, kurva tidak

halus. Hal ini dikarenakan adanya beda perlakuan antara titik yang satu dengan

titik yang lain. Titik yang paling dekat dengan ujung celup mempunyai kekerasan

paling tinggi karena pada titik ini spesimen diperlakukan dengan pendinginan

cepat memakai air (quenching). Pendinginan dengan media air akan menyebabkan

kadar karbon pada fasa austenit tidak mengalami perubahan difusi sehingga

terperangkap dalam kisi atau slip dan terbentuk martensit yang bersifat keras, kuat,

dan. Sedangkan titik terjauh dari ujung celup mempunyai kekerasan paling rendah

karena pada titik ini tidak terkena media pendingin air secara langsung

( didinginkan dengan udara / suhu kamar ). Pendinginan dengan media udara

mengalami proses pendinginan yang lambat sehingga tidak terbentuk martensit.

Pada pendinginan yang lambat ini akan terbentuk struktur baja yang lunak (bainit)

atau terbentuk struktur 50% bainit dan 50% perlit yang lebih lunak dari martensit.

Selisih nilai kekerasan tertinggi dan terendah adalah 23,1 HRA.

B. Baja ST – 60

Suhu air : 27˚C

Suhu pemanasan : 850˚C

Lama penyemprotan : ± Setengah jam.

No Jarak (mm) Kekerasan Skala HR Kekerasan Skala

Brinnel

Kekerasan Skala

Vickers

1 2 64.5 285.11 299.80

2 4 64 279.23 293.62

3 6 63.5 273.54 287.64

4 8 62.5 262.67 276.20

5 10 62 257.47 270.74

6 12 61 247.53 260.28

7 14 60.5 242.77 255.28

8 16 59.5 233.67 245.70

9 18 58.5 225.06 236.66

10 20 58 220.93 232.32

11 22 58 220.93 232.32

12 24 57.5 216.92 228.10

13 26 56 205.52 216.10

14 28 55.5 201.91 212.32

15 30 55.5 201.91 212.32

16 32 55.5 201.91 212.32

Data ini diperoleh dari hasil perhitungan dengan rumus sebagai berikut :

HRA = 112,3 –

HB = 0,951x HV

Analisa Data :

Grafik Kekerasan Baja ST-60

50

55

60

65

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Jarak (mm)

Kekera

san

Grafik Kekerasan Baja ST-60

Gambar 5.23 Grafik Kemampukerasan Baja ST 60


050

100150200250300350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

jarak (mm)

Kekera

san


Kekerasan skala Vickers

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

jarak (mm)

Kekera

san

Kekerasan skala Vickers

Analisa :

Kemampukerasan merupakan perbandingan antara penurunan kekerasan

terhadap jarak dari ujung quench. Pada kurva diatas terlihat adanya kecenderungan

pada kurva untuk turun dari kiri atas ke kanan bawah. Hal ini dikarenakan adanya

beda perlakuan antara titik yang satu dengan titik yang lain. Titik terendah

mempunyai kekerasan paling tinggi karena pada titik ini spesimen diperlakukan

dengan pendinginan cepat memakai air (quenching). Sedangkan titik yang paling

tinggi mempunyai kekerasan paling rendah karena pada titik ini tidak terkena

media pendingin air secara langsung (didinginkan dengan udara / suhu kamar ).

Perlu diketahui bahwa ukuran butir austenit sangat mempengaruhi

kemampukerasan baja, hal ini berarti bahwa untuk laju pendinginan tertentu

austenit yang kasar lebih mudah berubah menjadi martensit daripada austenit

butir halus. Butiran yang besar juga membuat tempat pengintian semakin banyak,

oleh karena itu transformasi austenit jadi semakin mudah terjadi. Kalau luas butir

mengecil maka transformasi berkurang, transformasi terjadi pada batas butir

austenite.

Berhubungan dengan kecepatan perubahan suhu bahwa permukaan batang

uji lebih keras karena pendinginan lebih cepat. Oleh karena itu, pada batang uji

makin ke pusat inti pendinginan makin lambat dan kekerasan makin kecil

Dan dari grafik kemampukerasan baja ST-60 tersebut dapat dilihat bahwa

nilai kekerasan tertinggi adalah 64,5 HRA pada jarak 2 mm. Selisih niali

kekerasan tertinggi dan nilai kekerasan terendah adalah 9 HRA.

Analisa Perbandingan tingkat kemampukerasan baja ST-40 dan baja ST-60

Perbandingan baja ST-40 dan baja ST-60

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

kekerasan baja ST-40

kekerasan baja ST-60

Gambar 5.24 Perbandingan tingkat kemampukerasan Baja St 40 dan St 60

Dari grafik kemampukerasan baja ST-40 dengan baja ST-60 dapat dilihat

bahwa kekerasan dari baja ST-60 lebih baik daripada ST-40. Hal ini sesuai

dengan hubungan antara kekerasan dengan meningkatnya kadar karbon dalam

baja, kekerasan maksimum hanya dapat dicapai bila terbentuk martensit 100 %.

Dan baja ST-60 memiliki kadar karbon yang lebih banyak/besar dibandingkan ST-

40 ,sehingga baja ST-60 mempunyai kekerasan yang lebih besar. Dan terlihat juga

bahwa kemampukerasan baja ST 40 lebih baik dari baja ST-60. Semakin jauh

jaraknya maka makin berkurang kekerasannya, walau pada kurva ST-60 selisihnya

tidak terlalu besar dibandingkan ST-40. Namun hal ini bertentangan dengan teori

yang menyebutkan bahwa baja yang dengan cepat bertransformasi dari austenit

menjadi ferit dan karbida mempunyai kemampukerasan yang rendah karena

dengan terjadinya transformasi pada suhu tinggi, martensit tidak terbentuk.

Sebaliknya baja dengan transformasi yang lambat dari austenit ke ferit dan karbida

mempunyai kemampukerasan yang lebih besar. Dengan teori tersebut seharusnya

ST-60 yang kemampuan transformasi austenit menjadi ferit dan karbidanya lebih

tinggi akan memiliki kemampukerasan yang lebih rendah dibandingkan baja ST-

40.

Jika data percobaan jominy yang didapat tidak sesuai dengan teori yang

mendasari tentang kemapukerasan baja, maka diduga terdapat beberapa faktor

yang menyebabkan ketidaksesuaian tersebut. Adapun faktor-faktor yang

mempengaruhi adalah :

1. Proses penyemprotan

Ada percikan air yang mengenai bagian yang bukan pada ujung batang

sehingga titik tersebut mempunyai kekerasan yang lebih tinggi daripada titik

yang terdekat.

2. Kadar karbon

Spesimen yang digunakan sebelum pengujian Jominy memiliki kadar karbon

yang tidak sama di setiap titiknya (tidak homogen). Hal ini mengakibatkan

data yang diperoleh tidak valid dan tidak sesuai dengan teori yang ada.

3. Kondisi spesimen

Spesimen saat pengujian kekerasan memiliki tekstur yang kurang rata dan

kurang halus karena pengikirannya yang kurang maksimal. Hal ini

mengakibatkan data yang didapat kurang valid.

4. Posisi spesimen

Pada saat pengujian kekerasan dengan skala Rockwell, ujung spesimen

menggantung, sehingga mempengaruhi nilai kekerasannya.

5. Laju penyemprotan

Saat penyemprotan laju airnya berubah-ubah (kurang konstan) sehingga

mengakibatkan data yang diperoleh tidak sesuai dengan nilai teoritis yang

seharusnya, sebab proses pendinginan tidak sesuai dengan yang diharapkan.

6. Kesalahan pembacaan skala

Untuk kasus penyimpangan yang tidak terlalu mencolok dapat dimungkinkan

terjadi karena salah pembacaan skala.

7. Waktu pemanasan

Setelah dilakukan pemanasan hingga temperatur standar yang diharapkan yaitu

900oC dan sebelum dilakukan pendinginan biasanya terdapat jeda waktu

hingga terjadi penahanan. Dengan berbagai macam waktu penahanan yang

terjadi maka kemungkinan ketidakvalidan data menjadi lebih besar.

Dengan diketahuinya bahwa kemampukerasan baja ST-40 lebih baik dari baja

ST-60 maka proses pengerasan baja ST-60 idealnya dalam bentuk spesimen yang kecil

dan baja ST-40 dapat dikeraskan dalam bentuk spesimen yang lebih besar.

5.7 KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari data hasil percobaan Jominy maka dapat kita ketahui beberapa hal di bawah

ini:

1. Uji Kemampukerasan/Jominy Test adalah sebuah percobaan pemanasan

material yang kemudian didinginkan dengan cara disemprot pada ujung

material yang bertujuan untuk mengetahui kemampukerasan suatu material.

2. Ukuran butir austenit mempengaruhi kekerasan suatu material, semakin

besar butir austenit maka semakin besar kemampukerasannya.

3. Kekerasan material baja bergantung pada jumlah komposisi karbon, semakin

besar kadar karbon dalam suatu baja maka semakin keras baja tersebut.

4. Material pada temperatur austenit bila diquench akan menyebabkan struktur

material tersebut akan berubah menjadi martensit.

5. Kekerasan pada kurva kemampukerasan berbanding terbalik dengan jarak

sehingga semakin besar jarak maka nilai kekerasan yang didapatkan akan

semakin menurun.

6. Semakin cepat laju pendinginan semakin keras bahan tersebut karena

martensit akan semakin banyak terbentuk.

7. Dari uji jominy yang dilakukan diketahui bahwa baja ST-60 memiliki sifat

kemampukerasan yang lebih tinggi dari baja ST-40.

B. Saran

1. Ketika perlakuan quench dilakukan pada benda uji, diusahakan

penyemprotan merata dipermukaan benda uji sehingga air tidak memercik

kedaerah batang yang tidak seharusnya mendapat perlakuan quenching.

2. Temperatur yang digunakan pada saat pemanasan harus sama dengan

temperatur standard, yaitu 900o C.

3. Sebelum dilakukan pengujian kekerasan, spesimen harus benar – benar rata

dan halus.

4. Penyemprotan yang dilakukan harus dengan kecepatan yang stabil atau

konstan..

5. Sebaiknya dihindari terbentuknya struktur ferit-perlit agar material tersebut

dapat dimampukeraskan .

6. Spesimen yang diuji sebaiknya menggunakan standar ASTM (American

Standar for Testing Material) sehingga kadar karbon disetiap titik pada

batang uji homogen.

5 Uji Jominy revisi3.doc

Documents

Transcript of 5 Uji Jominy revisi3.doc