BAB III percobaan dan hasil percobaan - · PDF fileSistem yang digunakan adalah Vickers....

BAB III Percobaan dan Hasil Percobaan 47

BAB III

PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

Percobaan ini dilakukan untuk mendapatkan data energi impak dan kekerasan pada

baja AISI H13 yang diberi perlakuan panas hardening dan tempering. Berdasarkan

data tersebut kemudian diamati pengaruh beberapa variabel perlakuan panas

(temperatur austenitisasi, temperatur tempering, dan jumlah tempering) terhadap

ketangguhan dan kekerasan baja. Selain itu juga dilakukan pengamatan terhadap

kondisi struktur mikro untuk mempelajari mekanisme dan faktor-faktor yang

menyebabkan terjadinya perubahan energi impak dan kekerasan pada setiap variabel

tersebut.

Sampel untuk uji impak yang berjumlah 18 sampel dipotong sesuai dengan standar

ASTM E 23 dengan ukuran 55 mm x 10 mm x 10 mm. Sembilan buah sampel akan

ditemper sebanyak satu kali (single tempering) sedangkan sembilan sampel lainnya

ditemper hingga tiga kali (triple tempering). Sampel untuk uji kekerasan dan

pengamatan struktur mikro yang berjumlah 21 sampel dipotong dengan ukuran 10

mm x 10 mm x 7 mm. Tiga buah sampel hanya diberi perlakuan hardening untuk

mengamati struktur mikro dan kekerasan baja tanpa tempering dan sisanya diberi

perlakuan hardening dan tempering dengan variasi temperatur austenitisasi,

temperatur tempering, dan jumlah tempering. Prosedur percobaan secara keseluruhan

dapat dilihat pada gambar 3.1.

3.1 MATERIAL UJI

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja Bohler W302 (AISI H13)

berbentuk pelat yang diperoleh dari salah satu perusahaan pembuat baja Jerman,

yakni Bohler. Baja ini diproduksi dalam kondisi annealed.

Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Bohler W302 (5)

Unsur Pemadu C Si Mn Cr Mo V

Komposisi (% berat) 0.39 1.1 0.4 5.2 1.4 0.95

Tabel 3.2 Sifat Fisik Baja Bohler W302 (5)

Temperatur (20 oC)

(500 oC)

(600 oC)

Densitas (kg/dm3)

7.8 7.64 7.6

Koefisien Termal Ekspansi Tempering temperatur tinggi

Per oF dari 68 oF Per oC dari 20 oC

-

12.9 x 10-6

13 x 10-6

Konduktivitas Termal W/m.K (hardened dan tempered)

-

27.7

27.5

Modulus Elastisitas N/mm2

215000

176000

165000

Specific Heat (J/kg.K) 460 550 590

Tabel 3.3 Perbandingan Sifat Mekanik Baja Bohler W302 Terhadap Beberapa

Baja Perkakas Pengerjaan Panas Lainnya (17)


Austenitisasi Austenitisasi Austenitisasi (13 Sampel, 6 UI+7 UK) (13 Sampel, 6 UI+7 UK) (13 Sampel, 6 UI+7 UK)

T = 1020o C T = 1050o C T = 1080o C t = 30 menit t = 30 menit t = 30 menit

Air Cooling

Single Tempering Single Tempering Single Tempering (12 Sampel, 6 UI + 6UK) (12 Sampel, 6 UI + 3UK) (12 Sampel, 6 UI + 6 UK)

T = 540o C T = 590o C T = 620o C t = 2 jam t = 2 jam t = 2 jam

Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan

Triple Tempering (6 Sampel, 3 UI + 3UK)

T = 540o C t = 2 jam


T = 590o C t = 2 jam


T = 620o C t = 2 jam

Uji Kekerasan, Uji Impak & Pengamatan Struktur Mikro

(6 Sampel, 3 UI + 3UK)

Uji Kekerasan, Uji Impak & Pengamatan Struktur Mikro

(6 Sampel, 3 UI + 3UK)

Air Cooling Air Cooling Air Cooling

Pendinginan Udara Hingga Temperatur Kamar

Double Tempering Double Tempering Double Tempering

Air Cooling Air Cooling Air Cooling

Baja Perkakas Bohler W302 (AISI H13): 55 mm x 10 mm x 10 mmj (Uji Impak (UI), 18 sampel)

10 mm x 10 mm x 7 mm (Uji kekerasan (UK), 21 sampel)

Uji Impak (9 Sampel) Uji Kekerasan (9 sampel) Pengamatan Struktur Mikro


3.2 PERLAKUAN PANAS BAJA PERKAKAS AISI H13

3.2.1 Hardening

Hardening dilakukan dengan tujuan untuk memperkeras baja AISI H13 karena

baja tersebut diperoleh pada kondisi annealed, yaitu kondisi baja paling lunak.

Pada penelitian ini hardening dilakukan pada tiga temperatur austenitisasi yang

berbeda, yaitu 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC.

Austenitisasi dilakukan dengan cara memanaskan baja dari temperatur kamar

hingga temperatur austenitisasi. Waktu tahan (soaking time) pada temperatur

austenitisasi adalah 30 menit. Untuk menghindari terjadinya retakan akibat

thermal shock maka proses austenitisasi dilakukan melalui beberapa tahap

pemanasan awal (pre-heating). Selain untuk menghindari terjadinya retakan

akibat thermal shock, pre-heating juga berguna untuk memperpanjang masa pakai

tanur. Pada percobaan ini pre-heating dilakukan dalam empat tahap, masing-

masing pada temperatur 200 oC , 400 oC , 600 oC, dan 850 oC (17). Pada temperatur

200 oC dan 400 oC baja ditahan selama 10 menit sedangkan pada temperatur 600 oC dan 850 oC baja ditahan selama 15 menit.

Setelah proses austenitisasi selesai, baja kemudian didinginkan dengan air

cooling, yaitu dengan mengeluarkan sampel dari dalam tanur dan

mendinginkannya pada temperatur kamar. Teknik hardening seperti ini

merupakan teknik standar yang umum dilakukan untuk memperkeras baja

perkakas AISI H13.

Alat yang digunakan untuk memanaskan baja hingga mencapai temperatur

austenitisasi adalah tube furnace. Untuk menghindari terjadinya karburisasi

selama proses hardening, tube furnace dihubungkan dengan tabung gas argon.

Gas argon dialirkan dengan laju rata-rata aliran gas sekitar 5 mL/menit. Hal ini

dapat dilihat pada gambar 3.2.


Seluruh sampel untuk uji impak dan uji kekerasan dimasukkan ke dalam tanur

pada temperatur kamar kemudian sedikit demi sedikit temperatur dinaikkan.

Temperatur yang ingin dicapai pertama kali adalah 200 oC. Pada temperatur ini

baja ditahan selama sekitar 10 menit. Kemudian baja dipanaskan hingga 400 oC

dan ditahan selama 10 menit. Pada temperatur 600 oC dan 850 oC baja ditahan

lebih lama, yakni 15 menit. Hal ini dilakukan dilakukan untuk memastikan

seluruh panas terdistribusi merata ke seluruh baja.

Setelah pre-heating selesai, tahap selanjutnya adalah austenitisasi. Baja yang telah

dipanaskan sampai temperatur 850 oC lalu dipanaskan lagi hingga temperatur

austenitisasi, yakni 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC. Pada temperatur ini baja

ditahan selama 30 menit. Selama proses pre-heating dan austenitisasi gas argon

tetap dialirkan. Tahap terakhir adalah air cooling, yaitu pengeluaran baja dari

tanur dan mendinginkannya pada udara hingga temperatur kamar. Pendinginan

udara ini dilakukan dengan bantuan kipas angin agar proses pendinginan

berlangsung lebih cepat.

Gambar 3.2 Tube Furnace

Gambar 3.3 memperlihatkan secara skematik tahapan proses hardening pada baja

perkakas AISI H13 yang dilakukan pada percobaan ini. Variasi proses hardening

dapat dilihat pada tabel 3.4.


Tabel 3.4 Variasi Temperatur Hardening

Temperatur

Austenitisasi

Waktu Tahan Pendinginan

1020 oC 30 menit Air Cooling



T

30’ 1020 15’ 850 15’ 600 10’ 400 10’ 200 25 10’

t

Gambar 3.3 Skema Proses Pengerasan

3.2.2 Tempering

Tabel 3.5 memperlihatkan variasi perlakuan panas tempering pada percobaan ini.

Tabel 3.5 Variasi Temperatur dan Jumlah Tempering

Temperatur Tempering

Jumlah Tempering

Waktu Tahan (Soaking Time)

Pendinginan

Single 2 jam Air Cooling 540 oC Triple 2 jam Air Cooling Single 2 jam Air Cooling 590 oC Triple 2 jam Air Cooling Single 2 jam Air Cooling 620 oC Triple 2 jam Air Cooling


Pada percobaan ini seluruh sampel uji impak yang berjumlah 18 sampel diberi

perlakuan panas tempering dengan variasi temperatur dan jumlah tempering

(single dan triple tempering). Sembilan sampel ditemper sebanyak satu kali

sedangkan sembilan sampel lainnya ditemper sebanyak tiga kali dengan waktu

tahan selama dua jam untuk setiap tahap tempering. Sampel untuk uji kekerasan

dan pengamatan struktur mikro yang berjumlah 21 buah juga diberi perlakuan

panas yang sama dengan sampel uji impak. Tiga buah sampel hanya diberi

perlakuan hardening saja untuk melihat struktur mikro dan kekerasan baja setelah

pengerasan.

Tempering dilakukan pada muffle furnace dengan kondisi udara terbuka. Gambar

3.4 memperlihatkan alat yang digunakan untuk melakukan tempering.

Gambar 3.4 Muffle Furnace

Untuk lebih jelasnya, proses hardening dan tempering secara keseluruhan

disajikan pada tabel 3.6.


Tabel 3.6 Parameter Perlakuan Panas Hardening dan Tempering

Taustenitisasi Ttempering Jumlah Tempering

Single (Sampel 1)

540 oC Triple (Sampel 2)

Single (Sampel 3)

593 oC

Triple (Sampel 4)

Single (Sampel 5)

1020 oC

(Sampel Nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6 )

620 oC

Triple (Sampel 6)

Single (Sampel 7)

540 oC

Triple (Sampel 8)

Single (Sampel 9)

593 oC

Triple (Sampel 10)

Single (Sampel 11)

1050 oC

(Sampel Nomor 7, 8, 9, 10, 11,

12)

620 oC

Triple (Sampel 12)

Single (Sampel 13)

540 oC

Triple (Sampel 14)

Single (Sampel 15)

593 oC

Triple (Sampel 16)

Single (Sampel 17)

1080 oC

(Sampel Nomor 13, 14, 15, 16,

17, 18)

620 oC

Triple (Sampel 18)


3.3 PENGUJIAN KETANGGUHAN

3.3.1 Prosedur Percobaan

Jumlah sampel yang digunakan untuk pengujian ketangguhan adalah 18 buah

sampel. Sampel-sampel tersebut diperoleh dari baja perkakas yang berbentuk

pelat dengan ukuran 300 mm x 150 mm x 30 mm. Pelat ini kemudian dipotong

menjadi 18 buah sampel berukuran 55 mm x 10 mm x 10 mm dengan jari-jari

takikan (notch) sebesar 2,5 mm (gambar 3.5). Semua sampel tersebut kemudian

diaustenitisasi pada temperatur 1020 oC, 1050 oC, dan 1080 oC dan kemudian

didinginkan melalui pendinginan udara. Setelah didinginkan sembilan buah

sampel kemudian ditemper sebanyak satu kali sedangkan sisanya ditemper

sebanyak tiga kali pada temperatur 540 oC, 590 oC, dan 620 oC.

Takikan (Notch)

Gambar 3.5 Spesimen Untuk Uji Impak

Pengujian ketangguhan dilakukan pada temperatur kamar dengan menggunakan

mesin uji Charpy Impact Karl Frank GMBH di B4T Bandung. Kapasitas

maksimum mesin ini adalah 48 ft-lb. Prosedur dan mesin yang digunakan untuk

melakukan pengujian ketangguhan ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.


Gambar 3.6 Mesin Uji Charpy Impact Karl Frank GMBH

Gambar 3.7 Mekanisme Uji Impak Charpy


3.3.2 Hasil Percobaan

Hasil pengujian ketangguhan pada setiap variabel perlakuan panas dapat dilihat

pada tabel 34 dibawah ini.

Tabel 3.7 Hasil Uji Impak

Taustenitisasi Ttempering Jumlah Tempering

Energi Impak (kgf-m)

Energi Impak (Joule)

Single

1,4 13,73

540 oC Triple

1,8 17,65

Single

2,0 19,61

593 oC Triple

3,6 35,30

Single

3,1 30,40

1020 oC

620 oC Triple

4,5 44,13

Single 0,8 7,85

540 oC Triple

1,4 13,73

Single 2,0 19,61

593 oC Triple

2,9 28,44

Single 3,0 29,42

1050 oC

620 oC Triple

3,7 36,28

Single 0,4 3,92

540 oC Triple

0,7 6,86

Single 0,5 4,90 593 oC

Triple

0,9 8,83

Single 0,8 7,85

1080 oC

620 oC

Triple

1,4 13,73


3.4 PENGUJIAN KEKERASAN

3.4.1 Prinsip Pengujian

Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat Leco Micro Hardness

Tester. Sistem yang digunakan adalah Vickers. Indentor yang digunakan adalah

intan berbentuk prisma dengan sudut 136o (Gambar 3.9). Indentor dengan beban

statik sebesar 300 GramForce ditekankan pada permukaan material yang diuji

selama 10 detik.

Pengujian dilakukan di tiga titik yaitu satu buah di tengah dan dua buah di pinggir

(seperti pada gambar 3.10) kemudian hasilnya dirata-ratakan. Hal ini dilakukan

untuk mendapatkan data yang akurat. Gambar 3.8 merupakan gambar alat yang

digunakan untuk menentukan besarnya kekerasan. Pada Gambar 3.9 diperlihatkan

secara skematik bagaimana prinsip indentasi dan perhitungan kekerasan

berdasarkan Vickers.

Gambar 3.8 Leco Micro Hardness Tester


d1 d2

¼ d√2 ½ d√2

permukaan logam uji

136o 68o (d√2)/(4

sin68o)

Gambar 3.9 Model Pengujian Kekerasan Vickers

1

2

3

Gambar 3.10 Posisi Titik-Titik Pengujian Kekerasan

Catatan :

d = (d1 + d2) / 2 (3.1)


Persamaan yang digunakan dalam menghitung kekerasan adalah Persamaan 3.2.

Persamaan 3.2 diperoleh dengan penurunan seperti yang ditunjukkan pada

persamaan selanjutnya yaitu Persamaan 3.3 hingga 3.7.

2dP854,1HV = (3.2)

HV : kekerasan (HVN)

P : berat beban (kg)

d : panjang jejak (mm)

HV = 0,102 F / A = P / A (3.3)

A = 4 A’ = 4 kali luas bagian prisma (3.4)

A’ = ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

068sin42d

212d

21 (3.5)

A = 0

2

68sin2d =

854,1d2 (3.6)

2854,1

d dP854,1P

APHV 2 === (3.7)

Hasil uji kekerasan yang masih dalam sistem Vickers (HVN) kemudian

dikonversikan ke dalam sistem Rockwell C (HRC). Caranya adalah dengan cara

meregresikan data yang tersedia dari dua sistem pengukuran kekerasan, Vickers

dan Rockwell C. Untuk lebih jelasnya mengenai hal ini dapat dilihat pada

lampiran a.

3.4.2 Hasil Percobaan Hasil pengujian kekerasan pada setiap variabel perlakuan panas disajikan pada

lampiran b.


3.5 FOTO STRUKTUR MIKRO

3.5.1 Preparasi dan Prosedur Percobaan Sampel dipreparasi dengan teknik metalografi standar yaitu dengan cara

mengamplasnya dari grit 100 hingga 2000 kemudian dipoles dengan mesin poles

mekanik menggunakan serbuk alumina. Selama proses pengamplasan dan

pemolesan kondisi permukaan dipantau dengan mikroskop optik (Gambar 3.11)

untuk menghindari overpolishing yang justru akan membuat permukaan tidak

rata.

Sampel yang telah halus permukaannya kemudian dietsa dengan larutan nital 5%

yaitu campuran larutan HNO3 5% dan larutan etanol 95% sebagai pelarutnya.

Sampel kemudian dicelupkan ke dalam larutan nital selama sekitar 1 hingga 2

menit.

Sampel yang telah di etsa kemudian diamati kembali dengan mikroskop optik.

Jika hasil pengamatan bagus, artinya struktur mikronya dapat terlihat dengan baik,

selanjutnya diambil foto struktur mikro dengan perbesaran 300X, 500X, dan

600X.

Gambar 3.11 Mikroskop Optik Gambar 3.12 Mesin Poles Mekanik


3.5.2 Hasil Percobaan

Gambar 3.13 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050oC, Tanpa Tempering.

600X

Gambar 3.14 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080oC, Tanpa Tempering.

600X


Gambar 3.15 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1020oC dan Single

Tempering 540oC. 600X










Gambar 3.23 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1020oC dan Triple







Gambar 3.29 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050 oC, Tanpa Tempering.

300X


Gambar 3.30 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080oC, Single Tempering

620oC. 500X.

Gambar 3.31 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1050 oC dan Single

Tempering 540 oC. 300X

Gambar 3.32 Foto Struktur Mikro Sampel Hardening 1080 oC dan Single



BAB III percobaan dan hasil percobaan - · PDF fileSistem yang digunakan adalah Vickers....

Documents

Transcript of BAB III percobaan dan hasil percobaan - · PDF fileSistem yang digunakan adalah Vickers....