ANALISA STRUKTUR MICRO DAN SIFAT MEKANIS · PDF fileDekan Fakultas Teknik Ketua Prodi Teknik...

ANALISA STRUKTUR MICRO DAN SIFAT MEKANIS SPRING

SAE 9254 TERHADAP PERBEDAAN CYCLE TIME DI HEATING

FURNACE

PROPOSAL TUGAS AKHIR

Oleh :

DADANG FACHRUDIN

NPM : 2008040008

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GRESIK

2012

ABSTRAKSI

Dalam industri manufaktur sekarang ini, setiap perusahaan dituntut untuk

banyak melakukan improvement yang dapat menciptakan efesiansi pada proses

produksi dan menekan biaya untuk dapat bersaing dalam pasar.

Dalam proposal ini, saya meneiti seberapa besar pengaruh perbedaan cycle

time terhadap sifat mekanis dan struktur mikro material di heating furnace pada

pembuatan spring coil. Metode yang digunakan adalah memasukkan material

kedalam heating furnace dengan cycle time yang berbeda-beda, kemudian diambil

sampel after quenching dan after temper untuk diuji sifat mekanis dan

strukturmikro material.

Setelah dilakukan pengujian sifat mekanis dan strukturmikro pada material,

hasil yang didapatkan adalah tidak ada perbedaan yang signifikan perihal

pengaruh perbedaan cycle time pada proses heatreatment terhadap sifat mekanis

dan strukturmikro material.

Sehingga hasil penelitian ini dapat dijadikan referensi pada proses pemanasan

material di heating furnace. Dengan mempercepat proses pemanasan di heating

furnace otomatis akan meningkatkan jumlah out put produksi dan sekaligus dapat

meningkatkan produktivitas pada proses produksi.

Kata kunci : Cycle time, Heating furnace, Heatreatment

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA STRUKTUR MICRO DAN SIFAT MEKANIS SPRING ( SAE

9254) TERHADAP PERBEDAAN CYCLE TIME DI HEATING

FURNACE

Oleh :

DADANG FACHRUDIN

NPM : 2008040008

Diterima dan disyahkan

Pada tanggal 4 April 2012

Pembimbing 1 Pembimbing 2

AGUS SETIYO UMARTONO. ST. MT WARDJITO. ST. MT

Mengetahui :

Dekan Fakultas Teknik Ketua Prodi Teknik Mesin

Ir. SUNARTO. MT WARDJITO. ST. MT

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrohim, alhamdullillahi robbil „alamin. Berkat

pertolongan dan ridhoNya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang

merupakan persyaratan untuk mendapat gelar sarjana teknik di Universitas Gresik.

Dalam pelaksanaannya penelitian ini telah melalui berbagai proses yang

penuh dinamika, semoga manfaat dari skripsi ini sesuai dengan harapan penulis,

agar dapat berguna bagi dunia industri maupun dalam perkembangan ilmu

pengetahuan.

Kami menyadari sepenuhnya dalam penyusunan skripsi ini secara langsung

maupun tidak langsung memberikan bimbingan, motivasi dan bantuan secara

moril maupun spiritual. Maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

penghargaan dan berterima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Agus Setiyo Umartono, ST.MT sebagai dosen pembimbing yang

telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, Pengarahan dan

petunjuk kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Drs. Sukiyat, Msi selaku Rector Universitas Gresik

3. Bapak Ir.Sunarto, MT selaku Dekan Fakultas Tehnik, jurusan Tehnik

Mesin, Universitas Gresik.

4. Para Dosen Fakultas Tehnik dan karyawan di Universitas Gresik .

5. Para Staf dan Karyawan PT. Indospring Tbk Gresik yang telah membantu

penulis dalam mengadakan riset.

Akhir kata, tentu saja apa yang penulis sampaikan dalam skripsi ini

masih ada kekurangan, untuk itu penulis akan sangat berterima kasih kepada

para pembaca yang memberikan masukan untuk kesempurnaan penulisan ini.

Gresik, 12 Juli 2012

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ………………………………………………………… i

ABSTRAKSI ................................................................................................. ii

LEBAR PENGESAHAN ………………………………………………….. iii

KATA PENGANTAR ................................................................................... iv

DAFTAR ISI ………………………………………………………………. v

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... vii

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………..... 1

A. Latar Belakang ………………………………………………... 1

B. Perumusan Masalah ………………………………………….... 2

C. Tujuan Masalah ……………………………………………....... 3

D. Manfaat Penulisan ……………………………………………... 3

E. Batasan masalah ………………………………………………… 3

BAB II DASAR TEORI …………………………………………………. 5

A. Heat treatment …………………………………………………... 5

1. Near Equilibrium ...................................................................... 5

2. Non Equilibrium ....................................................................... 13

B. Baja Karbon ………………………………………...................... 31

C. Baja SAE 9253 .............................................................................. 67

D. Heating Furnace ........................................................................... 68

E. Proses pembuatan spring coil …………………………………... 69

F. Pengujian Logam ……………………………………………….. 71

BAB III METODOLOGI PENELITIAN …………………………………. 97

A. Tempat dan waktu penelitian ......................................................... 97

B. Pengumpulan data .......................................................................... 97

C. Diagram Alir Penelitian ………………………………………..... 98

BAB IV PERCOBAAN DAN MENELITI HASIL......................................... 101

A. Percobaan ....................................................................................... 101

1. Pengujian sebelum dan sesudah heatreatment .......................... 105

a. Pengujian mikrostruktur ....................................................... 105

b. Pengujian dekarburisasi ........................................................ 116

c. Pengujian hardness vickers ................................................... 123

B. Meneliti hasil ................................................................................. 132

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 134

A. Kesimpulan .................................................................................... 134

B. Saran .............................................................................................. 135

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 136

DAFTAR GAMBAR

2.1 Diagram fasa ........................................................................................ 6

2.2 Diagram Hipoeutectoid ....................................................................... 9

2.3 Diagram Hiperrutectoid ...................................................................... 9

2.4 Crystat lattice of iron .......................................................................... 54

2.5 Cooling curve forpure iron ................................................................. 54

2.6 Crystat lattice of iron .......................................................................... 54

2.7 Thermal equilibrium diagram for iron carbide alloys ........................ 55

2.8 Steel purtion of iron carbon equilibrium diagram .............................. 55

2.9 Solubility of carbon in alpha iron ...................................................... 56

2.10 Schematic resperentation of transformation .................................... 56

2.11 Microstructures of hypoeutectoid steels .......................................... 56

2.12 Diagrammatic respresentation of tansfor mation ............................ 57

2.13 Microstructures of pearlite & cementite .......................................... 57

2.14 Influence of alloying element on eutectoid temperatur ................... 57

2.15 Influence of alloying element on eutectoid carbon content ............. 57

2.16 Effect of Cr & C on the austenite field ............................................ 58

2.17 Effect of Mn & C on the austenite field ........................................... 58

2.18 Isothermal TTT curve of AISI HB .................................................... 59

2.19 Variation of microstructures as a function of coilling rate an

Eutectoid ......................................................................................... 59

2.24a Isothermal transformation diagram for 1% carbon steel ................. 59

2.24b Isothermal TTT curve & methods of heat treatment ....................... 59

2.20 Contiuous coilling TTT curve of BS708 M40 ................................... 60

2.21 Contiuous coilling TTT curve of BH13 ............................................ 60

2.22 Microstructures of cementite ............................................................ 60

2.23 Microstructures of lamellar pearlite .................................................. 60

2.25 Body centered tetragonal crystal structure of martensite

Fe-C alloys ....................................................................................... 61

2.26 Variation of the lattice paramater of austenite as a function of

Carbon content ................................................................................ 61

2.27 Effect of carbon content on the martensite ...................................... 61

2.28 Effect of alloying element on the martensite .................................... 61

2.29 Microstructures of hardness steel ...................................................... 62

2.30 Variation of the hardness of martensite ............................................ 62

2.31 Comparative hardness of carbides found in tool steel ....................... 62

2.49 Hardening temperature of steel ......................................................... 63

2.50 Size change hardness and retained austenite content in relation to

Hardening temperature ..................................................................... 64

2.51 Change in hardness and structure durin tempering of austenite

Steels ................................................................................................ 65

2.52 (a) Body contered tetragonal structure, (b) Body content cubic

Structure ........................................................................................... 65

2.53Effect of tempering on alloyed steels ................................................. 66

2.32 Heating furnace Type HTH 1 ............................................................. 69

2.33 Flow Proses Hot Coil Spring …………………………………….… 70

2.34 Mesin uji kekerasan Shore Scleroscope, Type SH-D ……………… 79

2.35 Mesin uji kekerasan Shore Scleroscope, Type SH-C ……………… 80

2.36 Mesin uji kekerasan Shore Scleroscope, Type PHS-3 …………….. 81

2.37 Mesin uji kekerasan brinell ………………………………………... 82

2.38 Posisi penekanan dengan indentor dalam pengujian kekerasan

Brinell ............................................................................................... 85

2.39 Kontrusi pesawat uji kekerasan rockwel ......................................... 87

2.40 Kontrusi pesawat uji kekerasan rockwel .......................................... 89

2.41 Kontrusi pesawat uji kekerasan rockwel ........................................... 89

2.42 Ball indentor pada posisi siap menekan .............................................. 91

2.43 Diamon indentor pada posisi siap menekan ....................................... 91

2.44 Diamon ( a ) dan ball ( b ) indentor pada posisi menekan ................. 92

2.45 Diamon ( a ) dan ball ( b ) indentor pada posisi menekan dengan beban

Mayor ( F1 ) “ X “kg menghasilkan kedalaman b ............................. 92

2.46 Diamon ( a ) dan ball ( b ) indentor pada posisi menekan dengan beban

Minor 10 kg menunjukkan angka kekerasan HR = jarak b + ( b-a ) .. 93

2.47 Mikro vickers, Type HM, Mitutoyo .................................................... 94

2.48 Microscope microstructur, Type GX 51, Olympus ............................. 96

3.1 Diagram alir proses penelitian ............................................................... 98

4.1 Mikrostruktur Raw material diameter 10.9mm ................................ 106

4.2 Mikrostruktur Raw material diameter 12.3mm ................................ 106

4.3 Mikrostruktur Raw material diameter 17mm ................................... 106

4.4 Mikrostruktur after quenching diameter 10.9mm, CT 26” ................ 107

4.5 Mikrostruktur after temper diameter 10.9mm, CT 26” ..................... 107

4.6 Mikrostruktur after quenching diameter 12.3mm, CT 26” ................ 108

4.7 Mikrostruktur after temper diameter 12.3mm, CT 26” ..................... 108

4.8 Mikrostruktur after quenching diameter 17mm, CT 26” ................... 109

4.9 Mikrostruktur after temper diameter 17mm, CT 26” ........................ 109

4.10 Mikrostruktur after quenching diameter 10.9mm, CT 18” .............. 110

4.11 Mikrostruktur after temper diameter 10.9mm, CT 18” ................... 110



4.14 Mikrostruktur after quenching diameter 17mm, CT 18” ................. 112

4.15 Mikrostruktur after temper diameter 17mm, CT 18” ...................... 112





4.20 Mikrostruktur after quenching diameter 17mm, CT 16” ................. 115

4.21 Mikrostruktur after temper diameter 17mm, CT 16” ...................... 115

4.22 Hasil dekarburisasi raw material diameter 10.9mm ......................... 116

4.23 Hasil dekarburisasi raw material diameter 12.3mm ......................... 117

4.24 Hasil dekarburisasi raw material diameter 17mm ............................ 117

4.25 Foto dekaburisasi tertinggi diameter 10.9mm, CT 26” .................... 118


4.27 Foto dekaburisasi tertinggi diameter 17mm, CT 26” ....................... 119







4.34 Grafik distribusi hardness pada raw material ................................... 123

4.35 Grafik distribusi hardness after quenching ( 10.9mm, CT 16” ) ...... 123


4.37 Grafik distribusi hardness after quenching ( 17mm, CT 16” ) ......... 124







4.44 Grafik distribusi hardness after temper ( 10.9mm, CT 16” ) ............ 128

4.45 Grafik distribusi hardness after temper ( 12.3mm, CT 16” ) ............. 128

4.46 Grafik distribusi hardness after temper ( 17mm, CT 16” ) ................ 129




DAFTAR TABEL

2.1 Perkiraan waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan pada proses

Temper ................................................................................................ 30

2.2 Transformasi ........................................................................................ 58

2.3 Composition material SAE 9254 menurut JIS 4801:2005 .................. 67

2.4 Perbandingan ukuran indentor & tebal bahan ...................................... 84

2.5 Perbandingan diameter indentor terhadap konstanta bahan ................ 84

4.1 Chemical composition material SAE 9254 (yang dibuat reset) .......... 101

4.2 Hasil hardness diameter 17mm, CT 26” ............................................. 103

4.3 Hasil hardness diameter 12.3mm, CT 26” .......................................... 103







4.10 Hasil hardness diameter 10.9mm, CT 16” ......................................... 105

4.11 Hasil dekaburisasi raw material ......................................................... 116

4.12 Hasil 12 titik dekarburisasi ( 10.9mm, CT 26” ) ............................... 118


4.14 Hasil 12 titik dekarburisasi ( 17mm, CT 26” ) .................................. 119







4.21 Hasil pengujian terhadap perbedaan cycle time pada proses

Heattreatment .................................................................................... 132

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar belakang

Dalam dunia industri banyak hal yang selalu menjadi permasalahan, ini

sedikit banyak terkait oleh keterbatasan-keterbatasan yang disebabkan oleh

tuntutan target produksi, namun dari segi kualitas harus tetap dijaga. Hal ini

menuntut pihak produksi melakukan efisiensi (penyesuaian) dari segala aspek,

khususnya pada proses produksi. Hal yang menjadi fokus perusahaan dalam

melakukan efisiensi adalah dengan mengoptimalkan proses produksi, yaitu

dengan cara menghilangkan atau mengurangi pemborosan dalam proses produksi.

Ada 8 pemborosan dalam proses proses yaitu : Defect, Waiting time, Extra

motion, excess inventory, over production, Extra processing, Unnecessary

transportation, Unutilized talents, beberapa contoh dari pemborosan produksi

diantaranya : Adanya spring reject, adanya perbedaan cycle time tiap diameter

material pada heating furnace, Penataan lay out produksi kurang bagus, produksi

yang berlebihan, adanya proses tambahan karena perbaikan spring reject,

penggunaan transportasi yang tidak semestinya. Dan permasalahan waiting time

yaitu perbedaan cycle time antar diameter material dalam heating furnace,

menjadi salah satu efisiensi yang dapat meningkatkan produktifitas produksi.

Karena semakin besar diameter material, semakin lama cycle time dan out put

yang dihasilkan semakin sedikit. Semakin kecil diameter material, semakin cepat

cycle time dan semakin banyak out put yang dihasilkan. Dalam melakukan

efisiensi cycle time dalam heating furnace ini tentunya membutuhkan penelitian /

analisa yang lebih dalam dan lebih spesifik, karena akan berpengaruh pada sifat

mekanis dan struktur mikro material. Dalam hal ini program studi teknik mesin

Universitas Gresik mewajibkan mahasiswanya melakukan suatu kegiatan dalam

skala laboratorium yang dapat dilaksanakan didalam kampus ataupun diluar

kampus (industri).

Salah satu perusahaan yang memiliki hubungan kerja sama dengan institusi

pendidikan adalah PT. Indospring Tbk. Perusahaan ini merupakan salah satu

produsen pegas spiral di indonesia. Salah satu material yang dipakai dalam

pembuatan pegas spiral/coil adalah menggunakan material SAE 9254 yang

memiliki ketangguhan yang cukup tinggi. Dengan adanya berbagai macam

diameter material, maka perlu adanya pengklasifikasian diameter material, selain

itu adanya perbedaan dimensi pegas spira / coil juga memerlukan perlakuan panas

(Heat treatment) yang berbeda dan tepat.

B. Perumusan masalah

Dengan mengacu pada latar belakang diatas, maka permasalahan yang dapat

dirumuskan adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh variasi diameter pada proses heatreatment terhadap

perubahan sifat mekanis (hardness) dan struktur mikro.

2. Bagaimana pengaruh perbedaan cycle time pada proses heat treatment

terhadap perubahan sifat mekanis (hardness) dan struktur mikro.

C. Tujuan

Tujuan dari pelaksanaan Lab. Keahlian di PT. Indospring Tbk. Adalah :

1. Untuk mengetahui pengaruh variasi diameter pada proses heat treatment

terhadap sifat mekanis (hardness) dan struktur mikro.

2. Untuk mengetahui pengaruh perbedaan cycle time pada proses heat

treatment terhadap sifat mekanis (hardness) dan struktur mikro.

D. Manfaat penelitian

Untuk industri

Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat kepada PT. Indospring Tbk. Gresik

1. Dengan mengetahui pengaruh variasi diameter material pada proses

heat treatment terhadap sifat mekanis dan struktur mikro diharapkan

dapat menjadi acuan diproses produksi

2. Dengan mengetahui pengaruh variasi cycle time pada proses heat

treatment terhadap sifat mekanis dan struktur micro diharapkan dapat

menjadi acuan diproses produksi

E. Batasan masalah

Dalam penelitian ini diberikan batasan masalah sebagai berikut :

1. Baja yang digunakan sebagai spesimen penelitian adalah hanya SAE 9254

bahan produksi SAMWON STEEL (KOREA).

2. Penelitian hanya pada kondisi row material, after quenching dan after

tempering.

3. Pengujian meliputi sifat mekanis kekerasan ( Hardness ), strutur mikro

saja.

BAB II

DASAR TEORI

A. Heat treatment

Proses laku-panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan

dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam

keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses

laku-panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan

pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama

beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.

Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis:

1. Near Equilibrium (Mendekati Kesetimbangan

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Near Equilibrium ini diantaranya

adalah untuk : melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan

tegangan dalam dan memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas

Near Equibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing,

Process annealing, Spheroidizing, Normalizing dan Homogenizing.

Gambar 2.1 Diagram fasa

Kandungan Carbon

0.008%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada ferrite pada temperatur

kamar

0.025%C = Batas kelarutan maksimum Carbon pada ferrite pada temperatur 723

derajat celcius

0.83%C = Titik eutectoid

2%C = Batas kelarutan carbon pada besi gamma pada temperatur 1130 derajat

celcius

4.3%C = Titik eutectoid

0.1%C = Batas kelarutan carbon pada besi delta pada temperatur 1493 derajat

celcius

Garis-garis

Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan

(pembekuan).

Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan

(pendinginan).

Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat

atau solid solution dengan solid solution.

Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)

Garis A3 = garis temperatur dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite

(Gamma) pada pemanasan.

Garis A1 = garis temperatur dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma)

menjadi Ferrit pada pendinginan

Garis A0 = Garis temperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada

Cementid.

Garis A2 = Garis temperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite.

Struktur mikro

Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum

kelarutan Carbon 0,025%C pada temperatur 723 Derajat Celcius, struktur

kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai

batas kelarutan karbon 0,008%C

Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan

Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya

FCC(Face Center Cubic).

Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan

perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya

Orthohombic.

Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang

dibentuk pada temperatur 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon

4,3%C.

Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk

pada temperatur 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.

Gambar 2.2 Diagaram Hipoeutectoid Gambar 2.3 Diagram hiperrutectoid

Dari sedikit penjelasan diatas dapat kita tarik benang merah bahwa secara umum

laku panas dengan kondisi Near Equilibrium itu dapat disebut dengan anneling.

Anneling ialah suatu proses laku panas (heat treatment) yang sering dilakukan

terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari

proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai

temperatur tertentu, menahan pada temperatur tertentu tadi selama beberapa

waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam

atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat. Jenis Anneling itu

beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperatur

http://hafisz.files.wordpress.com/2010/04/perpan2.jpg



pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dll.

Sehingga kita akan mengenal dengan apa yang disebut : Full

Annealing(annealing), Stress relief Annealing, Process annealing, Spheroidizing,

Normalizing dan Homogenizing

a. Full annealing (annealing)

Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar

(coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan

didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal

juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya

dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperatur kritis (untuk baja

hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk

baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1).

Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengan

dapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik). Perlu

diketahui bahwa selama pemanasan dibawah temperatur kritis garis A1 maka

belum terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan baru mulai terjadi bila

temperatur pemanasan mencapai garis atau temperatur A1 (butir-butir Kristal

pearlite bertransformasi menjadi austenite yang halus). Pada baja hypoeutectoid

bila pemanasan dilanjutkan ke temperatur yang lebih tinggi maka butir kristalnya

mulai bertransformasi menjadi sejumlah Kristal austenite yang halus, sedang butir

Kristal austenite yang sudah ada (yang berasal dari pearlite) hampir tidak tumbuh.

Perubahan ini selesai setelah menyentuh garis A3 (temperatur kritis A3). Pada

temperature ini butir kristal austenite masih halus sekali dan tidak homogen.

Dengan menaikan temperatur sedikit diatas temperatur kritis A3 (garis A3) dan

memberi waktu penahanan (holding time) seperlunya maka akan diperoleh

austenite yang lebih homogen dengan butiran kristal yang juga masih halus

sehingga bila nantinya didinginkan dengan lambat akan menghasilkan butir-butir

Kristal ferrite dan pearlite yang halus. Baja yang dalam proses pengerjaannya

mengalami pemanasan sampai temperatur yang terlalu tinggi ataupun waktu tahan

(holding time) terlalu lama biasanya butiran kristal austenitenya akan terlalu kasar

dan bila didinginkan dengan lambat akan menghasilkan ferrit atau pearlite yang

kasar sehingga sifat mekaniknya juga kurang baik (akan lebih getas). Untuk baja

hypereutectoid, annealing merupakan persiapan untuk proses selanjutnya dan

tidak merupakan proses akhir.

b. Normalizing

Merupakan proses perlakuan panas yang menghasilkan perlite halus,

pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil

annealing. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni

biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperatur kritis

(untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja

hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis Acm). Kemudian dilanjutkan

dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan

pada annealing.

c. Spheroidizing

Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan struktur carbida

berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini

akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Carbon tinggi. Secara

sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang

diannealing itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus”

oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented network) ini

meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk

memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan

proses spheroidizing. Spheroidizing ini dilaksanakan dengan melakukan

pemanasan sampai disekitar temperatur kritis A1 bawah atau sedikit dibawahnya

dan dibiarkan pada temperatur tersebut dalam waktu yang lama (sekitar 24 jam)

baru kemudian didinginkan. Karena berada pada temperatur yang tinggi dalam

waktu yang lama maka cemented yang tadinya berbentuk plat atau lempengan itu

akan hancur menjadi bola-bola kecil (sphere) yang disebut dengan spheroidite

yang tersebar dalam matriks ferrite.

d. Process Annealing

Merupakan proses perlakuan panas yang ditujukan untuk melunakkan dan

menaikkan kembali keuletan benda kerja agar dapat dideformasi lebih lanjut. Pada

dasarnya proses Annealing dan Stress relief Annealing itu mempunyai kesamaan

yakni bahwa kedua proses tersebut dilakukan masih dibawah garis A1

(temperatur kritis A1) sehingga pada dasarnya yang terjadi hanyalah rekritalisasi.

e. Stress Relief Annealing

Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akibat

proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah

0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa

martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapi struktur

mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold

working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbul yang

namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan

sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.

2. Non Equilibrium (Tidak setimbang)

Tujuan umum dari perlakuan panas jenis Non Equilibrium ini adalah untuk

mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan

panas Non Equibrium, misalnya : Hardening, Martempering, Austempering,

Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening,

Induction hardening)

a. Pengerasan ( Hardening )

Pengerasan adalah suatu proses perlukuan panas yang diterapkan untuk

menghasilkan benda kerja yang keras. Perlakuan ini terdiri dari memanaskan baja

sampai ke temperatur pengerasannya (temperatur austenisasi), dan menahannya

pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan kemudian didinginkan.

Jika baja diaustenisasi, sel satuannya adalah FCC. Alasan untuk memanaskan

dan menahannya pada temperatur austenisasi adalah untuk melarutkan sementit

dalam austenit kemudian dilanjutkan dengan proses quenching. Pada tahap ini

karbon yang terperangkap akan menyebabkan tergesernya atom-atom sehingga

terbentuk struktur sel satuan yang tidak seimbang memiliki tegangan tertentu.

Struktur yang bertegangan ini disebut martensite dan bersifat sangat keras dan

getas. Dan hal inilah yang bertanggung jawab terhadap tingginya kekerasan baja.

Kekerasan yang dicapai tergantung pada karbon yang dimiliki, temperatur

pengerasan dan laju pendinginan. Biasanya baja yang dikeraskan diikuti dengan

proses penemperan untuk menurunkan tegangan yang ditimbulkan akibat

quenching kaerena adanya pembentukan martensite. Tujuan utama proses

pengerasan adalah untuk meningkatkan kekerasan benda kerja dan dan

meningkatkan ketahanan aus. Makin tinggi kekerasan maka akan semakin tinggi

pula ketahanaan ausnya. Sebagai contoh : spindle, roda gigi, pahat-pahat

pemotong dan dies memerlukan kekerasan yang tinggi. Disamping itu, pada baja-

baja structural diperlukan juga sifat-sifat mekanik tertentu seperti kekuatan tarik,

duktilitas (keuletan) dan elastisitas. Sifat seperti itu dapat dicapai dengan

penerapkan proses pengerasan dan penemperan. Benda kerja yang dikeraskan dan

ditemper memiliki sifat mekanik yang lebih baik dibanding dengan benda kerja

hasil proses normal. Proses pengerasan umumnya diterapkan sebagai tahap akhir

dalam suatu proses pembuatan benda kerja, dengan demikian disarankan agar

menggunakan peralatan yang baik dan operator yang sudah memahami dan

berpengalaman.

b. Pemanansan ( heating )

Temperatur pengerasan yang digunakan tergantung pada komposisi kimia

(kadar karbon). Temperatur pengerasan untuk baja karbon hipoeutektoid adalah

sekitar 20 50C diatas garis A3, dan untuk baja-baja karbon hipereutektoid

adalah sekitar 30 50C diatas garis A3, jika suatu baja mengandung misalnya

0.5% karbon (berstruktur pearlit dan ferrit) dipanaskan sampai temperatur

dibawah A1, maka pemanasan tersebut tidak akan mengubah struktur awal baja

tersebut. Pemanasan sampai diatas temperatur A1 tetapi masih dibawah

temperatur A3 akan mengubah pearlit menjadi austenit tanpa terjadi perubahan

apa-apa terhadap ferritnya. Quencing dari temperatur ini akan menghasilkan baja

yang semi keras karena austenitnya bertransformasi kemartensit, sedangkan

ferritnya tidak berubah. Keberadaan ferrit dilingkungan martensit yang getas tidak

berpengaruh pada kenaikan ketangguhan. Jika suatu baja dipanaskan sedikitnya

diatas A3 dan ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu agar

dijamin proses difusi yang homogen, maka struktur baja akan bertransformasi

menjadi austenit dengan ukuran butir yang relative kecil. Quencing dari

temperatur austenisasi akan menghasilkan martensit dengan harga kekerasan yang

maksimum. Memanaskan sampai temperatur E (relative lebih tinggi diatas A3)

cenderung meningkatkan ukuran butir austenit. Quencing dari temperatur itu akan

menghasilkan struktur martensit, tetapi sifatnya, bahkan setelah ditemper

sekalipun akan memiliki harga impact yang rendah. Disamping itu mungkin juga

timbul retak pada saat quenching.

Mengeraskan baja - baja hipereutektoid proses pengerasannya terdiri dari

memanaskan baja pada temperatur 30 50C diatas temperatur A3 (lihat gambar

2.49) yaitu pada daerah austenit dan simentit. Kemudian didinginkan dengan

cepat agar diperoleh martensit yang halus dan karbida-karbida yang tidak larut.

Struktur hasil proses quenching memiliki kekerasan yang lebih tinggi dari

martensit. Jika karbida yang larut dalam austenit terlalu sedikit, kekerasan hasil

quenching akan rendah. Jumlah karbida yang dapat larut dalam austenit sebanding

dengan temperatur autenisasinya. Jumlah karbida yang larut meningkat jika

temperatur austenisasinya dinaikan, demikian juga dengan ukuran butir

austenitnya. Jika karbida yang terlarut terlalu besar, akan terjadi peningkatan

ukuran butir disertai dengan penurunan kekerasan dan ketangguhan (liat gambar

2.50) jika jika baja dipanaskan diatas temperatur Acm, struktur yang

dihasilkannya hanya terdiri dari austenit saja. Dalam hal ini, pertumbuhan butir

akan lebih besar, akibatnya martensit yang dihasilkannya akan lebih kasar.

Kekerasan martensit seperti itu akan lebih rendah, akibat adanya sejumlah austenit

sisa dalam struktur quenching dan juga sebagai akibat tidak adanya karbida dalam

struktur tersebut.

Atas dasar hal tersebut, agar diperoleh martensit yang halus yang masih

mengandung karbida-karbida yang belum larut, pemilihan temperatur pengerasan

harus cermat. Temperatur pengerasan untuk beberapa jenis baja dicantumkan

dalam manual yang dibuat oleh pembuat baja tersebut dan biasanya merupakan

hasil dari serangkaian percobaan. Disamping itu petunjuk-petunjuk praktis yang

harus cermat. Temperatur pengerasan untuk beberapa jenis baja dicantumkan

dalam manualyang dibuat oleh pembuat baja tersebut dan biasanya merupakan

hasil dari serangkaian percobaan. Disamping itu petunjuk-petunjuk praktis yang

ada pada standart-standart internasional dapat juga digunakan sebagai bahan

rujukan untuk mnentukan temperature pengerasan yang diijinkan.

Dengan temperatur austeenisasi yang lebih tinggi akan diperoleh hardenability

yang lebih tinggi juga. Ini disebabkan oleh banyaknya karbida yang terlarut dan

makin besarnya butiran austenit. Akan tetapi beberapa temperatur pemanasan

yang tepat untuk suatu proses pengerasan masih akan saling tergantung pada

beberapa faktor lain, antara lain waktu tahan.

c. Waktu tahan (holding time)

Kekerasan yang terjadi setelah quenching banyak tergantung pada besarnya

kadar karbon dan unsur paduan dalam austenit, besar butir austenit dan laju

pendinginan dari austenit. Besarnya kadar karbon dan unsur paduan dalam

austenit akan tergantung pada seberapa banyak karbida yang sempat larut dalam

pemanasan.

Pada saat mencapai temperatur kritis atas memang struktur seluruhnya

austenit. Tetapi saat itu austenit masih berbutir halus dan kadar karbon atau unsur

paduannya masih rendah / belum homogen, dan biasanya masih terdapat sisa-sisa

karbida yang belum larut (ini terjadi karena pemanasan yang tidak equilibium).

Untuk itu biasanya baja perlu ditahan pada temperatur austenisasi ini beberapa

saat untuk memberi kesempatan larutnya karbida dan lebih homogennya austenit.

Lamanya waktu tahan ini tergantung pada tingkat kelarutan karbida dan

ukuran butir yang diinginkan. Karena jumlah dan jenis karbida ini berbeda antara

baja satu dengan baja yang lainnya, maka waktu tahan juga akan bergantung pada

jenis bajanya dan temperatur austenisasinya yang dipakai. Baja yang banyak

mengandung unsur paduan penstabil karbida tentu memerlukan waktu yang lebih

lama, dan temperatur austenisasi yang lebih tinggi.

Disamping itu laju pemanasan juga ikut mempengaruhi waktu tahan yang

harus diberikan. Dengan pemanasan yang sangat lambat, baja hypoeutektoid

sudah mencapai struktur austenit yang homogen sesaat setelah mencapai

temperatur kritis atasnya, sehingga dalam hal ini tidak lagi diperlukan waktu

tahan, dapat langsung diquenching. Ini dapat terjadi karena selama waktu

pemanasan mendekati temperatur austenisasi sudah terjadi kelarutan karbida

kedalam austenit, difusi karbon dan unsur paduannya

Dengan laju pemanasan yang lebih tinggi, maka waktu tidak cukup panjang

untuk terjadinya kelarutan karbida dan difusi untuk homogenisasi austenit. Karena

itu jika laju pemanasan makin tinggi perlu diberi waktu tahan yang lebih panjang,

atau temperatur austenitnya dinaikkan.

Pada dasarnya temperatur austenisasi dan waktu tahan dapat dicari dari

diagram transformasi untuk pemanasan. Diagram transformasi yang digunakan

adalah yang berlangsung secara isothermal. Ini dapat terjadi dengan pemanasan

yang sangat cepat ketemperatur yang dimaksud dan kemudian ditahan pada

temperatur itu untuk memberi kesempatan berlangsungnya transformasi. Cara ini

tidak lazim dilakukan pada perlakuan panas. Pada suatu proses perlakuan panas,

transformasi berlangsung selama pemanasan (bersama dengan kenaikkan

temperatur), pemanasan continyu (continuous heating). Dengan melihat diagram

transformasi isothermal untuk pemanasan tampak bahwa pemanasan untuk

mencapai kekerasan maksimum tidak boleh menghasilkan struktur austenit yang

homogen, tidak boleh melarutkan seluruh karbida. Bila seluruhnya larut dalam

austenit akan mengakibatkan austenit sisa terlalu banyak. Ternyata ukuran benda

kerja juga berpengaruh dalam menentukan waktu tahan. Pada benda yang kecil

pada umumnya karbidanya juga halus dan tersebar merata sehingga akan

memerlukan waktu tahan yang lebih singkat dari pada benda yang lebih besar

Selanjutnya dibawah ini diberikan beberapa pedoman untuk menentukan

waktu tahan pada proses pengerasan dari berbagai jenis baja :

1) Baja baja kontruksi dari baja karbon rendah dan baja paduan rendah yang

mengandung karbida yang mudah larut, diperlukan waktu tahan yang

singkat 5 15 menit setelah mencapai temperatur pemanasanya

dianggap sudah memadai.

2) Baja kontruksi dari baja paduan menengah dianjurkan menggunakan

waktu tahan 15 22 menit, tidak tergantung ukuran benda kerja

3) Low alloy steel memerlukan waktu tahan yang tepat, agar kekerasan yang

diinginkan dapat tercapai. Dianjurkan menggunakan 0,5 menit per

millimeter tebal benda atau 10 30 menit.

4) High alloy chrome steel membutuhkan waktu tahan yang paling panjang

diantara semua baja perkakas, juga tergantung pada temperatur pemanas

annya. Juga diperlukan kombinasi temperatur dan waktu tahan yang

Tebal benda, dengan minimum 10 menit, maksimum 1 jam

5) Hot work tool steel mengandung karbida yang sulit larut, baru akan larut

pada 1000C. Pada temperature ini kemungkinan terjadinya pertumbuhan

butir sangat besar, karena itu waktu tahan harus dibatasi 15 30 menit

6) High speed steel memerlukan temperatur pemanasan yang sangat tinggi

12001300C. Untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir waktu

tahan diambil hanya beberapa menit saja.

d. Media pendinginan

Untuk mencapai struktu martensit maka austenit yang terjadi harus

didinginkan cukup cepat, setidaknya dapat mencapai laju pendinginan kritis dari

baja yang bersangkutan. Untuk ini baja harus didinginkan dalam suatu media

pendingin tertentu. Ada sejumlah media pendingin yang biasa digunakan dalam

proses pengerasan baja, yaitu air, minyak, campuran air dan minyak (emulasi),

udara dan garam cair ( salt bath ).

Air adalah media pendingin yang paling tua dan murah, dan kebetulan juga

mempunyai kapasitas pendinginan yang tinggi sekali. Air murni biasanya kurang

baik sebagai media pendinginan untuk pengerasan baja karena kapasitas

pembentukan martensit, padahal laju pendinginan tertinggi diperlukan pada saat

melewati hidung dari kurva transformasi, yaitu sekitar 550C. Ini dapat diperbaiki

dengan menambah sedikit (5 10%) soda atau garam dapur brine.

Bila baja yang dipanaskan dicelup kedalam air, pada saat pertama kali

terjadi kontak antara benda dengan air akan terjadi pendinginan cepat, hanya

sesaat, karena segera terbentuk uap air yang menempel dipermukaan benda (

vapour blanket stage ), yang menghalangi perpindahan panas dari benda ke air.

Selama tahapan ini pendinginan menjadi lambat. Makin lama temperatur benda

akan turun dan temperatur air dekat permukaan benda akan semakin tinggi, dan

segera mendidih, uap yang tadinya menempel dipermukaan benda akan terlepas,

laju pendingginan akan naik (ini terjadi pada temperatur sekitar 300C), kemudian

akan melambat lagi seiring dengan menurunnya temperatur benda. Adanya

lapisan uap yang menempel dipermukaan benda akan menyebabkan lambatnya

pendinginan (justru pada saat diperlukan laju pendinginan yang tinggi), hal ini

dapat diperbaiki dengan menambah sedikit garam dapur soda 5 10%.

Keburukan dari air adalah bahwa laju pendinginannya sangat tinggi pada

daerah pembentukan temperatur martensit sehingga akan menyebabkan terjadinya

tegangan akibat transformasi dan selisih thermal. Ini semua akan mendorong

terjadinyar retak pada saat quenching. Bahaya terjadinya retak pada saat

quenching kedalam air dapat dihindari atau dikurangi dengan cara mengangkat

kembali baja yang diquenching tadi pada saat mencapai temperatur 200 400C

dan dengan cepat memindahkannya kedalam minyak. Cara ini juga merupakan

suatu cara untuk menambahkan tebal pengerasan pada oil hardening low alloy

steel. Mengingat kapasitas pendinginan baja yang hardenabilitynya tidak begitu

tinggi, misalnya baja karbon. Untuk baja paduan air sudah terlalu kuat, sehingga

dapat menimbulkan retak atau distorsi. Untuk baja paduan dipakai minyak atau

bahkan udara.

Pendinginan dengan minyak akan lebih lambat dari pada dengan air. Ada

banyak macam minyak yang dapat dipakai sebagai media pendingin untuk heat

treatment, yang paling murah dan sederhana minyak mineral dengan kekentalan

rendah (spindle oil). Kapasitas pendinginannya dapat dinaikkan dengan

menambah beberapa additive. Tetapi saat ini yang sering digunakan adalah oil

quenching yang memiliki kapasitas pendinginan yang lebih tinggi. Pada umumnya

minyak memiliki kapasitas pendinginan tertinggi pada temperatur sekitar 600C,

dan agak rendah pada daerah temperatur pembentukan martensit. Minyak

biasanya dapat digunakan untuk baja paduan medium dan rendah hanya untuk

benda yang berpenampang kecil. Kapasitas pendinginan dari minyak dapat

dinaikkan dengan cara agitasi, hanya saja harus dijaga agar jangan terlalu banyak

gelembung udara yang tertangkap dalam minyak itu karena akan mengganggu

pengaliran panas dari benda kerja keminyak, sehingga akan menurunkan kapasitas

pendinginan atau tidak meratanya pengerasan karena adanya gelembung udara

yang menempel, dibeberapa tempat ini laju pendinginannya lebih rendah,

sehingga kekerasan tidak merata.

Campuran air dan minyak (emulasi) dapat dilakukan dalam berbagai

proporsi, sehingga dapat diperoleh media pendingin dengan berbagai kapasitas

pendinginan. Tetapi dibandingkan dengan minyak, kapasitas pendinginan minyak

masih lebih baik.

Garam cair (salt bath) merupakan campuran dari beberapa garam antara lain

sodium nitrate dengan berbagai macam komposisi yang tergantung pada

temperature kerja yang diinginkan antara 160500C.

e. Penemperan

Jika baja dikeraskan, strukturnya menjadi martensit tetragonal dan

sebagian kecil austenit sisa. Baja dalam kondisi seperti itu akan keras, getas dan

rentan retak pada saat diquench terutama pada baja-baja perkakas. Dengan

demikian baja pada kondisi seperti itu penggunaannya sangat terbatas. Baja yang

dikeraskan denan cara transformasi martensitik akan memiliki kecenderungan

yang potensil kearah konfigurasi yang lebih stabil. Namun kestabilan tersebut

sulit diperoleh pada temperatur kamar karena mobilitas atom-atomnya relatif

sangat rendah. Tetapi jika temperaturnya dinaikkan, maka mobilitas atom akan

meningkat seiring dengan naiknya laju difusi dan ini akan mengakibatkan adanya

perubahan struktur dari baja yang dikeraskan menjadi struktur yang lebih stabil.

Proses memanaskan kembali baja yang dikeraskan disebut dengan proses temper.

Dengan proses ini, duktilitas dapat ditingkatikan namun kekerasan dan

kekuatannya menurun. Pada sebagian besar baja struktur, proses temper

dimaksudkan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan, duktilitas dan

ketangguhan yang tinggi. Dengan demikian, proses temper setelah proses

pengerasan akan menjadikan baja lebih bermanfaat karena adanya struktur yang

lebih stabil.

Perubahan struktur selama proses temper

Proses temper terdiri dari memanaskan baja sampai dengan temperatur di

bawah temperatur A1, dan menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka

waktu tertentu dan kemudian didinginkan di udara. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa pada saat temperatur dinaikkan, baja yang dikeraskan akan mengalami 4

tahapan sebagai berikut (lihat gambar 2.51).

1. Pada temperatur antara 80 dan 200OC, suatu produk transisi yang kaya karbon

yang dikenal sebagai karbida, berpresipitasi dari martensit tetragonal (lihat

gambar (2.52a) sehingga menurunkan tetragonalitas martensit atau bahkan

mengubah martensit tetragonal menjadi ferit kubik (lihat gambar 2.52b).

Periode ini disebut sebagai proses temper tahap pertama. Pada saat ini, akibat

keluarnya karbon, volume martensit berkontraksi. Karbida yang terbentuk

pada perioda ini disebut sebagai karbida epsilon.

2. Pada temperatur antara 200 dan 300OC, austenit sisa mengurai menjadi suatu

produk seperti bainit. Penampilannya mirip martensit temper. Perioda ini

disebut sebagai proses temper tahap kedua. Pada tahap ini volume baja

meningkat.

3. Pada temperatur antara 300 dan 400OC terjadi pembentukan dan pertumbuhan

sementit dari karbida yang berpresipitasi pada tahap pertama dan kedua.

Perioda ini disebut sebagai proses temper tahap ketiga. Perioda ini ditandai

dengan adanya penurunan volume dan melampaui efek yang ditimbulkan dari

penguraian austenite pada tahap yang kedua.

4. Pada temperatur antara 400 dan 700OC pertumbuhan terus berlangsung dan

disertai dengan proses sperodisasi dari sementit. Pada temperatur yang lebih

tinggi lagi, terjadi pembentukan karbida kompleks pada baja-baja yang

mengandung unsur-unsur pembentuk karbida yang kuat. Perioda ini disebut

sebagai proses temper tahap keempat.

Perlu diketahui bahwa rentang temperatur yang tertera pada setiap tahap proses

temper, adalah spesifik. Dalam praktek, rentang temperatur tersebut bervariasi

tergantung pada laju pemanasan, lama penemperan, jenis dan sensitivitas

pengukuran yang digunakan. Di samping itu, tergantung juga pada komposisi

kimia baja yang diproses.

Pengaruh unsur-unsur paduan pada proses temper

Jika baja dipadu, interval diantara tahapan proses temper dan bergeser

kearah temperatur yang lebih tinggi, dan itu berarti martensit menjadi lebih tahan

terhadap proses penemperan. Unsur-unsur pembentuk karbida, khususnya : Cr,

Mo, W, Ti dan V dapat menunda penurunan kekerasan dan kekuatan baja

meskipun temperatur tempernya dinaikkan. Dengan jenis dan jumlah yang

tertentu dari unsur-unsur tersebut di atas, dimungkinkan bahwa penurunan

kekerasan dapat terjadi pada temperatur antara 400 dan 600OC, dan dalam

beberapa hal, dapat juga terjadi peningkatan kekerasan. Gambar 2.53

menggambarkan fenomena yang tersebut di atas. Pengaruh unsur paduan terhadap

penurunan kekerasan diterangkan dengan adanya kenyataan bahwa unsur-unsur

paduan tersebut menunda adanya kenyataan bahwa unsur-unsur paduan tersebut

menunda presipitasi karbon dari martensit pada temperatur temper yang lebih

tinggi. Dilain pihak, peningkatan kekerasan pada temperatur temper yang lebih

tinggi pada baja-baja yang mengandung W, Mo dan V disebabkan oleh adanya

transformasi austenit sisa menjadi martensit.

Baja perkakas paduan tinggi seperti baja hot-worked dan high speed, pada

rentang temperatur 200-300OC, austenit sisa yang ada belum bertransformasi.

Tetapi pada penemperan sekitar 450-600OC, austenit akan terkondisikan dan

ketika didinginkan, akan terbentuk martensit sekunder. Dengan adanya martensit

seperti itu pada baja yang bersangkutan, proses penemperan tidak menghasilkan

pelunakan yang berarti. Pengkondisian austenit tergantung pada waktu dan

temperatur. Dengan adanya presipitasi karbida, kandungan karbon dan unsur

paduan pada austenit akan menurun, sehingga meningkatkan temperatur

pembentukan martensit. Pembentukan martensit dari austenit sisa bersama-sama

dengan adanya presipitasi karbida akan menimbulkan peningkatan kekerasan yang

merupakan ciri dari baja-baja paduan tinggi dan baja high speed.

Pada baja high speed dan baja yang mengandung Cr yang tinggi, austenit

sisa bertransformasi menjadi martensit pada saat didinginkan dari temperature

temper sekitar 500OC. Karena itu, baja seperti itu harus ditemper kembali dengan

maksud untuk meningkatkan ketangguhan baja yang diproses akibat terbentuknya

martensit sekunder pada saat ditemper.

Peningkatan kekerasan sebagai akibat dari adanya transformasi austenite

sisa menjadi martensit merupakan hal yang umum terjadi pada baja-baja paduan

tinggi, namun sangat jarang terjadi pada baja-baja karbon dan baja paduan rendah

karena jumlah austenite sisanya relatif sedikit. Sedangkan pada baja paduan tinggi

jumlah austenit sisanya mencapai lebih dari 5-30%.

Perubahan sifat mekanik

Tempering dilaksanakan dengan cara mengkombinasikan waktu dan

temperatur. Proses temper tidak cukup hanya dengan memanaskan baja yang

dikeraskan sampai pada temperatur temper untuk jangka waktu tertentu. Proses

temper dikaitkan dengan proses difusi karena itu siklus penemperan terdiri dari

memanaskan benda kerja sampai dengan temperatur di bawah A1 dan

menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu sehingga

perubahan sifat yang diinginkan dapat dicapai. Jika temperatur temper yang

digunakan relatif rendah maka proses difusinya akan berlangsung lambat.

Baja karbon, baja paduan medium dan baja karbon tinggi, pada saat

dipanaskan sekitar 200OC kekerasannya akan menurun sekitar 1-3 HRC akibat

adanya penguraian martensit tetragonal menjadi martensit lain (martensit temper)

dan karbida epsilon. Peningkatan lebih lanjut temperatur tempering akan

menurunkan kekerasan, kekuatan tarik dan batas luluhnya sedangkan elongasi dan

pengecilan penampangnya meningkat. Harga impact berubah dengan pola yang

agak berbeda. Penemperan diantara 250 dan 300OC tidak direkomendasikan

karena penemperan pada rentang temperatur tersebut akan menurunkan harga

impactnya.

Umumnya, makin tinggi temperatur temper, makin besar penurunan

kekerasan dan kekuatannya dan makin besar pula peningkatan keuletan dan

ketangguhannya. Kekerasan dan sifat mekanik baja 817M40 (BS) pada kondisi

dikeraskan dan hasil proses temper sebagai fungsi dari ukuran batang ditabelkan

pada tabel 2.6.

Prosedur Penemperan

Proses temper dapat dilakukan pada tungku dengan udara panas yang

disirkulasikan, oil baths, tungu garam (dengan garam yang titik lelehnya rendah)

dan tungku vakum. Jika tungku dengan udara panas yang disirkulasikan yang

digunakan, maka benda kerja yang dikeraskan dengan menggunakan tungku

garam harus dibersihkan terlebih dahulu, disarankan dibersihkan dengan

menggunakan air mendidih atau uap air. Jika benda kerja yang masih

mengandung bekas-bekas garam dipermukaannya langsung diletakkan di dalam

tungku, baik benda kerja maupun kumparan pemanas pada tungku akan mudah

diserang korosi. Hal ini dapat dicegah seandainya penemperannya menggunakan

tungku garam juga. Tungku garam yang digunakan untuk temper dapat juga

digunakan untuk proses penemperan. Tungku temper harus dilengkapi dengan

pengontrol temperatur yang otomatik dalam rentang 5OC.

Pada setiap proses penemperan perlu merujuk pada kurva temper yang

sesuai sebagai panduan dalam menentukan temperatur temper. Kurva tersebut

sebenarnya menunjukkan hasil rata-rata, namun dalam praktek selalu terjadi

penyimpangan dari harga yang ditunjukkanya. Hal ini disebabkan karena :

1. Adanya variasi dari kondisi quench.

2. Waktu penahanan umumnya relative lebih lama dari yang ditentukan.

3. Adanya variasi dari komposisi kimia baja yang sejenis.

4. Ketidak tepatan pengukuran temperatur.

Agar dicapai distribusi kekerasan yang homogeny pada benda kerja dan

untuk mencegah penghilangan tegangan akibat proses pengerasan yang tidak

merata yang dapat mengakibatkan timbulnya retak, maka laju pemanasan sampai

ke temperatur yang diinginkan harus lambat. Hasil yang baik senantiasa diperoleh

bilamana benda kerja dimasukkan ke dalam tungku yang menggunakan pemanas

udara yang bersirkulasi bebas pada temperatur yang diinginkan. Laju pemanasan

yang terlalu cepat ke temperatur temper yang diinginkan akan mengakibatkan

timbulnya retak akibat adanya peningkatan volume pada lapisan permukaan.

Karena itu laju pemanasan yang tinggi harus dicegah. Laju perpindahan panas

yang tercepat terjadi pada bak yang berisi timah hitam cair, agak cepat di dalam

tungku garam dan oil bath dan sangat lambat pada tungku dengan pemanas udara.

Sebagai contoh, untuk mencapai temperatur temper 200OC

pada benda kerja yang

dikeraskan yang memiliki ukuran 0,40 mm x 80 mm memerlukan waktu sekitar

satu jam di dalam tungku pemanas udara sedangkan jika udaranya disirkulasikan,

maka waktu yang diperlukan adalah sekitar 40 menit. 30 Menit di dalam oil baths

dan sangat cepat dalam bak yang berisi timah hitam cair. Tabel 2.1

menggambarkan perkiraan waktu yang diperlukan untuk memanaskan berbagai

ukuran pahat sampai 400OF (200

OC). Perlu diketahui bahwa sebelum dilakukan

pengukuran waktu penemperan, harus disediakan waktu yang cukup agar

temperatur terdistribusi secara uniform di seluruh benda kerja. Dari pengalaman

diketahui bahwa efek penemperan hany terjadi jika waktu penahan relatif lama.

Berdasarkan hal ini, untuk proses, penemperan tidak disarankan untuk

menggunakan bak yang berisi timah hitam cair.

Ukuran

benda kerja

Waktu yang diperlukan untuk memanaskan

Pada tungku

dengan pemanas

udara

Oil bath

Pada tungku dengan

pemanas udara yang

disirkulasikan

0 ¾” x 2”

0 1,5” x 3”

0 3” x 6”

0 6” x 12”

0,5 h

1 h

2 h

5 h

0,5 h

0,5 h

1 h

2,5 h

20‟

40‟

70‟

3 h

Tabel 2.1 Perkiraan waktu

Waktu yang diperlukan untuk penemperan bervariasi dari setengah jam

sampai dengan 2 jam untuk setiap 10 mm ketebalan. Karena proses temper adalah

proses presipitasi, maka waktu yang diperlukan pada temperatur temper yang

relatif tinggi bercorde menit. Tetapi sekurang-kurangnya diperlukan waktu

setengah sampai satu jam. Waktu yang lebih lama kadang-kadang diperlukan pada

saat memproses benda kerja dipajan pada temperatur yang diinginkan untuk

jangka waktu tertentu. Setelah waktu penemperan dilewati, perkakas yang

diproses harus didinginkan dengan lambat di udara. Laju pendinginan yang terlalu

cepat atau bahkan diquench dari temperatur tempernya akan menimbulkan

tegangan yang besarnya dapat mendekati harga yang dicapai pada saat proses

pengerasan.

Dalam beberapa pabrik, biasanya digunakan HRC untuk memeriksa

perkakas yang dikeraskan sebelum memutuskan temperatur temper yang dikaitkan

dengan harga kekerasan yang diinginkan. Banyak data yang menunjukkan bahwa

perkakas hasil pengerasan (hasil quench) menjadi retak pada saat handling.

Karena itu perkakas yang demikian harus segera distemper pada temperature

rendah agar kekerasannya tidak menurun di bawah harga yang diinginkan. Jika

karena berbagai sebab, tidak memungkinkan untuk segera menemper perkakas

setelah proses quench, perkakas sebaiknya dimasukkan ke dalam tungku yang

hangat sampai dengan waktu pelaksanaan proses temper tiba. Temperatur tungku

harus berada di bawah temperatur temper.

B. BAJA KARBON

1. DASAR-DASAR PERLAKUAN PANAS PADA BAJA KARBON

Besi merupakan salah satu jenis logam yang sangat penting dan merupakan

logam dasar pembentuk baja yang merupakan salah satu material teknik yang

sangat popular dewasa ini. Sifat alotropik dari besilah yang menyebabkan

timbulnya variasi struktur mikro pada berbagai jenis baja. Di samping itu, besi

merupakan pelarut yang sangat baik bagi beberapa jenis logam lain.

Pengertian alotropik adalah adanya transformasi dari satu bentuk susunan

atom (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain. Besi sangat stabil pada

temperatur di bawah 910OC dan disebut sebagai besi alfa (Fe). Pada temperatur

antara 910 dan 1392OC besi dikenal dengan istilah besi gama (Fe) dan pada

temperatur di atas 1392OC disebut sebagai besi delta (Fe).

Adanya fenomena alotropik dari besi merupakan suatu hal yang sangat

penting dan mencakup dua bentuk susunan atom. Pada temperatur di bawah

910OC susunan atomnya mengambil bentuk Kubus Pusat Badan (KBP atau BCC)

seperti terlihat pada gambar 2.4. Mulai temperatur 910OC akan terjadi perubahan

susunan atom. Temperatur ini dikenal dengan sebutan titik A3 seperti terlihat pada

gambar 2.5. Di atas temperatur tersebut susunannya mengambil bentuk Kubus

Pusat Muka (KPM atau FCC) seperti terlihat pada gambar 2.6. Jika proses

pemanasan dilanjutkan, bentuk susunan atomnya pada temperatur 1392OC

berubah kembali menjadi KBP lagi dan dikenal dengan sebutan besi delta.

Pemanasan lebih lanjut menyebabkan getaran atom semakin besar sehingga pada

temperatur 1536OC gaya kohesif yang memelihara susunan atom tersebut tidak

ada lagi dan besi menjadi cair. Pada saat membekukan besi cair ke temperatur

kamar, maka akan terjadi transformasi yang urutannya kebalikan dari proses

pemanasan.

Pada temperatur kamar besi bersifat feromagnetik, sifat magnetiknya

menurun dengan meningkatnya temperatur dan hilang sama sekali pada

temperatur 769OC yang umum dikenal sebagai titik A2 atau titik Currie (lihat

gambar 2.5)

Gambar 1.2. menggambarkan kurva pendinginan dengan titik-titik kritiknya

pada temperature : 769 (titik A2), 910 (titik A3), 1392 (titik A4) dan 1536OC

sebagai titik cair dari besi murni. Titik yang lain adalah titik A1 terletak pada

temperatur 723OC dan yang lain adalah titik A1 terletak pada temperature 723

OC

dan hanya tampak jika besi dipadu dengan karbon atau logam-logam lain.

Perubahan susunan atom yang terjadi pada saat pemanasan atau pendinginan

ditabelkan pada table 2.2. Di samping itu, table tersebut mendata juga temperatur-

temperatur (disebut sebagai titik kritik) di mana terjadi perubahan fasa pada besi

dan paduannya.

Penambahan unsur paduan pada besi, khususnya karbon, memungkinkan

membuat berbagai jenis baja yang jika dikombinasikan dengan berbagai jenis

metoda perlakuan panas akan menghasilkan sifat-sifat yang memadai untuk

penggunaan yang tertentu.

2. DIAGRAM FASA BESI KARBON

Kegunaan dari baja sangat tergantung pada sifat-sifatnya yang sangat

bervariasi yang diperoleh melalui pemaduan dan penerapan proses perlakuan

panas. Sifat mekanik dari baja sangat tergantung pada struktur mikronya.

Sedangkan struktur mikro sangat mudah diubah melalui proses perlakuan panas.

Beberapa jenis baja memiliki sifat-sifat yang tertentu sebagai akibat

penambahan unsur paduan. Salah satu unsur paduan yang sangat penting yang

dapat mengontrol sifat baja adalah karbon (C). Jika besi dipadu dengan karbon,

transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu erat kaitannya dengan

kandungan karbon. Berdasarkan hasil pemaduan antara besi dengan karbon,

karbon berada di dalam besi dapat berbentuk larutan atau berkombinasi dengan

besi membentuk karbida besi (Fe3C). Diagram yang menampilkan hubungan

antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan

pemanasan yang lambat, dengan kadar karbon disebut diagram fasa. Diagram ini

akan merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi-operasi perlakuan panas.

Gambar 2.7 menggambarkan diagram fasa besi- karbon untuk seluruh rentang

paduan besi dengan karbon yang mencakup baja dan besi cor. Kadar karbonnya

pada diagram tersebut bervariasi dari nol sampai 6,67%.

Gambar 2.8 menggambarkan jenis-jenis struktur mikro yang ada di setiap

bagian pada diagram fasa besi karbon yang kerap muncul pada setiap pembahasan

proses perlakuan panas pada baja.

Baja adalah paduan besi dengan karbon sampai sekitar 1,7% (maksimum).

Paduan besi dengan karbon di atas 1,7% disebut besi cor (Cast Iron).

Karbon adalah unsur penyetabil austenit. Kelarutan maksimum dari karbon

pada austenit adalah sekitar 1,7% (E) pada 1140OC. Sedangkan kelarutan karbon

apda ferit naik dari 0% pada 910OC menjadi 0,025% pada 723

OC. Pada

pendinginan lanjut, kelarutan karbon pada ferit menurun menjadi 0,08% pada

temperatur kamar (lihat gambar 2.9).

Seperti ditunjukkan oleh garis GS pada gambar 2.8, tampak bahwa jika

kadar karbon meningkat maka transformasi austenit menjadi ferit akan menurun

dan akan mencapai minimum pada titik S yaitu pada saat prosentase karbon

mencapai 0,8% pada temperatur 723OC. Titik ini biasa disebut sebagai titik

eutektoid. Komposisi eutektoid dari baja merupakan titik rujukan untuk

mengklasifikasikan baja. Baja dengan kadar karbon 0,8% disebut baja eutektoid.

Sedangkan baja dengan kadar karbon kurang dari 0,8% disebut baja

hypoeutektoid. Baja hypoeutektoid adalah baja-baja dengan kadar karbon lebih

dari 0,8%. Titik-titik kritik sepanjang garis GS disebut sebagai garis A3 sedangkan

titik-titik kritik sepanjang garis PSK disebut sebagai garis A1. Dengan demikian,

setiap titik pada garis GS dan SE menyatakan temperatur dimana transformasi

dari austenit dimulai baik pada saat dipanaskan maupun pada saat didinginkan.

Jika baja eutektoid (0,8%C) didinginkan dari temperatur austenitisasinya,

maka pada saat mencapai titik-titik sepanjang garis tersebut akan bertransformasi

menjadi suatu campuran eutektoid yang disebut Perlit. Jika baja hypoeutektoid

didinginkan dari temperatur disepanjang batas butir austenit. Sebagai contoh, baja

karbon dengan kadar karbon 0,4%, jika didinginkan dari temperatur

austenitisasinya (titik a pada gambar 2.10), pada saat mencapai titik b,

transformasi akan dimulai.

Pada titik ini, pengintian ferit akan terjadi dibatas butir austenit dan mulai

saat itu, paduan Fe-C memasuki daerah dua fasa. Jika pendinginan yang lambat

tersebut diteruskan ke titik C ferit akan tumbuh. Pada 723OC, struktur baja dititik

C terdiri dari austenite (0,8%C) dan ferit (0,025%C). Karena kelarutan karbon

diferit sangat rendah, maka pada saat pertumbuhan ferit akan disertai

“Pembungan” karbon ke austenit yang masih tersisa sehingga fasa austenite

menjadi semakin kaya dengan karbon. Pendinginan lanjut dari baja tersebut, pada

saat melalui temperatur eutektoitnya (pada titik D), austenit yang tersisa akan

bertransformasi menjadi suatu campuran ferit dan sementit yang berbentuk

lamellar (serpih). Dengan demikian, baja dengan kadar karbon 0,4% pada titik D

akan terdiri dari ferit dan Perlit. Perbandingan ferit terhadap Perlit sama dengan

perbandingan ferit terhadap austenite dititik C. Pendinginan lebih lanjut sampai ke

temperatur kamar tidak mempengaruhi struktur mikro yang sudah ada. Pada saat

dipanaskan akan terjadi transformasi yang berlangsung kebalikannya dari apa-apa

yang telah diuraikan di atas.

Jumlah Perlit yang ada pada setiap jenis baja sangat tergantung pada kadar

karbonnya. Sebagai contoh, baja dengan 0,2%C akan memiliki sekitar 25% perlit,

sedangkan baja dengan 0,4%C akan memiliki sekitar 50%. Struktur mikro dari

baja hypoeutektoid hasil dari proses pendinginan yang lambat, ditunjukkan pada

gambar 2.11.

Jika baja hypoeutektoid (lebih dari 0,8%C) didinginkan dari temperatur

austenitisasinya, akan terjadi pemisahan sementit pada batas butir austenit di

sepanjang garis SE (lihat gambar 2.12). Sebagai contoh, jika baja dengan 1,2%C

diaustenisasi dan didinginkan perlahan-lahan dari titik G, pada saat mencapai titik

H akan terjadi pemisahan sementit. Dengan adanya pembentukan sementit, kadar

karbon di austenit akan berkurang dan penurunan kadar karbon tersebut terus

berlanjut sampai mendekati temperatur 723OC. Pada titik I, struktur baja akan

terdiri dari campuran austenit (0,8%C) dan sementit (6,67%C) di mana

sementitnya terbentuk di sepanjang batas butir austenit. Pendinginan lebih lanjut

dari baja tersebut melalui temperatur eutektoidnya (pada titik J) akan mengubah

seluruh austenit yang masih tersisa menjadi perlit. Dengan demikian setelah titik

J, struktur baja 0,2%C akan terdiri dari perlit dan sementit dibatas butir perlit.

Pendinginan lanjut sampai ke temperatur kamar tidak akan mengubah struktur

mikro yang sudah ada. Struktur mikro dari baja-baja hypereutectoid hasil

pendinginan yang lambat ditunjukkan pada gambar 2.13. Berdasarkan penjelasan

seperti di atas, struktur baja karbon (tergantung pada kadar Cnya) hasil

pendinginan yang lambat pada temperatur kamar akan terdiri dari :

a. Untuk 0,007 – 0,025%C, ferit.

b. Untuk 0,025 – 0,8%C, ferit dan perlit

c. Untuk 0,8 – 1,7%C, perlit dan sementit

d. Untuk 1,7 – 4,4%C, perlit dan grafit (dengan perlakuan khusus)

Dengan bantuan diagram fasa Fe-C, dimungkinkan untuk memilih temperatur

pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil,

normal maupun proses pengerasan. Temperatur-temperatur di mana terjadi

perubahan fasa padat ke fasa padat yang lain pada diagram fasa Fe-C disebut titik

kritik dan dapat dilihat pada tabel 2.3.

3. PENGARUH UNSUR PADUAN TERHADAP DIAGRAM FASA Fe-C

Penambahan unsur-unsur paduan terhadap paduan Fe-C akan berpengaruh

terhadap batas-batas fasa sedemikian sehingga rentang transformasinya dapat

menjadi kecil atau besar. Gambar 2.14 memperlihatkan adanya perubahan

terhadap temperatur eutektoid akibat adanya peningkatan unsur-unsur paduan.

Secara umum, adanya unsur paduan meningkatkan temperatur eutektoid kecuali

Ni dan Mn.

Gambar 2.15. menunjukkan bahwa penambahan unsur-unsur paduan

menurunkan juga prosentase karbon pada komposisi eutektoidnya. Sebagai

contoh, pada baja karbon yang mengandung 5% Cr, titik eutektoidnya berada pada

0,5%C. Pengaruh Cr dan Mn ditunjukkan pada gambar 2.16. dan 2.17.

Berdasarkan data-data ini maka temperatur A1 akibat penambahan Mn menjadi

turun sedangkan akibat penambahan Cr menjadi naik.

4. PENGARUH UNSUR-UNSUR PADUAN

Bentuk dari kurva S dan C dipengaruhi oleh komposisi kimia baja. Hampir

semua unsur paduan, kecuali CO, Ti dan A1 menggeserkan kurva diagram

transformasi isothermal ke sebelah kanan dan ini berarti memperlambat awal

transformasi dan menurunkan laju reaksi.

Peningkatan kadar C sampai dengan titik eutektoid memperlambat reaksi

transformasi ke perlit, tetapi setiap peningkatan lebih lanjut dari kadar C akan

memperpendek waktu inkubasi dan mempercepat laju reaksi. Besar kecilnya

pengaruh unsur paduan terhadap transformasi isothermal dari baja sangat

tergantung pada jenis unsur paduannya. Sebagai contoh : Ni dan Mn

memperlambat transformasi ke perlit dan bainit. Keberadaan Mo dan Cr sangat

memperlambat transformasi ke perlit tetapi relatif sedikit pengaruhnya terhadap

bainit. Unsur-unsur paduan tersebut juga meningkatkan awal terbentuknya perlit

dan menurunkan transformasi ke bainit. Pengaruh unsur paduan seperti tersebut di

atas akan menghasilkan diagram TTT yang memiliki daerah austenit di atas dua

zone reaksi (lihat hambar 2.18) seperti terlihat pada baja-baja perkakas seperti

HSS, baja hot-worked dan cold-worked.

5. TRANSFORMASI PADA PENDINGINAN YANG KONTINYU

Informasi dari diagram TTT secara kuantitatif hanya berlaku untuk

transformasi isothermal pada temperatur konstan. Dalam praktek, diagram TTT

jarang digunakan karena pada kondisi perlakuan panas yang sebenarnya, proses

transformasi terjadi pada proses pendinginan yang kontinyu. Karena itu diagram

TTT perlu dimodifikasi agar dapat digunakan pada proses pendinginan yang

kontinyu.

Diagram pendinginan yang kontinyu (diagram CCT, continuous cooling

(transformation) mirip dengan diagram isothermal (diagram IT). Gambar 2.19

menunjukkan suatu diagram yang dimodifikasi dan menampilkan baik kurva

isothermal maupun kurva pendinginan kontinyu (lihat juga gambar 1.18 dan 1.19

hal 98).

Sebagai contoh : pada gambar 2.19, kurva B menyatakan specimen B

didinginkan dengan laju pendinginan yang lambat seperti pada proses ahli. Kurva

tersebut memotong kurva transformasi dari diagram TTT di B1 dan B2. Jika

temperatur baja mencapai B1 maka transformasi ke perlit akan dimulai dan jika

temperaturnya mencapai B2, seluruh austenit sudah bertransformasi ke perlit.

Perlu diketahui bahwa perlit yang terbentuk sekitar titik B1 akan lebih kasar

dibanding perlit yang terbentuk sekitar titik B2.

Kurva C menyatakan laju pendinginan yang agak cepat seperti terjadi pada

proses penormalan (normalizing). Kurva tersebut memotong kurva transformasi

dititik C1 dan C2. Jika temperatur baja mencapai C1, transformasi ke perlit akan

dimulai dan lebih halus dibanding dengan perlit yang terbentuk di B1. Pada saat

mencapai titik C2 transformasi ke perlit sudah selesai. Perlit yang terbentuk

menjelang C2 lebih halus lagi karena terbentuk pada temperatur yang lebih

rendah.

Kurva D menyatakan laju pendinginan yang relative lebih cepat dari

sebelumnya. Kurva tersebut memotong kurva awal transformasi dititik D1 dan

tidak memotong kurva yang menyatakan akhir transformasi. Ini berarti bahwa

transformasi ke perlit dapat berlangsung tetapi tidak akan seluruh austenit

bertransformasi ke perlit. Dengan perkataan lain, sejumlah volume tertentu dari

austenit pada temperatur yang lebih tinggi akan bertransformasi ke perlit tetapi

karena waktu yang tersebut tidak memungkinkan untuk terjadinya transformasi

secara menyeluruh, maka volume austenit yang masih tersisa pada saat

temperaturnya mencapai MS dititik D2 akan bertransformasi ke martensit. Jadi

baja yang didinginkan dengan laju pendinginan dengan laju pendinginan seperti

itu, sebagian strukturnya adalah struktur yang keras (Martensit).

Kurva G menyatakan laju pendinginan yang sangat cepat, yang dapat

diperoleh dengan cara mencelupkan benda kerja ke dalam suatu medium

pendingin (diquench). Baja yang didinginkan seperti itu tidak akan mengalami

proses transformasi kecuali pada saat mencapai G1. Pada temperatur tersebut

austenit mulai bertransformasi ke Martensit. Gambar 2.20 dan 2.21

menggambarkan kurva CT untuk BS 708M40 dan AISI H13.

6. STRUKTUR METALOGRAFI DAN KAITANNYA DENGAN SIFAT

Baja dapat dilakukan panas agar diperoleh struktur mikro dan sifat yang

diinginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan tersebut dapat diperoleh

melalui proses pemanasan dan pendinginan pada temperatur tertentu. Jika

permukaan dari suatu specimen baja disiapkan dengan cermat dan struktur

mikronya diamati dengan menggunakan mikroskop, maka akan tampak bahwa

baja tersebut memiliki struktur yang berbeda-beda. Jenis struktur yang ada sangat

dipengaruhi oleh komposisi kimia dari baja dan jenis perlakuan panas yang

diterapkan pada baja tersebut. Struktur yang aka nada pada suatu baja adalah ferit,

perlit, bainit, martensit, sementit dan kerbida lainnya.

a. FERIT

Larutan padat karbon dan unsur paduan lainnya pada besi kubus pusat badan

(Fe) disebut ferit. Ferit terbentuk pada proses pendinginan yang lambat dari

austenit baja hypoeutektoid pada saat mencapai A3. Ferit bersifat sangat lunak,

ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70-100 BHN dan memiliki konduktifitas yang

tinggi.

Jika austenit didinginkan di bawah A3, austenit yang memiliki kadar C yang

sangat rendah akan bertransformasi ke ferit (yang memiliki kelarutan C

maksimum sekitar 0,025% pada temperatur 723OC). Gambar 1.20

menggambarkan struktur ferit dengan butir-butir yang berbentuk poligonal.

b. SEMENTIT

Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai

karbida besi dengan rumus kimianya Fe3C (prosentase karbon pada sementit

adalah sekitar 6,67%). Sel satuannya adalah ortorombik dan bersifat keras dengan

harga kekerasannya sekitar 65-68 HRC. Pada struktur hasil anil, karbida tersebut

akan berbentuk bulat dan tertanam dalam matrik ferit yang lunak dan dapat

berfungsi sebagai pemotong geram sehingga dapat meningkatkan mampu mesin

dari baja yang bersangkutan. Keberadaan karbida-karbida pada baja-baja yang

dikeraskan, terutama pada HSS dan baja cold-worked dapat meningkatkan

ketahanan aus. Gambar 2.22. memperlihatkan suatu struktur mikro yang terdiri

dari sementit yang bulat dalam matriks ferit.

c. PERLIT

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar

10-30 HRC. Jika baja eutektoid (0,8%C) diaustenisasi dan didinginkan dengan

cepat ke suatu temperatur di bawah A1 misalnya ke temperatur 700OC dan

dibiarkan pada temperatur tersebut sehingga terjadi transformasi isothermal, maka

austenit akan mengurai dan membentuk perlit melalui proses pengintian

(nukleasi) dan pertumbuhan. Perlit yang terbentuk berupa campuran ferit dengan

sementit yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun bergantian (lihat gambar

2.23).

Perlit yang terbentuk sedikit di bawah temperatur eutektoid memiliki

kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak.

Penurunan temperatur lebih lanjut waktu inkubasi yang diperlukan untuk

transformasi ke perlit makin pendek dan kekerasan yang dimiliki oleh perlit lebih

tinggi (lihat gambar 2.24). Pada baja hypoeutektoid (kadar karbonnya kurang dari

0,8%) struktur mikro baja akan terdiri dari daerah-daerah perlit yang dikelilingi

oleh ferit. Sedangkan pada baja hipereutektoid (kadar karbonnya lebih dari 0,8%),

pada saat didinginkan dari austenitnya, sejumlah sementit proeutektoid akan

terbentuk sebelum perlit dan tumbuh dibekas batas butir austenit.

d. BAINIT

Bainit adalah suatu fasa yang diberi nama sesuai dengan nama penemunya

yaitu E.C. Bain. Bainit merupakan fasa yang kurang stabil (mestabil) yang

diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur

transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke perlit dan

lebih tinggi dari temperatur transformasi ke Martensit. Sebagai contoh, jika baja

eutektoid yang diaustenisasi didinginkan dengan cepat ke temperatur sekitar 250-

500OC dan dibiarkan pada temperatur tersebut, hasil transformasinya adalah

berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit tetapi bukan perlit.

Struktur tersebut dinamai bainit. Kekerasannya bervariasi antara 45-55 HRC

tergantung pada temperatur transformasinya. Ditinjau dari temperatur

transformasinya, jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut Upper

Bainite sedangkan jika terbentuk pada temperatur yang lebih rendah disebut

sebagai Lower Bainite. Struktur upper bainite seperti perlit yang sangat halus

sedangkan lower bainite menyerupai martensit temper.

e. MARTENSIT

Martensit adalah fasa yang ditemukan oleh seorang metalografer yang

bernama A. Martens. Fasa tersebut merupakan larutan padat dari karbon yang

lewat jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuannya terdistorsi. Sifatnya

sangat keras dan diperoleh jika baja dari temperatur austenitnya didinginkan

dengan laju pendinginan yang lebih besar dari laju pendinginan kritiknya.

Dalam paduan besi karbon dan baja, austenit merupakan fasa induk dan

bertansformasi menjadi martensit pada saat pendinginan. Transformasi ke

martensit berlangsung tanpa difusi sehingga komposisi yang dimiliki oleh

martensit sama dengan komposisi austenit (Gambar 2.7 dan 2.8) sesuai dengan

komposisi paduannya. Sel satuan martensit adalah Tetragonal pusat badan (Body

Center Tetragonal / BCT). Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi

tetragonal. Besarnya tetragonalitas yang terjadi dapat dijelaskan dengan gambar

2.25. Kelarutan karbn dalam BCC menjadi lebih besar jika terbentuk martensit,

dan hal inilah yang menyebabkan timbulnya tetragonalitas (BCT). Makin tinggi

konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang tersisi sehingga efek

tetragonalitasnya makin besar. Pada gambar 2.26. parameter latis diplot sebagai

fungsi dari kadar karbon baik dalam austenit maupun dalam martensit. Dari

gambar tersebut terlihat bahwa parameter latis bervariasi secara linier dengan

kadar karbon. Pada martensit, dengan menaiknya kadar karbon, parameter di

sumber C juga meningkat sedangkan parameter lainnya yang berhubungan dengan

kedua sumbu lainnya (parameter a) menurun. Parameter kubus kepunyaan austenit

meningkat dengan menaiknya kadar karbon.

Pembentukan martensit, berbeda dengan pembentukan perlit dan bainit, dan

secara umum tidak tergantung pada waktu. Dari diagram transformasi terlihat

martensit mulai terbentuk pada temperatur MS (lihat gambar 2.24). Jika

pendinginan dilanjutkan, austenit akan bertransformasi ke martensit. Makin

rendah temperaturnya, makin banyak austenit yang bertransformasi ke martensit

dan pada titik Mf pembentukan martensit berakhir. Pada contoh ini, martensit

mulai terbentuk pada temperatur sekitar 200OC (MS) dan berakhir pada temperatur

sekitar 29OC yaitu pada saat martensit hamper mencapai 100%. Bahwa

pembentukan martensit tidak tergantung pada waktu dijelaskan dengan adanya

garis horizontal pada diagram TTT/CCT. Pada 100OC, sekitar 90% martensit telah

terbentuk dan perbandingan ini tidak akan berubah terhadap waktu sepanjang

temperaturnya konstan.

Awal dan akhir dari pembentukan martensit sangat tergantung pada

komposisi kimia dari baja dan cara mengaustenisasi. Pada baja karbon, temperatur

awal dan akhir dari pembentukan martensit (MS dan Mf) sangat tergantung pada

kadar karbon seperti terlihat pada gambar 2.27. Makin tinggi kadar karbon suatu

baja makin rendah temperatur awal dan akhir dari pembentukan martensit. Dari

gambar tersebut terlihat bahwa untuk baja dengan kadar karbon lebih dari 0,5%,

transformasi ke martensit akan selesai pada temperatur di bawah temperatur

kamar. Dengan demikian, jika kadar karbon melampaui 0,5%, maka pada

temperatur kamar akan terdapat martensit dan austenit sisa. Makin tinggi kadar

karbon, pada baja akan makin besar jumlah austenit sisanya. Austenit yang belum

sempat bertransformasi menjadi martensit disebut sebagai austenit sisa. Untuk

mengkonversikan austenite sisa menjadi martensit, kepada baja tersebut harus

diterapkan proses “subzero” (subzerro treatment).

Di samping karbon, unsur-unsur seperti Mn, Si, Ni, Cr, Mo dan W juga

menggeserkan temperatur MS. Penurunan titik MS sebanding dengan jumlah unsur

yang larut dalam austenit (lihat gambar 2.28). Dari semua unsur tersebut di atas

terlihat bahwa karbon yang memberi pengaruh lebih besar terhadap penurunan

temperatur MS. Struktur martensit tampak seperti jarum (lihat gambar 2.29) atau

pelat-pelat halus. Halus kasarnya pelat atau jarum tergantung pada ukuran butir

dari austenit. Jika butir austenitnya besar maka martensit yang akan diperoleh

menjadi lebih kasar. Pembentukan martensit diiringi juga kenaikan volume

spesifik sekitar 3%. Hal inilah yang menyebabkan mengapa timbul tegangan pada

saat dikeraskan. Tegangan yang terjadi dapat menimbulkan distorsi dan bahkan

dapat menyebabkan timbulnya retak.

Penyebab tingginya kekerasan martensit adalah karena latis besi mengalami

regangan yang tinggi akibat adanya atom-atom karbon. Berdasarkan hal ini,

kekerasan martensit sangat dipengaruhi oleh kadar karbon. Kekerasan martensit

berkisar antara 20-67 HRC (lihat gambar 2.30). Makin tinggi kadar karbon dalam

martensit, makin besar distorsi yang dialami oleh latis besi di dalam ruang dan

mengakibatkan makin tingginya kekerasan martensit.

f. KARBIDA

Unsur-unsur paduan seperti karbon, mangan, chrom, wolfram, molibden dan

vanadium banyak digunakan pada baja-baja perkakas (seperti pada baja cold-

worked, baja hot-worked dan HSS) untuk meningkatkan ketahanan baja tersebut

terhadap keausan dan memelihara stabilitas baja tersebut pada temperatur tinggi.

Keberadaan unsur paduan tersebut pada baja akan menimbulkan terbentuknya

karbida-karbida seperti : M3C, M23C6, M6C, M7C3 dimana M menyatakan atom-

atom logam sedangkan C menyatakan kadar karbon. Karbida-karbida ini memiliki

kekerasan yang sangat tinggi (lihat gambar 2.31) sehingga dapat meningkatkan

ketahanan aus dari baja perkakas yang bersangkutan sebanding dengan volume

karbida di dalam baja dan harga kekerasan dari karbida yang bersangkutan.

Gambar 2.31 menggambarkan harga-harga kekerasan dari berbagai jenis karbida.

Tabel 2.4 menggungkapkan pengelompokkan dan sifat-sifat karbida yang ada

pada suatu baja perkakas.

Banyaknya karbida yang ada pada suatu baja perkakas tergantung pada

prosentase karbon dan unsur paduan serta tergantung pada jenis karbida yang

akan terbentuk. Pada baja hypereutektoid yang sudah dikeraskan, keberadaan

karbida adalah sekitar 5-12% sedangkan pada struktur yang dianil, jumlah

tersebut akan bertambah banyak. Pada saat diaustenisasi, karbida-karbida ini akan

memperkaya austenite dengan karbon dan unsur-unsur paduan. Unsur paduan

yang memperkaya austenite seperti : Cr, W, Mo atau V akan menciptakan kondisi

yang dapat mempermudah terbentuknya presipitasi karbida-karbida pada saat

dikeraskan maupun pada saat distemper. Kondisi seperti itu dapat meningkatkan

stabilitas termal dari baja yang bersangkutan dan juga meningkatkan kekerasan

sekitar 3-5 HRC.

Jenis Karbida Bentuk Sel Satuan Keterangan

M3C

M7C3

M23C6

M6C

M2C

MC

Orthorombik

Heksagonal

FCC

FCC

Heksagonal

FCC

Karbida jenis ini disebut sementit,

Mnya dapat berupa : Fe, Mn, Cr dengan

sedikit W, Mo, V.

Banyak dijumpai pada baja Cr. Tahan

terhadap disosiasi pada temperatur

tinggi, keras dan terhadap abrasi.

Banyak dijumpai pada saat menemper

HSS.

Terdapat pada baja Cr tinggi dan semua

jenis HSS.

Karbida yang kaya akan W atau Mo.

Mungkin juga mengandung Cr, V, Co.

Terdapat pada semua jenis HSS, tahan

terhadap abrasi.

Karbida yang kaya dengan W atau Mo

dari type W2C. Muncul setelah

distemper.

Karbida yang kaya dengan V, tidak

mudah mengurai.

Tabel 2.2 Klasifikasi dan sifat umum karbida didalam suatu baja perkakas

Karbida semenit, adalah karbida besi, simbolnya M3C, terdapat disemua jenis

baja. Kekerasannya berkisar antara 910 dan 1050 HV tergantung pada kondisi

pembentukannya.

Karbida Chrom kompleks M23C6, (Cr, Fe,Mo,W,V)23C6 : Karbida seperti ini

akan ada pada baja dengan kadar Chrom lebih dari 3-4% dan kadar C kurang dari

0,8-1%. Kekerasannya bervariasi antara 1000 dan 1100 HV. Ketika diaustenisasi

pada temperatur sekitar 950-10000C, karbida-karbida tersebut akan memperkaya

austenit dengan V, Mo, dan W. Pada HSS yang memiliki temperatur pengerasan

yang tinggi, M23C6 seluruhnya akan larut sedangkan pada jenis baja yang lain,

sebagian karbida tidak larut.

Karbida Chrom kompleks M7C3, (Fe, Cr,Mo,W,V)7C3: Karbida seperti ini

akan ada pada baja yang mengandung Chrom lebih dari 3-4% dan C lebih dari

0,8-1,1%. Kekerasannya sekitar 1600-1800 HV. Karbida M7C3 memperkaya

austenite dengan Cr, V, Mo, dan W pada temperature pengerasan sekitar 950-

11500C. Keberadaan karbida ini dapat meningkatkan ketahanan aus dan stabilitas

termal.

Kabida W-Mo kompleks (W,Mo,Cr,V)6C : merupakan karbida utama yang

ada pada semua jenis baja HSS dan Hot-worked. Kekerasannya bervariasi antara

1200-1300HV. Larut dalam austenit pada rentang temperatur sekitar 1150-

13000C. Baja yang mengandung karbida tersebut akan memiliki ketahanan aus

yang tinggi. Pada saat ditemper pada temperatur sekitar 500-6000C, karbida ini

akan terbentuk hasil tarnsformasi dari fasa karbida lainnya.

Karbida Vanadium (MC) : Karbida ini memiliki kekerasan yang sangat

tinggi (sekitar 2000HV) sehingga mampu meningkatkan ketahanan aus dari baha

yang bersangkutan. Larut dalam austenite pada temperature sekitar 1100-11500C

maksimum 1,5-2%.

7. PENGARUH UNSUR PADUAN

Sifat mekanik yang diperoleh dari pross perlakuan panas terutama

tergantung pada komposisi kmia. Baja merupakan kombinasi Fe dan C. Di

samping itu, terdaapat juga beberapa unsur yang lain seperti Mn, P, S dan Si yang

senantiasa ada meskipun hanya sedikit. Baja yang hanya mengandung C tidak

akan memiliki sidat seperti yang diinginkan. Penambahan unsur-unsur paduan

seperti Mn, Ni, Cr, Mo, V, W dan seterusnya baik masing-masing maupun secara

kombinasi dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan. Pengaruh

dari penambahan unsur paduan spesifikasi terhadap sifat baja diuraikan sebagai

berikut :

a. Karbon

C adalah unsur pengeras yang utama pada baja. Jika berkombinasi dengan

besi akan membentuk Karbida Fe3C atau semenit yang sifatnya keras.

Penambahan lebih lanjut akan meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik baja

diiringi dengan penurunan harga impactnya. Jika kadar karbon meningkat sampai

diatas 0,85% kekuatannya cenderung akan turun meskipun kekerasan relative

tetap. Pada saat diquench, kekerasan maksimum yang dicapai sebanding dengan

peningkatan kadar karbon, namun di atas 0,6% laju kenaikan kekerasannya

menjadi kecil (lihat gambar 1.28). Untuk baja konstruksi, kadar karbonnya

bervariasi antara 0,1 – 0,6% sedangkan untuk baja karbon perkakas kadar

karbonnya berkisar antara 0,5-1,4%. Pada baja “Case Hardening” (permukaannya

saja yang dikeraskan), kadar karbonnya berkisar antara 0,05-0.25%.

b. Mangan

Unsur ini senantiasa ada pada seluruh jenis baja komersil. Berperan dalam

meningkatkan kekuatan dan kekerasan, menurunkan laju pendinginan kritik

sehingga mampu keras baja dapat ditingkatkan dan juga meningkatkan ketahan

terhadap abrasi. Baja dengan kadar karbon yang tinggi (di atas 0,8%) disebut baja

paduan mangan.

Baja paduan mangan sangat rentan terhadap over heating karena butirnya

mudah menjadi kasar. Keberadaan unsur mangan dapat memperbaiki kualitas

permukaan karena mangan dapat meningkat belerang sehingga memperkecil

terbentuknya sulfide besi yang dapat menimbulkan “Hot shortness” atau

kerentanan terhadap timbulnya retak pada saat dikerjakan panas. Baja mangan

banyak digunakan untuk pegas, “Sambungan” rel KA, Crusher dan komponen

“Dredger”. Pada baja Hadfield, kandungan mangan sekitar 12% dan pada baja

tahan karat keberadaan Mn dikombinasikan dengan Cr dan Ni.

c. Silikon

Si dan Mn adalah unsur-unsur yang selalu ada pada baja. Keberadaan Si

pada baja-baja konstruksi maksimum 0,35%. Si menaikkan kekerasan dan

elastisitas tetapi menurunkan kekuatan tarik dan keuletannya. Jika dikeraskan dan

ditemper, baja silicon akan memiliki kekuatan yang tinggi disertai keuletan dan

ketahanan terhadap beban yang tiba-tiba yang baik. Digunakan pada baja dengan

hysteresis yang rendah, baja pegas serta sebagai material tahan asam pada

industry petrokimia.

d. Chrom

Cr merupakan unsur paduan yang penting setelah C. dapat membentuk

karbida (tergantung pada jenis perlakuan yang diterapkan dan kadarnya). Cr ada

pada baja-baja konstruksi dan pada baja-baja perkakas grade yang tinggi. Cr juga

merupakan salah satu unsur paduan utama pada HSS.

Cr meningkatkan temperatur austenisasi. Pada jenis baja tahan karat dan

baja tahan panas, Cr meningkatkan ketahanan korosi karena Cr dapat membentuk

lapisan oksida Cr dipermukaan baja. Cr terutama digunakan untuk meningkatkan

mampu keras baja, kekuatan tarik, ketangguhan dan ketahanan abrasi.

e. Nikel

Nikel merupakan salah satu unsur paduan yang penting untuk meningkatkan

kekuatan dan ketangguhan baja dengan cara mempengaruhi proses transformasi

fasa. Jika berada dalam jumlah yang memadai, Ni dapat memperbaiki sifat

mekanik. Jika jumlah Ni relatif banyak, maka austenite pada baja akan stabil

sampai ditemperatur kamar.

Ni menurunkan temperatur eutektoid baja bahkan dapat menurunkan sampai

ke temperatur yang efektif untuk proses quench. Ni tidak membentuk karbida dan

tidak berpengaruh terhadap kekerasan. Ni memperbaiki ketahanan korosi. Baja

paduan Nikel digunakan sebagai material konstruksi dan teknik (misalnya

jembatan) dengan kadar Ni sekitar 2-4%, komponen mesin dan baja “Case

Hardening”.

f. Molibden

Untuk setiap unit yang ditambahkan, Mo sangat besar sekali pengaruhnya

terhadap mampu keras dibanding dengan unsur paduan lainnya (kecuali Mn).

Akibat penambahan Mo, dalamnya pengerasan dari baja meningkat karena laju

pendinginan kritiknya menjadi turun. Jika berkombinasi dengan unsur paduan

lainnya, akan meningkatkan ketangguhan dan ketahan mulur dan juga

meningkatkan ketahanan baja pada temperatur tinggi. Keberadaan Mo dapat

menurunkan kerentanan terhadap temper embrittlement pada baja. Temper

embrittlement pada baja sering terjadi pada baja-baja Ni – Cr pada saat

didinginkan dengan laju pendinginan yang tinggi dari temperatur temperingnya.

Pada baja perkakas, Mo seperti halnya W, terutama digunakan pada baja

Hot- Worked dan HSS. Mo dapat membentuk karbida sehingga dapat

meningkatkan ketahanan terhadap keausan, meningkatkan ketangguhan dan

kekuatan pada temperatur tinggi.

Baja yang dipadu dengan Mo digunakan pada baja konstruksi untuk maksud

“Case Hardening”, dan digunakan juga pada HSS dan baja tahan karat.

g. Wolfram

W membentuk karbida kompleks. Baja paduan W memiliki kekerasan yang

tinggi, tahan abrasi, kekuatan dan kekerasan pada temperatur tinggi yang baik. W

juga menyebabkan transformasi austenit ke martensit menjadi lambat dan dapat

memperlambat pertumbuhan butir. Baja paduan W tidak rentan terhadap over

heating. Pada baja-baja austenitik Cr-Ni, penambahan W dapat menaikkan batas

mulurrnya.

Baja paduan W digunakan di HSS, baja-baja perkakas. Baja hot-worked,

baja magnet, katup-katup dan baja-baja tahan karat.

h. Vanadium

Pada baja-baja konstruksi, vanadium menaikkan kekuatan tarik dan batas

mulur serta memperbaiki rasio diantara kekuatan tarik dan mulur. V merupakan

unsur pembentuk karbida yang kuat dan karbida yang terbentuk sifatnya sangat

stabil. Dengan penambahan sekitar 0,04 – 0,05% mampu keras baja karbon

medium dapat ditingkatkan. Di atas harga tersebut, mampu kerasnya menurun

karena adanya pembentukan karbida yang tidak larut.

Jika diperlukan temperatur austenisasi yang lebih tinggi maka perlu

ditambahkan V. Karena sifatnya yang mudah membentuk karbida, maka V

banyak digunakan pada baja-baja perkakas. V meningkatkan kekerasan pada

temperatur tinggi (hot hardness) dan jika berada dalam jumlah yang cukup pada

baja perkakas, maka ketahanan aus baja tersebut akan meningkat.

V bersama-sama dengan Cr, Ni dan Mo sering digunakan pada baja-baja

konstruksi yang menerima tegangan yang tinggi. Juga dipergunakan sebagai

material untuk “punching” dan “blanking dies”, cold-worked dan forming dies

serta pada HSS.

Gambar 2.4

Gambar 2.5

Gambar 2.6

Gam

bar

2.8

G

amb

ar 2

.7

Gambar 2.12

Gambar 2.13

Gambar 2.14 Gambar

2.15

Gam

bar

2.1

6

Gam

bar

2.1

7

Tab

el 2

.2

Gam

bar

2.2

4

Gam

bar

2.2

4

Gam

bar

2.1

8

Gam

bar

2.1

9

Gam

bar

2.2

5

Gam

bar

2.2

6

Gam

bar

2.2

7

Gam

bar

2.2

8

Gam

bar

2.2

9

Gam

bar

2.3

0

Gam

bar

2.3

1

C. Baja SAE 9245 ( Spring steel )

Pegas merupakan salah satu suku cadang alat transportasi yang mempunyai

peranan sangat penting, Dalam hal ini agar dapat berperan dengan baik sebagai

fungsinya diperlukan desain dan perencanaan yang tepat didalam proses

produksinya, sehingga dapat memenuhi standart atau spesifikasi yang telah

ditetapkan. Salah satu faktor yang sangat penting diperhatikan adalah material

atau bahan yang akan dipakai didalam pembuatan pegas spiral (coil). SAE 9254

memiliki tetangguhan yang cukup tinggi cocok dengan karakter spring spiral

(coil).

Tabel. Chemical Composition material,berdasarkan JIS G 4801 : 2005

Designation of grade C Si Mn

P ( ' )

S ( ' )

Cr Mo V B

% % % % % % % % %

SUP 6 0.55 to

1.50 to

0.70 to

0,030 0,030 - - - -

0,64 1,80 1,00 max max

SUP 7 0.56 to

1.80 to

0.70 to

0,030 0,030 - - - -

0,64 2,20 1,00 max max

SUP 9 0.52 to

0.15 to

0.65 to

0,030 0,030 0.65 to

- - -

0,60 0,35 0,95 max max 0,95

SUP 9A 0.56 to

0.15 to

0.70 to

0,030 0,030 0.70 to

- - -

0,64 0,35 1,00 max max 1,00

SUP 10 0.47 to

0.15 to

0.65 to

0,030 0,030 0.80 to

- 0.15 to

-

0,55 0,35 0,95 max max 1,10 0,25

SUP 11A 0.56 to

0.15 to

0.70 to

0,030 0,030 0.70 to

- - 0,0005

0,64 0,35 1,00 max max 1,00 min

SUP 12 / SAE 9254 0.51 to

1.20 to

0.60 to

0,030 0,030 0.70 to

- - -

0,59 1,60 0,90 max max 0,90

SUP 13 0.56 to

0.15 to

0.70 to

0,030 0,030 0.70 to

0.25 to

- -

0,64 0,35 1,00 max max 0,90 0,35

Table 2.3 composition materal SAE 9254 menurut JIS 4801 : 2005

D. Heating Furnace

Dalam industri pembuatan spring dibutuhkan suatu peralatan untuk pemanas

material yang disebut dapur. Dapur adalah alat yang berfungsi untuk

memindahkan panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar dalam

suatu ruangan ke material yang dipanaskan melalui pipa-pipa pembuluh yang

berada di sekitar ruang pembakaran dapur tersebut. Tujuan dari pemindahan panas

hasil pembakaran ke material yang dipanaskan tersebut adalah agar dicapai

kondisi operasi (suhu) yang diinginkan oleh proses berikutnya dalam suatu

peralatan lain atau langsung sebagai produk jadi. Dapur merupakan struktur

bangunan berdinding plat baja yang bagian dalamnya di lapisi oleh material batu

bahan api, batu isolasi untuk menahan kehilangan panas ke udara melalui dinding

dapur.

Dapur akan dapat beroperasi dengan efisien yang tinggi bila :

1. Terjadi reaksi pembakaran yang sempurna.

2. Panas pemabakaran bahan bakar dapat diterima dengan merata oleh material

3. Udara berlebih yang optimum.

4. Permukaan luar/dalam dari pipa-pipa pembuluh dalam keadaan bersih.

5. Memperkecil panas yang hilang lewat dinding dapur.

6. Mengoptimalkan panas yang hilang lewat gas asap.

Gambar 2.32 Heating furnace Type HTH 1, Supplier TAIHO

E. Proses pembuatan pegas spiral (coil spring)

Proses pembuatan pegas spiral pada dasrnya juga berdasarkan atas hal-hal

tersebut diatas. Dengan menggunakan baja SAE9254 yang memang khusus

dirancang untuk aplikasi pegas, diperlukan proses yang benar dan tepat untuk

mendapatkan pegas yang memiliki kekuatan untuk dapat menerima beban yang

berfluktuasi. Berikut adalah flow proses pembuatan spring spiral di PT.

Indospring Tbk. Gresik

Gambar 2.33 Flow Proses Hot Coil Spring

F. PENGUJIAN LOGAM

1. Syarat-syarat kualitas logam sebagai bahan teknik.

Logam merupakan salah satu bahan yang sangat penting dan paling banyak

digunakan dalam memenuhi berbagai kebutuhan bahan teknik. Hal ini

dikarenakan berbagai keunggulan dari sifat logam yang hampir semua sifat bahan

produk dapat dipenuhi oleh sifat logam, disamping logam yang dapat diperbaiki

sifat-sifatnya sesuai dengan kebutuhan sifat produk yang

diinginkan. Keberagaman sifat dan karakteristik produk itulah maka

logam dibentuk sedemikian rupa sebagai bahan baku (raw materials) dengan

berbagai spesifikasi dan komposisi serta cara perbaikan sifatnya yang dapat

dipilih sesuai dengan kebutuhan. Sebagaimana telah diuraikan pada bab

sebelumnya bahwa kualitas suatu produk ditentukan oleh terpenuhinya berbagai

sifat yang disyarat oleh produk itu sendiri, dan diantara syarat kualitas tersebut

antara lain, syarat fungsional dan syarat mekanis. Syarat fungsional

akan didukung oleh syarat dimensional geometris, serta syarat estetis, sedangkan

syarat mekanis akan didukung oleh kualitas physic.

a. Kualitas fungsional

Kualitas fungsional merupakan syarat kegunaan apakah suatu produk itu dapat

memenuhi syarat dalam fungsi dan kegunaannya, apakah sebagai komponen, atau

sebagai konstruksi rakitan. Kesesuaian ini akan ditentukan oleh kesesuaian bentuk

serta ukuran sesuai dengan syarat ukuran atau syarat dimensional geometris yang

direncanakan, jika produk itu berupa komponen, maka komponen ini akan

dirakit sesuai dengan komponen lain sebagai pasangannya. Dan sudah barang

tentu dalam perencanaan sebuah produk factor estetika juga menjadi

pertimbangan, sehingga ada perpaduan yang serasi antara seni dan Teknologi.

b. Kualitas Mekanik

Kualitas mekanis merupakan syarat kualitas produk yang berhubungan dengan

kekuatan atau ketahanan produk tersebut, apakah sebagai komponen atau sebuah

konstruksi rakitan dari berbagai komponen, untuk menerima pembebanan pada

beban dengan besar dan arah tertentu, kadang-kadang Kualitas Mekanis menjadi

syarat utama karena sifat mekanis bahan ini akan mendukung pula kepada

sifat fungsional dari produk yang telah disebutkan. Keragaman fungsi

dan dimensional produk ini menjadikan beragam pula syarat mekanik yang harus

dipenuhi karena akan beragam pula gaya dan arah gaya yang harus ditopang oleh

produk tersebut, seperti : tarik, geser, puntir, lengkung dan lain-lain dengan

kondisi physic yang baik, artinya tidak terdapat cacat, baik cacat luar seperti

keretakan ataupun cacat dalam seperti keropos dan lain-lain. Berbagai persyarat

kualifikasi produk tersebut merupakan faktor-faktor penting yang harus

diperhatikan dalam pelayanannya dan harus dilakukan sebelum, selama dan

setelah proses produksi itu dilakukan untuk memberikan jaminan bahwa produk

yang dihasilkan memenuhi kualitas persyaratan yang telah ditentukan. Pada

Industri manufaktur biasanya terdapat sebuah departemen tertentu yang

menangani hal ini yakni Dept. Quality Assurance (QA) didalamnya terdapat

pengendalian mutu yang disebut Quality Control (QC), dengan lingkup kerja

antara lain pengendalian mutu bahan baku yang dilakukan sejak bahan tersbut

diterima (incoming materials) ; apakah material yang diterima sesuai dan

memenuhi syarat yang ditentukan dan lain-lain, pengendalian proses produksi

yakni pemeriksaan selama proses produksi, untuk memeriksa apakah

proses produksi sudah sesuai dengan standard operasional prosedure (SOP) yang

telah ditentukan, termasuk diantaranya penanganan alat ukur dan kalibrasi alat-

alat ukur yang digunakan untuk pengendalian kualitas dimensional geometris

memastikan bahwa alat ukur yang digunakan tersebut memenuhi standar

pengukuran yang berlaku, sehingga hasil ukur dari produk yang dihasilkan berada

pada ukuran yang dikehendaki. Proses ini merupakan rangkaian proses produksi

yang tidak dapat dipisahkan satu sama lainnya dan merupakan upaya pelayanan

dan pengendalian mutu produk sesuai dengan kebutuhan konsumen.

c. Sifat mekanik (Mechanical properties)

Sifat mekanik bahan ialah sifat yang berhubungan dengan kekuatan suatu bahan

dalam menerima berbagai aspek pembebanan, sifat-sifat ini antara lain meliputi ;

kekerasan;

tegangan terhadap penarikan (tegangan tarik), tegangan puntir, tegangan geser,

tegangan lengkung, kerapuhan (keuletan), rambat (creep), lelah (fatigue). Sifat-

sifat inilah yang dimiliki oleh bahan dalam pemakainnya, namun demikian

seberapa besar dan seberapa lama bahan tersebut dapat mempertahankan sifat-

sifat yang dimiliki oleh bahan yang akan digunakan sebagai bahan teknik ini,

harus diketahui terlebih dahulu agar bahan yang dipilih dapat kualitas serta mutu

yang disyaratkan.

Berbagai sifat mekanik seperti yang disebutkan, untuk sebuah produk sebenarnya

tidak ada yang berdiri sendiri bahkan dengan sifat yang lain seperti sifat physic,

sifat kimia. Tidak diperlukan alasan suatu produk tidak mampu menerima

pembebanan yang disyaratkan, tetapi bagaimana upaya maximal agar produk

mampu menerima pembebanan yang disyaratkan, oleh karena itu berbagai aspek

Quality Assurance harus diterapkan dalam proses produksi.

2. Pengujian Sifat mekanik

a. Kekerasan (Hardness)

Secara umum semua sifat mekanik dapat terwakili oleh sifat kekerasan bahan,

orang berasumsi bahwa yang keras itu pasti kuat, sehingga “jika dibutuhkan bahan

yang kuat, maka pilih bahan yang keras” ini merupakan pernyataan yang

keliru, bahwa ada suatu bahan yang memiliki kesebandingan antara kekerasan

dengan kekuatan itu benar tetapi ada juga sifat yang justru perbandingannya

terbalik bahwa bahan yang keras akan rapuh. Oleh karena itu diperlukan definisi

yang spesifik antara kekerasan dengan kekuatan kendati masing-masing

memilki korelasi.

Pada dasarnya semua jenis bahan memiliki prilaku dan reaksi yang sama dalam

menerima pembebanan atau sebuah gaya, apapun bentuk gayanya, dimana gaya

merupakan sebuah aksi terhadap suatu benda yang mengakibatkan sebuah

reaksi bagi benda itu sendiri. Kekerasan merupakan sebuah reaksi dari suatu

material atau bahan sampai batas mana bahan itu dapat mempertahankannya, akan

tetapi gaya macam apa yang bekerja sehingga kekerasan tersebut dapat

didefinisikan. Jika kita melihat kembali reaksi suatu bahan dalam

menerima pembebanan atau gaya tertentu prilaku idealnya terdiri dari “melawan,

bertahan, dan kalah”. Sebenarnya dalam pemilihan bahan yang memenuhi syarat

sebagai bahan produk ialah bahan yang pada posisi “melawan” walaupun harus

diketahui batas kalahnya. Pada bahan produk perilaku ini ditandai dengan adanya

fase-fase perubahan bentuk atau deformasi, misalnya batang lurus menjadi

bengkok saat pembebanan yang kembali lurus jika beban dilepaskan, bahan yang

pendek menjadi panjang pada saat dibebani, dan kembali pendek setelah beban

dilepaskan, bahan yang rata menjadi cekung pada saat dibebabani dan kembali

rata setelah beban dilepaskan dan sebagainya, phase ini yang disebut deformasi

elastis, namun ada pula bahan yang lurus menjadi bengkok pada saat dibebani dan

tetap bengkok walaupun beban dilepaskan, bahan yang pendek menjadi panjang

pada saat dibebani dan masih tetap panjang walaupun beban itu

dihilangkan, demikian pula pada bahan yang rata menjadi cekung saat

dibebani dan tetap cekung walaupun beban telah dilepaskan ini yang

disebut deformasi Plastis. Tetapi terjadi pula sebauah bahan dibebani menjadi

putus atau menjadi pecah. Fase-Fase ini sebenarnya terjadi pada bahan yang

mengalami pembebanan akan tetapi tingkat pembebanan ini akan mengakibatkan

reaksi Fase yang berbeda. Oleh karena itu dalam penentuan kekerasan logam

ada juga yang mendefinisikan kekerasan ini berdasarkan tahapan (Fase)

perubahan bentuk atau deformasi yang terjadi pada bahan akibat pembebanan ini,

bahwa :

“Kekerasan ialah kekuatan bahan dalam menerima pembebanan hingga terjadi

perubahan tetap”.

b. Prosedur proses pengujian kekerasan

Dengan definisi tersebut maka kekerasan ini identik dengan kekuatan terhadap

pembebabanan, sehingga pada baja karbon diketahui bahwa ada kesebandingan

antara kekerasan dengan kekuatan tariknya (�t = 0,37 HB), karena dalam

pengujian tarik yang akan dibahas lebih lanjut, semua phase reaksi pembebanan

akan dilaluinya.

Beberapa ahli melakukan analisis terhadap kekerasan ini dimana kekerasan diukur

dengan membandingkan ketahanan terhadap gesekan antara bahan yang satu

dengan bahan lainnya dengan melihat goresan sebagai akibat dari gesekan

tersebut. Disamping itu ada pula yang melihat reaksi pantulan sebuah bola yang

dijatuhkan pada permukaan benda uji, yang ternyata dari ketiga cara tersebut

dianggap memenuhi syarat pengujian yang digunakan sebagai alat ukur itu harus :

1) Dapat didefinisikan secara fisik

2) Jelas tidak berubah karena waktu

3) Dapat digunakan sebagai pembanding dimana pun didunia ini.

Berdasarkan pada persyaratan tersebut maka ketiga metode tersebut pengujian

kekerasan yang dibakukan pemakaiannya adalah :

1) Pengujian kekerasan dengan cara penekanan (Indentation Test)

2) Pengujian kekerasan dengan cara goresan (Scratch Test)

3) Pengujian kekerasan dengan cara Dinamik (Dynamic Test)

Proses pengujian terhadap kekerasan logam harus dilakukan sesuai dengan

metode serta prosedur pengujian yang telah ditentukan sehingga hasil pengujian

dapat diterima digunakan sebagai acuan dalam pemilihan bahan teknik sebagai

bahan baku produk, atau menjadi petunjuk perubahan sifat bahan (kekerasan)

sebalum atau setelah proses perlakuan panas dilakukan.

1) Pengujian kekerasan dengan cara penekanan (Indentation Test)

Pengujian kekerasan dengan cara penekanan (Indentation Test) ialah pengujian

kekerasan terhadap bahan (logam), dimana dalam menentukan

kekerasannya dilakukan dengan menganalisis indentasi atau bekas

penekanan pada benda uji (Test piece) sebagai reaksi dari pembebanan

tekan. Proses ini dilakukan antara lain dengan sistem Brinell, Rockwell dan

sistem Vickers.Pengujian dengan sistem ini paling banyak digunakan terutama di

laboratorium pengujian logam atau industri manufaktur yang memproduksi

benda-benda berukuran kecil (Komponen), hal ini dikarenakan proses serta

prosedur pengujiannya yang sederhana dan cepat memperoleh data kekerasan

yang dihasilkan dari pengujian.

2) Pengujian dengan cara Goresan (Scratch Test)

Pengujian dengan cara goresan (scratch test) ialah pengujian kekerasan terhadap

bahan (logam), dimana dalam penentuan kekerasannya dilakukan dengan mencari

kesebandingan dari bahan yang dijadikan standar pengujian, yakni bahan-bahan

yang teruji dan memenuhi syarat pengujian sebagaimana disebutkan di atas,

yang disusun pada skala kekerasan yang disebut Skala Mohs yakni susunan dari

10 macam bahan mineral disusun dari skala 1 sampai skala 10 dari yang terlunak

sampai yang terkeras. Pada skala mana dari 10 jenis bahan ini yang dianggap

sebanding bekas goresannya, maka inilah angka kekerasan logam tersebut,

misalnya angka kekerasannya 7 pada skala Mohs, artinya kekerasannya

sebanding dengan bahan ke 7 yang digoreskan pada permukaan bahan tersebut.

Hasil pengujian ini memang kurang akurat karena hasil pengujian hanya

merupakan hasil pengamatan secara visual, namun pengujian ini sangat

bermanfaat digunakan pada benda atau konstruksi besar yang tidak mungkin di

bawa untuk diuji pada Laboratorium.10 macam bahan tersebut ialah :

a) Talk (talc) 6 Ortoklas (Felspar)

b) Gips (Gipsum) 7 Kwarsa (Quartz)

c) Kalsite (Calcspar) 8 Topas (Topas)

d) Plorite (Flourspar) 9 Korundum (Corundum)

e) Apatite (Apatite) 10 Intan (Diamond)

3) Pengujian dengan cara dinamik (Dynamic Test)

Pengujian dengan cara dinamik (Dynamic Test) ialah pengujian kekerasan dengan

mengukur tinggi pantulan dari bola baja atau intan (hammer) yang dijatuhkan dari

ketinggian tertentu. Tinggi pantulan memberikan indikasi kekerasan bahan

tersebut, dimana semakin tinggi pantulan artinya bahan ini memiliki kekerasan

yang tinggi pengukuran kekerasan dengan cara ini disebut sistem

Shore Scleroscope.

Dalam proses ini “small diamond-tipped hammer” dijatuhkan secara bebas dari

ektinggian 250 mm didalam gelas pengukur (Graduated Glass Tube) diatas

permukaan test piece. Lihat gambar 10.1 konstruksi pesawat uji berikut.

Gambar 2.34

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Gun449.jpg

Alat uji kekerasan dari sistem shore scleroscope ini juga dibuat dengan sistem

yang sederhana dengan pengoperasian sebagaimana terlihat pada gambar 2.34 &

2.35 akan tetapi dalam pelaksanaannya tetap mematuhi ketentuan yang berlaku

pada proses pengujian ini, dengan prinsip penentuan beban berdasarkan gaya

grafitasi.

Gambar 2.35


3. Pengujian kekerasan dengan sistem Brinell

Pengujian kekerasan dengan sistem Brinell merupakan salah satu metoda

pengujian kekerasan dengan cara penekanan. Proses penekanan ini dimaksudkan

untuk membentuk penetrasi pada permukaan bahan uji (test piece) yang akan

dianalisis untuk menentukan tingkat kekerasan dari bahan tersebut. Penetrasi ini

ini merupakan bentuk perubahan tetap dari bahan uji yang disebabkan oleh

pembebanan, dimana beban yang diberikan dalam pengujian ini tidak

mengakibatkan rusak atau pecahnya benda uji (test pice) itu sendiri yaitu

ditentukan berdasarkan perbandingan antara angka konstanta dari jenis bahan

Gambar 2.36


ketebalan bahan dimana beban itu diberikan terhadap diameter alat penekan

(Indentor).

Pada pengujian kekerasan dengan sistem Brinell ini alat penekannya

menggunakan bola baja yang dipilih sesuai dengan ketentuan pengujian. Pada

beberapa jenis pesawat uji kekerasan ini terdapat pula mesin uji universal yang

dapat diguanakan dalam ketiga sistem pengujian kekerasan yakni Brinnell,

Vickers dan Rockwell. Akan tetapi ada juga mesin yang didisain khusus

untuk pengujian kekerasan brinell untuk jenis mesin pengujian kekerasan brinell

ini dapat dilihat pada gambar 2.37 berikut.

Gambar 2.37


Mesin uji kekerasan Brinnel seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.37

merupakan mesin yang didisain khusus untuk pengujian kekerasan Brinell

besarnya kapasitas pembebanan talah dirancang sesuai dengan spesifikasi

Pengujian Kekerasan Brinell.

Pembebanan tekan yang diberikan melalui Indentor mambentuk indentasi pada

permukaan benda uji (test piece) dan untuk mengetahui luas bidangnya diameter

indentasi tersebut diukur dengan Measuring Microscope karena indentasinya yang

sangat kecil dan tidak mungkin diukur dengan alat ukur biasa sehingga objek ukur

harus diperbesar. Oleh karena itu mesin uji kekerasan Brinell ini selain indentor,

Calibration Test Block atau Standardt Test Block juga Measuring Microscope.

Perbandingan antara ukuran indentor yang akan digunakan, besarnya beban yang

akan diberikan serta kesesuaiannya dengan jenis dan ukuran bahan dapat dilihat

pada tabel:

Tabel 2.5 Perbandingan diameter indentor terhadap konstanta bahan

Angka kekerasan dari hasil pengujian kekerasan Brinell merupakan perbandingan

antara besarnya beban terhadap luas penampang bidang Indentasi.

Dengan indentor yang berbentuk bola maka indentasi yang terbentuk pada

permukaan benda uji (Test Piece) akan berbentuk tembereng, jadi bidang yang

menahan beban tersebut ialah sebuah tembereng lingkaran dengan ukuran

diameter bola baja (D).

Tabel 2.4 Perbandingan ukuran indentor dan tebal bahan

Perbandingan diameter indentor terhadap konstanta bahan


Gambar 2.38


4. Pengujian kekerasan dengan sistem Vickers

Pada prinsipnya pengujian dengan sistem Vickers ini tidak jauh berbeda dengan

Pengujian kekerasan dengan sistem Brinell, salah satu yang bebeda didalam

pengujian kekerasan sistem Vickers ini ialah pemakaian Indentornya, dimana

Vickers menggunakan piramida intan dengan sudut puncak piramida adalah 1360,

Bentuk indentor yang relative tajam dibanding dengan Brinell yang menggunakan

bola baja, Vickers mamberikan pembebanan yang sangat kecil yakni dengan

tingkatan beban 5; 10; 20; 30; 50 dan 120 kg, bahkan untuk pengujian mikro

struktur hanya ditentukan 10 grm, sehingga pengujian kekerasan Vickers cocok

digunakan pada bahan yang keras dan tipis, sedangkan untuk bahan yang lunak

dan tidak homogen seperti besi tuang (cast Iron) Vickers tidak sesuai

untuk digunakan.

5. Pengujian kekerasan dengan sistem Rockwell

Pengujian kekerasan dengan sistem Rockwell ini paling banyak digunakan di

bengkel-bengkel permesinan, karena prosesnya mudah dan cepat memperoleh

angka kekerasan bahan uji, dimana angka kekerasan Rockwell dapat dibaca

langsung dari pesawat uji yang kita gunakan, disamping itu pengujian kekerasana

dengan sisitem Rockwell ini memiliki fungsi pemakaian yang cukup luas sehingga

memungkinkan digunakan pada berbagai jenis dan karakteristik bahan dengan

tersedianya skala kekerasan untuk berbagai aplikasi. Dilihat dari konstruksinya

Mesin uji ini tidak jauh berbeda dengan mesin-mesin yang digunakan oleh Brinell

dan Vickers, bahkan untuk beberapa jenis mesin dibuat dengan fungsi universal

dapat digunakan pada semua pengujian kekerasan dengan cara penekanan

(indentation test), serta dibuat dengan ukuran kecil yang dapat digunakan pada

pengujian kekerasan ditempat dimana produk itu ditempatkan.

Gambar 2.12

Gambar 2.39


Mesin uji kekerasan Rockwell ini paling banyak dihunakan dan dikembangkan

dilaboratorium pengujian logam, memiliki tingkat akurasi yang tinggi dan

distandarkan menurut JIS dan ASTM. Spesifikasi khusus dari mesin ini penetrasi

diberikan dengan pembebanan kecil/ringan.

Mesin uji kekerasan ini selanjutnya dikembangkan dengan pengukuran secara

digital, sistem kerjanya masih menggunakan prinsip yang sama namun angka

kekerasan dari hasil pengujian ditunjukkan dengan angka yang lebih jelas.

Prinsip dasar penentuan kekerasan yang dilakukan dalam pengujian Kekerasan

Rockwell ini berbeda dengan yang dilakukan oleh Brinell dan Vickers, jika dalam

pengujian kekerasan Brinell dan Vickers menentukan kekerasannya dengan

melihat seberapa jauh bahan tersebut dapat menahan beban yang diberikan pada

Gambar 2.40

Gambar 2.41


setiap satuan luas penampang (mm2) bidang benda uji (test piece) yang kita

lakukan. Sedangkan pada pengujian kekerasan sistem Rockwell ini

angka kekerasan bahan ini ditentukan oleh kedalaman masuknya

indentor kedalam bahan akibat penekanan dengan besaran beban tertentu

yang kita berikan.

Pengujian kekerasan dengan sistem Rockwell ini menggunakan dua jenis indentor

(alat penekan), yaitu Indentor yang dibuat dari bahan intan dibentuk kerucut

dengan sudut penekan 1200 dan Indentor dari bentuk bola dengan berbagai

ukuran untuk berbagai skala kekerasan dan aplikasi.

Oleh keran itu pengujian kekerasan Rockwell ini dibedakan menjadi 2 jenis

berdasarkan pemakaian indentornya, yaitu :

1. Rockwell cone ialah pengujian kekerasan dengan sistem Rockwell yang

menggunakan indentor Kerucut bersudut intan 1200.

2. Rockwell ball ialah pengujian kekerasan dengan sistem Rockwell yang

menggunakan indentor Bola baja dengan berbagai ukuran untuk berbagai aplikasi.

Gambar berikut memperlihatkan prilaku penekanan dalam pengujian kekerasan

dengan sistem Rockwell tersebut.

Gambar 2.42

Gambar 2.43


Gambar 2.44

Gambar 2.45


Pada gambar terlihat bahwa skala ukur kekerasan dibedakan dari warnanya

dimana untuk Rockwell Cone atau Rockwell yang menggunakan kerucut intan

1200 menggunakan warna hitam dan untuk Rockwell yang menggunakan bola

baja sebagai indentornya menggunakan warna merah.

Berikut adalah salah satu alat yang digunakan untuk pengujian kekerasan material

yang digunakan di PT. Indospring Tbk :

Gambar 2.46


Gambar 2.47 Mikro Vickers, Type HM, Mitutoyo

6. Mikrostruktur

Sebuah bahan / materi yang berukuran micro yang menggunakan nano

material yang merupakan hasil produk dari komponen – komponen kimia dan

mengalami rekayasa proses industri ( fabrikasi )bahan tersebut. Mikro struktur

bahan akan dapat menentukan sifat kimia, fisika, dan mekanis dari suatu material,

dan karenanya material ini akan menentukan kemampuan rekayasa bahan itu

dalam dunia industri ( rekayasa fabrikasi ) material.

Contohnya :

a. Sebuah campuran besi yang mengandung kecil Ca ( kalsium – 20 ) 0.4 C

b. Sebuah kaca yang mengandung alumina

c. Sebuah lapisan tipis film pada peralatan mikroelektronik yang berbasis pada

pada system Al / Ti N / Ti ( alumunium / titanium, Nitrogen / titanium )

d. Pengamatan mikro struktur dengan SEM & Identifikasi fasa dengan XRD

menunjukkan pengaruh aditif CaO dan suhu sintering terhadap mikro struktur

keramik PSZ ( partially Stabilized Zirconia )

e. Kekerasan mikrostruktur dan termalnya pengaruh komposisi Zr ( zirconium )

pada pembuatan bahan baker U2Zr3 ( uranium ( III ) zirconium ( II ) )

Berikut adalah gambar alat yang digunakan dalam pengujian mikrostruktur Di

PT. Indospring Tbk. Gresik :

Gambar 2.48 Mikrostruktur scope, Type GX 51, Olympus

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metode penelitian merupakan gambaran mengenai langkah – langkah

penelitian yang sistimatik, sehingga akan memudahkan dalam melaksanakan

penelitian. Kerangka penelitian ini merupakan suatu proses yang terdiri dari tahap

– tahap yang saling terkait antara satu tahap dengan yang lainnya. Penyajian

urutan dalam melakukan penelitian dimulai dari awal yaitu mengangkat

permasalahan hingga penarikan kesimpulan.

A. Tempat dan waktu penelitian.

Penelitian dilakukan di Departemen Inspeksi Teknik PT. Indospring Tbk Gresik

dan waktu pengambilan data dimulai dari 1 Maret 2012

B. Pengumpulan data.

Data yang diperoleh untuk penelitian ini adalah data sekunder berupa laporan

resmi Departement Inspeksi Teknik dan data pengamatan secara visual diplant.

Data yang dikumpulkan meliputi :

1. Data proses ( Temperatur dapur, Cycle time, Holding time, Temperatur oil

quenching, Lama pendinginan, temperatur Temper, Lama waktu tamper )

2. Data Hasil pengujian hardness pada material

3. Data hasil pengujian Mikrostruktur pada material

C. Diagram Alir Peneliti

Gambar 3.1 Diagram alir proses penelitian

Material Baja SAE 9254

Pengujian Awal

Kekerasan ( vickers )

Metallografi / Microstructure

Proses Perlakuan panas

Pemanasan 900°C

Cycle time 16, 21, 26 detik

Temperatur Quenching max 80°C

Temperatur Tempering 450°C

Lama tempering 45 menit

Diameter material 10.9, 12.4, 17 mm

Pengujian Spesimen

Hardness ( Vickers )

Metallografi / Mikrostruktur

Analisa Data Hasil Pengujian

Kesimpulan

Mulai

Selesai

Tahap

pengumpulan

dan

pengolahan

data

Tahap

identifikasi

Tahap pembuatan

saran dan

kesimpulan

Pengujian dilakukan dengan membandingkan kekerasan dan struktur

mikro material pegas (SAE9254) dari supplier yang sama dan dengan cycle time,

diameter yang berbeda.

Setiap nilai kekerasan yang dicari dan uji metallography dilakukan mula-

mula pada kondisi raw material, after quenching dan after temper. Total terdapat

18 specimen dari raw material yang terdiri atas 6 spesimen dengan diameter 10.9

mm, 6 spesimen dengan diameter 12.4 mm dan 6 spesimen dengan diameter

17mm, dengan supplier yang sama.

Tahap-tahap pengujian :

1. Setiap sampel raw material diuji kekerasan, vickres,dan struktur

mikronya.

2. Riset 1. Material diameter 10.9, 12.4 dan 17 mm masing - masing 2 pcs

dimasukkan kedalam heating furnace dengan temperatur 900C, dangan

cycle time 16 detik, dilanjutkan dengan proses quenching

3. Riset 2. Material 10.9, 12.4 dan 17 mm masing - masing 2 pcs



4. Riset 3. Material 10.9, 12.4 dan 17 mm masing - masing 2 pcs



5. Sampel after quenching diameter 10.9, 12.4 dan 17 mm dari Riset 1, 2, 3

diambil masing – masing 1 pcs, kemudian diuji kekerasan vckers dan

mikro struktur sebagai spesimen after Quenching

6. Sampel after quenching kemudian dilanjutkan keproses temper dengan

suhu 450C selama 45 menit

7. Sampel after temper diameter 10.9, 12.4 dan 17 mm dari Reset 1, 2, 3,

kemudian diuji kekerasan vckers dan mikrostruktur sebagai spesimen

after temper

8. Setelah didapat data strukturmikro dan sifat mekanis material dari riset

yang dilakukan, maka dapat dibuat dasar untuk menentukan acuan cycle

time pada proses furnace, dan selanjutnya dapat dipakai dalam membuat

kesimpulan

BAB IV

PERCOBAAN DAN ANALISA HASIL

A. Pengerjaan percobaan pada material

Pengerjaan yang dilakukan adalah memanakan material ( 10.9, 12.3, 17mm )

sampai temperatur 900°C, dengan cycle time yang sudah ditentukan ( 16, 18, 26

detik ), kemudian didinginkan secara cepat dengan oil quenching dan kemudian

ditempering dengan dengan suhu 450°C dengan waktu 45 menit, material yang

dipakai percobaan adalah SAE 9254 supplier SAMWON STEEL. Percobaan dan

pengujian dikerjakan di PT. Indospring Tbk. Mulai tanggal 1 April 2012.

Sebelum melakukan proses heat treatment pada material, tentunya kita harus

mengetahui chemical composition material yang akan digunakan ( SAE 9254 ).

Chemical composition material SAE9254

C Si Mn P S Cr

% % % % % %

Standart Min 0.51 1.20 0.60 - - -

Standart Max 0.59 1.60 0.80 0.035 0.40 0.80

Material

10.9 mm 0.55 1.36 0.66 0.020 0.007 0.70

12.3 mm 0.54 1.53 0.71 0.012 0.005 0.69

17 mm 0.54 1.50 0.71 0.011 0.002 0.69

Chemical composition

Tabe 4.1 Chemical composition materil SAE 9254

Percobaan 1 ( Cycle time 26 detik )

Masukan material ( 10.9, 12.3, 17mm ) kedalam heating furnace dengan

setting cycle time 26 detik, masing-masing 2 pcs, kemudian material

dicoilling/dibentuk, lalu didinginkan cepat dengan oil quenching dan kemudian

ditempering. Ambil spring after quenching masing-masing satu tiap diameter dan

spring after tempering masing-masing satu tiap diameter. Potong spring hasil

treatment untuk dilakukan pengujian.















Setelah dilakukan pecobaan didapat hasil sebagai berikut :

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 836,9 538,8

2 0,200 821,4 541,5

3 0,300 830,8 559,1

4 0,400 836,7 543,2

5 0,500 819,2 548,2

6 0,600 810,3 543,6

7 2,100 823,6 546,5

8 3,600 841,5 541,3

9 4,100 828,3 517,8

10 5,600 832,5 540,3

11 6,100 844,3 527,3

12 7,600 811,1 534,6

13 8,100 857,0 519,1

14 8,800 856,4 525,3

15 8,900 854,1 558,9

16 9,000 860,2 539,1

17 9,100 834,4 547,8

18 9,200 852,3 558,5

19 9,300 840,9 558,3

20 9,400 841,2 526,9

Min. 613 HV 440 - 527 HV

OK NG

Standard

Judgment

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 845,4 574,1

2 0,200 849,2 542,7

3 0,300 834,7 547,3

4 0,400 843,2 557,4

5 0,500 839,2 546,8

6 0,600 859,9 554,6

7 2,100 844,6 557,7

8 3,600 859,9 533,1

9 4,100 850,3 563,5

10 5,600 848,0 557,8

11 6,100 830,0 542,4

12 7,600 838,6 539,2

13 8,100 862,2 547,4

14 8,800 880,5 543,0

15 8,900 865,2 561,1

16 9,000 864,9 558,1

17 9,100 868,2 564,8

18 9,200 885,3 565,2

19 9,300 868,8 535,1

20 9,400 870,5 556,8

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK NG

Standard

Judgment

Tabel 4.2 Hasil hardness diameter 17mm, Tabel 4.3 Hasil hardness diameter 12.3mm,

Cycle time 26 detik Cycle time 26 detik

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,500 880,2 593,6

2 1,000 901,8 568,5

3 1,500 864,0 588,6

4 2,000 867,0 597,0

5 2,500 882,0 599,7

6 3,000 894,6 576,3

7 3,500 882,4 596,8

8 4,000 900,1 582,2

9 4,500 891,7 588,6

10 5,000 885,4 566,0

11 5,500 897,1 578,4

12 6,000 886,7 573,4

13 6,500 869,2 595,8

14 7,000 898,7 564,8

15 7,500 874,9 583,6

16 8,000 880,0 584,6

17 8,500 900,2 574,1

18 9,000 873,5 566,3

19 9,500 866,4 580,9

20 10,000 903,0 562,6

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK NG

Standard

Judgment

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 778,8 511,3

2 0,200 779,3 516,7

3 0,300 783,1 508,3

4 0,400 772,3 507,2

5 0,500 769,2 513,8

6 0,600 775,5 504,8

7 2,100 780,2 516,1

8 3,600 774,1 502,3

9 4,100 771,3 517,4

10 5,600 768,4 515,5

11 6,100 784,3 509,7

12 7,600 770,2 514,7

13 8,100 768,1 511,3

14 8,800 773,3 508,3

15 8,900 780,1 517,6

16 9,000 772,3 518,3

17 9,100 769,3 511,4

18 9,200 768,1 508,3

19 9,300 772,4 505,7

20 9,400 776,4 513,2

Min. 613 HV 440 - 527 HV

OK OK

Standard

Judgment

Tabel 4.4 Hasil hardness diameter 10.9mm, Tabel 4.5 Hasil hardness diameter 17mm,


No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 744,5 526,9

2 0,200 756,2 532,1

3 0,300 752,4 518,4

4 0,400 749,5 542,1

5 0,500 759,3 538,1

6 0,600 751,6 537,8

7 2,100 750,9 529,9

8 3,600 741,3 524,3

9 4,100 765,2 534,2

10 5,600 762,3 531,7

11 6,100 758,8 523,7

12 7,600 768,1 529,8

13 8,100 745,7 541,2

14 8,800 750,6 526,6

15 8,900 753,4 530,4

16 9,000 755,4 523,7

17 9,100 762,4 534,5

18 9,200 764,7 536,9

19 9,300 755,8 519,8

20 9,400 768,2 521,2

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK OK

Standard

Judgment

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,500 725,2 530,8

2 1,000 731,8 522,7

3 1,500 718,8 519,3

4 2,000 735,2 533,0

5 2,500 722,4 541,8

6 3,000 712,1 544.2

7 3,500 726,7 537,2

8 4,000 711,9 529,4

9 4,500 728,5 545.4

10 5,000 738,7 540.7

11 5,500 727,1 524,9

12 6,000 733,0 521,8

13 6,500 720,7 524,4

14 7,000 719,3 537,1

15 7,500 729,2 538,6

16 8,000 725,6 527,9

17 8,500 730,7 544.7

18 9,000 737,4 546,0

19 9,500 728,4 532,0

20 10,000 740,2 534,5

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK OK

Standard

Judgment

Tabel 4.6 Hasil hardness diameter 12.3mm, Tabel 4.7 Hasil hardness diameter 10.9mm,

Cycle time 18 detik Cycle time I8 detik

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 757,2 502,7

2 0,200 746,5 513,5

3 0,300 772,3 479,9

4 0,400 777,3 494,5

5 0,500 751,3 511,3

6 0,600 772,4 500,6

7 2,100 759,6 510,7

8 3,600 781,9 499,5

9 4,100 770,6 494,6

10 5,600 780,2 504,3

11 6,100 775,4 507,1

12 7,600 769,9 499,5

13 8,100 770,5 498,0

14 8,800 772,4 502,3

15 8,900 766,7 506,1

16 9,000 769,8 499,9

17 9,100 775,3 500,4

18 9,200 771,8 513,4

19 9,300 769,3 511,5

20 9,400 767,7 506,1

Min. 613 HV 440 - 527 HV

OK OK

Standard

Judgment

No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 741,4 518,5

2 0,200 717,3 523,4

3 0,300 728,2 518,5

4 0,400 730,3 540,6

5 0,500 715,6 541,5

6 0,600 701,8 538,4

7 2,100 690,0 533,8

8 3,600 728,7 525,2

9 4,100 751,9 519,0

10 5,600 722,2 530,0

11 6,100 722,0 524,9

12 7,600 737,0 511,5

13 8,100 731,2 517,4

14 8,800 707,7 520,3

15 8,900 721,8 538,5

16 9,000 728,6 521,9

17 9,100 722,3 516,8

18 9,200 723,2 544,5

19 9,300 725,7 519,3

20 9,400 722,3 529,1

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK OK

Standard

Judgment

Tabel 4.8 Hasil hardness diameter 17mm, Tabel 4.9 Hasil hardness diameter 12.3mm,


No. Depth

Sample

After

Quenching

Sample

After

Tempering

1 0,100 718,2 516,2

2 0,200 716,5 521,4

3 0,300 725,5 517,6

4 0,400 724,6 536,6

5 0,500 711,9 540,5

6 0,600 701,8 536,4

7 2,100 691,2 532,8

8 3,600 711,7 525,0

9 4,100 746,7 494,5

10 5,600 720,2 540,1

11 6,100 718,3 522,7

12 7,600 733,1 511,4

13 8,100 728,7 516,4

14 8,800 709,0 520,0

15 8,900 716,3 535,0

16 9,000 726,4 520,3

17 9,100 722,3 514,7

18 9,200 720,7 539,8

19 9,300 725,7 519,3

20 9,400 723,1 527,3

Min. 613 HV 473-546,5 HV

OK OK

Standard

Judgment

Tabel 4.10 Hasil hardness diameter 10.9mm,

Cycle time 16 detik

Dari hasil pengujian distribusi hardness percobaan diatas didapat data, bahwa

data dengan cycle time 26 detik lebih keras dibandingkan dengan cycle time yang

lain, sehingga perlu dilakukan pengujian – pengujian lain untuk mengetahui

secara rinci perubahan sifat – sifat lainnya, sebagai akibat perubahan cycle time.

1. Pengujian sebelum dan sesudah heat treatment ( Raw material, after

quenching dan after temper )

a. Pengujian Microstructure

Pengujian untuk melihat struktur mikro dari material, ( ferrit, pearlit,

martensit, temper martensit ), baik yang belum diproses maupun yang sudah

diproses.

Berikut hasil pengujian mikrostruktur ( Raw mat, After Quench, After temper ) :

Gambar 4.1 Mikrostruktur Raw Material Diameter 10.9 mm

Gambar 4.2 Mikrostruktur Raw Material Diameter 12.3 mm

Gambar 4.3 Mikrostruktur Raw Material Diameter 17 mm

Gambar 4.4 Mikrostruktur After Quenching Diameter 10.9, cycle time 26 detik

Gambar 4.5 Mikrostruktur After Temper Diameter 10.9, cycle time 26 detik



Gambar 4.8 Mikrostruktur After Quenching Diameter 17, cycle time 26 detik

Gambar 4.9 Mikrostruktur After Temper Diameter 17, cycle time 26 detik



b. Pengujian Dekarburisasi

Pengujian untuk mengukur kadar carbon yang terperangkap akibat proses

pemanasan/heat treatmet, baik pada waktu pembuatan material ( proses roll, atau

pada waktu pembuatan coil spring ).

Berikut hasil pengujian dekarburisasi ( Raw mat, After Quench, After temper ) :

No. 10,9 mm 12,3 mm 17 mm

1 0,03 0,02 0,03

2 0,00 0,01 0,02

3 0,02 0,00 0,01

4 0,02 0,00 0,02

5 0,01 0,01 0,00

6 0,00 0,02 0,00

7 0,00 0,02 0,01

8 0,01 0,00 0,03

9 0,02 0,01 0,02

10 0,01 0,00 0,02

11 0,00 0,00 0,01

12 0,02 0,10 0,03

Standard

Judgment OK OK OK

Max. 0.10 mm

Photo 3. Microstructur CS. Microstructur CS

02 mm0,03 mm

Tabel 4.11 Hasil Dekarburisasi raw material ( 10.9, 12.3, 17mm )

Gambar 4.22 Hasil Dekarburisasi Raw Material Diameter 10.9mm

Gambar 4.23 Hasil Dekarburisasi Raw Material Diameter 12.3mm

Gambar 4.24 Hasil Dekarburisasi Raw Material Diameter 17mm

No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,07

0,08

0,05

Max. 0.10 mm

OK

0,09

0,07

0,05

0,06

0,09

0,08

Sample 1

0,08

0,06

0,07

Photo 3. Decarburisasi AT

Photo 1. Microstructur AS

0,09 mm

Tabel 4.12 Hasil 12 Titik Gambar 4.25 Foto Dekarburisasi tertinggi pada

Dekarburisasi Diameter 10.9mm, cycle time 26”




Dekarburisasi Diameter 17mm, cycle time 26”

No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,60

0,06

0,03

Max. 0.10 mm

OK

0,60

0,04

0,04

0,06

0,04

0,05

Sample 1

0,05

0,06

0,04



0,06 mm



No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,04

0,04

0,05

Max. 0.10 mm

OK

0,07

0,04

0,05

0,05

0,06

0,07

Sample 1

0,05

0,06

0,03



0,07 mm



No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,06

0,04

0,03

Max. 0.10 mm

OK

0,07

0,05

0,04

0,05

0,07

0,05

Sample 1

0,03

0,06

0,04



0,07 mm



No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,02

0,03

0,03

Max. 0.10 mm

OK

0,06

0,02

0,03

0,03

0,05

0,04

Sample 1

0,03

0,06

0,05



0,06 mm



No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,03

0,02

0,04

Max. 0.10 mm

OK

0,04

0,02

0,03

0,05

0,04

0,03

Sample 1

0,05

0,04

0,05



0,05 mm



No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Standard

Judgment

0,05

0,05

0,06

Max. 0.10 mm

OK

0,07

0,03

0,05

0,04

0,04

0,07

Sample 1

0,06

0,06

0,04



0,07 mm



c. Pengujian Hardness vickers

Pengujian untuk mengukur kekerasan material, baik sebelum proses heat

treatment maupun setelah proses heat treatment.

Berikut ini adalah grafik distribusi hardness hasil percobaan ( Raw mat, After

Quench, After temper ) :

Data Hardness Raw material ( 10.9, 12.3, 17mm )

300,0

350,0

400,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Jumlah Titik Pengukuran

Ha

rdn

es

s

Dia 10.9 mmDia 12.3 mmDia 17 mmMax STD

Gambar 4.34 Grafik Distribusi Hardness Pada Raw Material

Data Hardness After Quench Dia 10.9mm, 16"

718,2

716,5

725,5

724,6

711,9

701,8

691,2

711,7

746,7

720,2

718,3

733,1

728,7

709,0

716,3

726,4

722,3

720,7

725,7

723,1

0100200300400500600700800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Gambar 4.35 Grafik Distribusi Hardness After Quenching ( 10.9mm, 16” )


741,4

717,3

728,2

730,3

715,6

701,8

690,0

728,7

751,9

722,2

722,0

737,0

731,2

707,7

721,8

728,6

722,3

723,2

725,7

722,3

0100200300400500600700800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual


Data Hardness After Quench Dia 17mm, 16"

757,2

746,5

772,3

777,3

751,3

772,4

759,6

781,9

770,6

780,2

775,4

769,9

770,5

772,4

766,7

769,8

775,3

771,8

769,3

767,7

0100200300400500600700800900

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Gambar 4.37 Grafik Distribusi Hardness After Quenching ( 17mm, 16” )


725,2

731,8

718,8

735,2

722,4

712,1

726,7

711,9

728,5

738,7

727,1

733,0

720,7

719,3

729,2

725,6

730,7

737,4

728,4

740,2

0100200300400500600700800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual



744,5

756,2

752,4

749,5

759,3

751,6

750,9

741,3

765,2

762,3

758,8

768,1

745,7

750,6

753,4

755,4

762,4

764,7

755,8

768,2

0100200300400500600700800900

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual



778,8

779,3

783,1

772,3

769,2

775,5

780,2

774,1

771,3

768,4

784,3

770,2

768,1

773,3

780,1

772,3

769,3

768,1

772,4

776,4

0100200300400500600700800900

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual



880,2

901,8

864,0

867,0

882,0

894,6

882,4

900,1

891,7

885,4

897,1

886,7

869,2

898,7

874,9

880,0

900,2

873,5

866,4

903,0

0100200300400500600700800900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual



845,4

849,2

834,7

843,2

839,2

859,9

844,6

859,9

850,3

848,0

830,0

838,6

862,2

880,5

865,2

864,9

868,2

885,3

868,8

870,5

0100200300400500600700800900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual



836,9

821,4

830,8

836,7

819,2

810,3

823,6

841,5

828,3

832,5

844,3

811,1

857,0

856,4

854,1

860,2

834,4

852,3

840,9

841,2

0100200300400500600700800900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual


Data Hardness After Temper Dia 10.9mm, 16"

516,2

521,4

517,6 5

36,6

540,5

536,4

532,8

525,0

494,5

540,1

522,7

511,4

516,4

520,0 535,0

520,3

514,7

539,8

519,3

527,3

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Max STD

Gambar 4.44 Grafik Distribusi Hardness After Temper ( 10.9mm, 16” )


518,5

523,4

518,5540,6

541,5

538,4

533,8

525,2

519,0

530,0

524,9

511,5

517,4

520,3 538,5

521,9

516,8

544,5

519,3

529,1

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual

Max STD


Data Hardness After Temper Dia 17mm, 16"

502,7

513,5

479,9

494,5

511,3

500,6

510,7

499,5

494,6

504,3

507,1

499,5

498,0

502,3

506,1

499,9

500,4

513,4

511,5

506,1

250

300

350

400

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Max STD

Gambar 4.46 Grafik Distribusi Hardness After Temper ( 17mm, 16” )


530,8

522,7

519,3 533,0

541,8

544,2

537,2

529,4 545,4

540,7

524,9

521,8

524,4 537,1

538,6

527,9 544,7

546,0

532,0

534,5

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Max STD



526,9

532,1

518,4

542,1

538,1

537,8

529,9

524,3

534,2

531,7

523,7

529,8

541,2

526,6

530,4

523,7

534,5

536,9

519,8

521,2

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual

Max STD



511,3

516,7

508,3

507,2

513,8

504,8

516,1

502,3

517,4

515,5

509,7

514,7

511,3

508,3

517,6

518,3

511,4

508,3

505,7

513,2

250

300

350

400

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Max STD



593,6

568,5 588,6

597,0

599,7

576,3 596,8

582,2

588,6

566,0

578,4

573,4 5

95,8

564,8 583,6

584,6

574,1

566,3

580,9

562,6

450

500

550

600

650

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rdn

es

s

Min STD

Aktual

Max STD



574,1

542,7

547,3

557,4

546,8

554,6

557,7

533,1

563,5

557,8

542,4

539,2

547,4

543,0 5

61,1

558,1

564,8

565,2

535,1556,8

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual

Max STD



538,8

541,5

559,1

543,2

548,2

543,6

546,5

541,3

517,8

540,3

527,3

534,6

519,1

525,3 558,9

539,1

547,8

558,5

558,3

526,9

250

300

350

400

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Ha

rd

ne

ss

Min STD

Aktual

Max STD


B. Meneliti hasil

Dari data-data hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan adanya

perbedaan nilai hasil kekerasan material dan struktur mikro material,

10.9mm 12.3mm 17mm 10.9mm 12.3mm 17mm 10.9mm 12.3mm 17mm

1 Hardness NG NG NG OK OK OK OK OK OK

2 Mikrostruktur OK OK OK OK OK OK OK OK OK

3 Dekaburasi OK OK OK OK OK OK OK OK OK

JUDGEMENT NG OK OK

No Item Pengujian

Cycle Time 26 Cycle Time 18 Cycle Time 16

Tabel 4.21 Tabel Hasil Pengujian dari Percobaan Terhadap Perbedaan cycle Time

Dapat dlihat bahwa semakin besar cycle time yang dipakai dalam proses

furnace berpengaruh pada kekerasan material. Cycle time 26 detik menyebabkan

kekerasannya tinggi, diatas standart yang ditentukan didalam JIS Handbook

1994, jadi tidak bisa digunakan dalam proses produksi, karena akan beresiko

terjadinya crack pada material. Cycle time 18 detik nilai kekerasannya baik, jadi

bisa digunakan dalam proses produksi. Cycle time 16 detik nilai kekerasannya

baik dan dapat juga digunakan dalam proses produksi. Dan dari hasil data diatas

juga, cycle time 16 detik dapat dijadikan salah satu improvement untuk

meningkatkan produktifitas dalam proses produksi spring coil, yang awalnya

menggunakan cycle time 26 detik untuk diameter 17mm, dan cycle time 18 detik

untuk diameter 12.3mm dan 10.9mm, sekarang dengan cycle time 16 detik dapat

digunakan untuk diameter 10.9mm, 12.3mm, 17mm.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

1. Dari hasil analisa pengaruh variasi diameter material pada proses hetreatment

terhadap sifat mekanis ( hardness ) dan strukturmikro, didapatkan adanya

perbedaan sifat mekanis pada material yang dipanaskan dengan temperatur

900°C dan cycle time yang sama, semakin besar diameter material semakin

tinggi nilai kekerasannya, dan semakin kecil diameter material semakin rendah

nilai kekerasannya. Untuk strukturmikro material tidak ada perbedaan yang

signifikan.

2. Dari hasil analisa pengaruh perbedaan cycle time pada proses heatreatment

terhadap sifat mekanis dan strukturmikro, didapatkan adanya perbedaan sifat

mekanis material yang dipanaskan dengan temperatur 900°C dan cycle time

yang berbeda-beda, semakin besar cycle time yang digunakan semakin tinggi

nilai kekerasannya, dan semakin kecil cycle time yang digunakan semakin

rendah nilai kekerasannya.Untuk strukturmikro material tidak ada perbedaan

yang signifikan.

B. Saran

1. Hasil reset ini dapat diterapkan pada proses produksi, yaitu pada proses heating

furnace, untuk dapat meningkatkan produtivitas dan efisiensi biaya dalam

pembuatan spring coil.

2. Dibuatkan standart operasional prosedur baru, jika hasil resat ini diterapkan

pada proses produksi.

3. Dibentuk tim reset untuk meneliti proses-proses yang ada diproduksi sehingga

dapat menemukan efisiensi-efisiensi lain untuk mendukung visi dan misi

perusahaan.

DAFTAR PUSTAKA

Hardi, WWW. Crayon pedia. Org / Mw / BAB X Pengujian Logam

JIS Handbook,1994. Ferrous Material Dan Metallurgy, Japan.

Metal Hand book Edisi 8,Vol. 7, 1972. Atlas of microstruktures of industrial

alloy,

ASM.

Suratman Rochim, 1994. Paduan Proses Perlakuan Panas, ITB Bandung.

Suherman Wahit, 1999. Ilmu logam II, Jurusan Teknik mesin FTI – ITS.

Suherman Wahit, 1998. Perlakuan panas, Juusan Teknik mesin FTI – ITS,

Surabaya.

Suherman Wahit, Pengetahuan Bahan, ITS Surabaya.

Judul : Pembuatan Spesimen Foto Mikrostruktur dan Dekarburisasi

Tujuan : Untuk mempermudah pengerjaan dalam pengujian material

Lokasi : Laboratorium

1. Persiapan

- Siapkan spesimen yang akan diuji

- Potong spesimen secukupnya dengan micro cut

- Tandai sisi luar/dalam diameter bahan uji

- Jika material terlalu kecil untuk dipegang, lakukan proses mounting pada material

2. Langkah kerja

- Gosok material dengan menggunakan kertas gosok sampai halus

- Siapkan Nital 25% dan Alkohol didalam cawan

- Celupkan spesimen yang sudah halus kedalam nital selama ± 10 detik

- Celupkan spesimen kedalam alkohol

- Keringkan spesimen dengan menggunakan drier proses eticing

Check Point Cara pengecekan Standart

Visual Dapat diliat1. Penandaan sisi luar/dalam

INTRUKSI KERJA

2. Kehalusan permukaan

3. Waktu Eticing

Visual

Direndam

Halus

± 10 detik

Judul : Pengujian Mikrostruktur

Tujuan : Untuk mengetahui struktur mikro material


1. Persiapan Alat

- Siapkan Shoftwere analysis pada mesin microstructure scope

- Siapkan spesimen yang akan diuji ( Anealing atau Martensite )

2. Langkah kerja

- Hidupkan mesin microstructure scope

- Setting lensa keperbesaran 500X

- Letakkan spesimen yang sudah dietsa diatas stage centre plate

- Fokuskan gambar dari spesimen & atur pencahayaannya

- Lihat hasil mikrostruktur material dikomputer

1. Perbesaran lensa Visual 500X

INTRUKSI KERJA


Min 90%2. Mikrostruktur martensit Microsructure scope

Judul : Pengujian Dekaburisasi

Tujuan : Untuk mengetahui kadar karbon yang terperangkap akibat pemanasan


1. Persiapan Alat

- Siapkan Shoftwere analysis pada mesin microstructure scope

- Siapkan spesimen yang akan diuji ( Anealing atau Martensite )

2. Langkah kerja


- Setting lensa keperbesaran 100X

- Letakkan spesimen yang sudah dietsa diatas stage centre plate

- Fokuskan gambar dari spesimen & atur pencahayaannya

- Lihat hasil dekarburisasi material dikomputer

INTRUKSI KERJA


1. Perbesaran lensa Visual 100X

2. Dekarburisasi Microstructure scope Max 0.1mm

Judul : Pembuatan spesimen untuk pengecekan hardness

Tujuan : Untuk mengetahui kekerasan material


1. Persiapan

- Siapkan spesimen yang akan diuji ( Martensite atau temper Martensite )

- Potong spesimen secukupnya dengan micro cut

- Tandai sisi luar/dalam diameter bahan uji

- Jika material terlalu kecil untuk dipegang, lakukan proses mounting pada material

2. Langkah kerja

- Gosok material dengan menggunakan kertas gosok sampai halus

- Haluskan spesimen dengan mesin polishing

INTRUKSI KERJA


1. Penandaan sisi luar/dalam Visual Dapat diliat

2. Kehalusan permukaan Visual Halus

Judul : Pengujian Mikro vickers

Tujuan : Untuk mengetahui kekerasan material


1. Persiapan Alat

- Siapkan block standart

- Siapkan indentor

- Siapkan spesimen yang akan diuji ( Martensite atau temper Martensite )

- Siapkan standart vase

2. Langkah kerja


- Pasang spesimen yang sudah dihaluskan ke cross travel stage

- Setting kelensa objektif, fokuskan kemudian zerro setting

- Setting kelensa indentor kemudian start/mulai pengetesan

- Ukur besar bekas injakan bagian kanan-kiri & atas-bawah

- Baca hasil pengukuran pada indikator HV pada operation panel

2. Kekerasan material temper

martensite

INTRUKSI KERJA


1. Kekerasan material martensite Micro vickers Min 613 HV

Micro vickers 440 - 527 HV

ANALISA STRUKTUR MICRO DAN SIFAT MEKANIS · PDF fileDekan Fakultas Teknik Ketua Prodi Teknik...

Documents

Transcript of ANALISA STRUKTUR MICRO DAN SIFAT MEKANIS · PDF fileDekan Fakultas Teknik Ketua Prodi Teknik...