BAB I

PENDAHULUAN

A. Dasar-Dasar Konsep Metalografi

Metalografi menyatakan struktur dari metal dan memegang

peranan penting untuk memahami lebih jauh hubungan antara

struktur dan sifat-sifat dari baja. Dengan bantuan peralatan modern

seperti SEM (Scanning Electron Microscope), TEM, Mikroskop Optik,

Mikroskop Digital dan peralatan pengamatan struktur mikro lainnya,

kemungkinan dapat menentukan struktur mikro lebih jauh, hal ini

telah dilakukan kira-kira 20 tahun yang lalu.

Untuk memahami proses perlakuan panas, diperlukan

pengetahuan keseimbangan fasa dan transformasi fasa. Dalam hal ini

karena sebagian besar produk yang dihasilkan dunia adalah ferro,

maka pada pemahaman disini dimulai dari transformasi fasa dari

ferro itu sendiri.

1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi

Pada pemanasan dari besi murni pada temperature ruang

akan memperlihatkan dua jenis allotropic yang berbeda. Ketika

besi dipanaskan berubah dari satu bentuk fase ke-bentuk fase

yang lain selama proses pemanasan dan temperatur konstan

terhadap waktu maka disebut dengan panas laten.

Apabila suatu sampel besi dipanaskan pada kondisi tunak

dengan temperatur terus meningkat, ketika suhu tertahan maka

transformasi dimulai, temperatur akan kembali konstan sampai

transformasi lengkap. Begitu juga ketika dilakukan pendinginan

akan mengalami sifat yang hampir sama pada pemanasan.

Dua bentuk allotropic yang terjadi yaitu fase ferrit dan

austenite dan diantara daerahnya stabil. Transformasi pemanasan

dan pendinginan yang dilalui pada besi murni seperti terlihat pada

gambar 1 di bawah ini.

1

Dimana :A = Arreter/delay (Penundaan)C = Chaufer/heating (Pemanasan) r = Refoirder/cooling (Pendinginan)

Gambar 1: Pemanasan dan Pendinginan Besi Murni

Ferrit stabil di bawah temperatur 9110C, pada temperatur

13920C atau titik melting fase yang terbentuk adalah α – iron dan δ

– iron. Austenite ditandai dengan γ – iron stabil antara temperatur

9110C sampai 13920C, besi bersifat ferromagnetic pada temperatur

ruang. Sifat magnetik berkurang dengan meningkatnya

temperatur dan menghilan pada temperatur 7690C pada titik

Curie.

2

Atom-atom dibentuk pada bentuk anguler tiga dimensi yang

disebut dengan struktur kristal. Pada besi digambarkan (gambar 2)

sebagai bentuk kubik yang tertumpuk atom-atom pada sudut sisi-

sisinya, sehingga pada satu kubus terdapat 8 atom pada masing-

masing sudut sisinya yang saling bertumpuk dengan kubus

lainnya, ini disebut dengan unit sel. Ferrit, disamping memiliki

atom-atom pada sudut sisi-sisinya juga memiliki atom lain pada

inter sisi dari diagonal body kubus atau yang disebut dengan Body

Centre Cubic Lattice (BCC). Panjang sisi dari unit sel kubus

tersebut adalah 2,87 Angstrong = 10-10m. Austenite memiliki sel

satuan Face Centre Cubic Lattice (FCC) dengan panjang sisi 3,57

Angstrong yang di-extrapolasi pada temperatur 200C. Struktur dari

unit sel pada α – iron dan δ – iron seperti terlihat pada gambar 3.

Pada γ – iron memiliki unit sel yang lebih panjang dari α – iron

tetapi kandungan atom yang dimiliki mempunyai density yang

lebih besar 8,22 gr/cm3 untuk γ – iron pada 200C dan 7,93 gr/cm3

untuk α – iron.

3

Gambar 2. Struktur Kristal dari Ferit dan Austenit

2. Diagram Keseimbangan Besi Karbon

Paduan yang penting dari baja adalah karbon, hal ini dapat

dijelaskan bahwa material ini memiliki sifat-sifat yang sangat luas

dan yang membuat material ini sering digunakan dan banyak

kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada temperatur ruang

pembekuan dari karbon pada α – iron sangat lambat dan atom-

atom karbon jarang ditemukan diantara atom-atom besi itu sendiri.

Sebagai pengganti karbon dikombinasi dengan besi karbida yang

disebut dengan simentit. Besi karbida mungkin hadir sebagai

lamel-lamel dengan lamel-lamel ferrit yang keduanya membentuk

fase baru yang bernama pearlit.

4

Gambar 3. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon Kurang dari

1,4%C

Pada besi dengan kandungan karbon 0,8% proporsi pearlit

dapat dicapai 100%. Proporsi pearlit pada struktur meningkat

dengan meningkatnya kandungan karbon pada baja sampai 0,8%.

Karbon yang berlebihan jumlahnya akan terbentuk sebagai grain

boundry carbida. Baja yang mengandung 0,8% karbon disebut

juga baja eutectoid. Jika karbon dipadu dengan transformasi dari

besi dengan range temperatur dan kandungan karbon yang

dimiliki dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 5.

Gambar 4. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon

5

Variasi mikrostruktur pada besi karbon dapat dilakukan

dengan cara perlakuan panas. Untuk kelengkapan dari diagram

fase yang memiliki kandungan karbon jauh lebih tinggi sampai 6%

dapat dilihat pada gambar 4. Dimana kita lihat bahwa pada

pembekuan dari besi – karbon yang lebih dari 0,8% fase austenite

lebih banyak terbentuk dibanding ferrit.

B. Klasifikasi Logam

Berdasarkan unsur-unsur yang terdapat dalam logam dan

paduannya, maka logam dapat diklasifikasikan menjadi dua golongan

utama, yaitu:

1. Logam Ferro

Logam Ferro disebut juga Besi Karbon atau Baja Karbon,

dimana unsur dasarnya terdiri dari unsur besi (Fe), dan karbon

(C), tetapi disamping itu masih terdapat unsur-unsur tambahan

lain seperti sulfur (S), mangan (Mn), krom (Cr), pospor (P), dan

lain-lain. Unsur-unsur campuran tersebut juga sangat

mempengaruhi sifat-sifat dan berat jenis logam ferro, sehingga

persentase campurannya harus tepat dan sesuai dengan

kebutuhan.

2. Logam Non Ferro

Logam Non Ferro adalah logam yang tidak mengandung

unsur besi (Fe) dan karbon (C) sebagai unsur dasarnya. Jenis-

jenis dari logam Non Ferro antara lain aluminium (Al),

magnesium (Mg), tembaga (Cu), seng (Zn), nikel (Ni), timah

hitam (Pb), timah putih (Sn) dan logam-logam mulia lainnya.

Baja Karbon

Baja karbon merupakan logam yang terdiri dari unsur

dasar Besi dan Karbon serta unsur-unsur lainnya. Baja

merupakan material yang paling banyak dipakai sebagai bahan

industri karena sangat baik nilai ekonomisnya. Sifat baja sangat

6

variatif dari yang sangat lunak sampai yang paling keras,

tergantung dari banyaknya kandungan karbon yang dimilikinya.

Semakin tinggi kadar karbon maka semakin tinggi kekerasan

baja tersebut.

Pemakaian baja karbon tidak selalu menguntungkan

karena mempunyai banyak kekurangan. Selain memiliki sifat

mampu keras juga memiliki sifat getas.

Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung unsur

karbon sangat rendah, antara 0,1% - 0,2% C. Baja karbon

rendah ini memiliki kekerasan yang rendah dengan keuletan

yang tinggi, sehingga baja karbon rendah ini banyak

digunakan untuk membuat baut, paku, kawat, sekrup, pelat

baja dan untuk berbagai keperluan konstruksi.

Baja Karbon Medium

Baja karbon medium mengandung kadar karbon antara 0,2%

- 0,5% C. Baja karbon medium ini sifatnya lebih keras dari

baja karbon rendah, sehingga banyak digunakan untuk

keperluan alat-alat perkakas dan bagian-bagian dari mesin

seperti poros, batang torak, dan lain sebagainya.

Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon antara 0,5% -

1,7% C. Baja karbon tinggi ini sifatnya sangat keras dan

getas sehingga sering kali harus diperlakukan panas untuk

memperbaiki asifat-sifatnya. Baja ini seringkali digunakan

untuk membuat mata pahat, gergaji, dan perkakas lainnya.

Sifat Mekanik Baja Karbon

Sifat mekanik merupakan sifat dasar yang dapat diubah dan

dipengaruhi dari luar. Pengaruh ini biasanya berupa

pemanasan pada waktu dan temperatur tertentu, sehingga

struktur mikro logam tersebut berubah dan sifat mekanikya

turut berubah karena pemanasan.

7

Sifat mekanik pada logam dapat dikontrol dengan cara

pemanasan atau disebut dengan Heat Treatment. Sifat

mekanik baja antara lain :

1. Kekerasan yang merupakan ketahanan material terhadap

deformasi plastis karena pembebanan setempat pada

permukaan berupa goresan atau penekanan.

2. Kekuatan ditunjukkan dengan ketahanan material

terhadap beban yang dikenakan kepadanya, sehingga terjadi

perubahan bentuk atau ukuran. Bagian dari kekuatan

diantaranya kekuatan tarik, kekuatan luluh dan kekuatan

patah.

3. Keuletan merupakan kemampuan logam untuk

terdeformasi. Bahan yang ulet biasanya mempunyai

penyusutan penampang yang besar sebelum terjadi

perpatahn.

4. Deformasi sehingga patahnya suatu logam berlangsung

dengan cepat tenpa diketahui arah rambatnya.

5. Ketangguhan ialah kemampuan dari suatu logam untuk

mempertahankan bentuknya dengan cara menyerap energi

yang mempengaruhinya sampai terjadi perpatahan.

Beberapa pengujian sifat mekanik ini (dan ini juga berlaku

untuk logam non ferro) ditunjukkan dalam beberapa hal

seperti berikut:

a.Pengujian Tarik

Pengujian tarik mengukur tegangan yang diperlukan

untuk menarik benda uji (logam) sampai putus dan mencatat

perpanjangan benda uji. Tegangan tarik suatu material adalah

tegangan yang diperlukan untuk memutuskan benda uji dalam

tarikan (=tegangan tertinggi yang dapat diberikan sebagai

tahanan/reaksi terhadap suatu beban).

Suatu benda uji yang diketahui luas penampangnya

dicekamkan pada mesin penguji, diberi beban tarik yang

8

meningkat secara teratur. Untuk setiap penambahan gaya,

jumlah perpanjangan dari benda uji diukur dengan

mempergunakan extensometer yang sesuai. Ketika benda uji

mulai mulur dengan cepat, adalah tanda bahwa segera akan

putus.

Pertama-tama perpanjangan sangat kecil sebanding

dengan meningkatnya gaya.

Apabila gaya dihilangkan sebelum A tercapai, benda uji

akan kembali pada panjang semula. Jadi perpanjangan antara

O dan A adalah elestik, dan menurut hokum hooke :

Tegangan ∞ regangan

Dikenal sebagi modulus elestisitas

suatu bahan.

Apabila beban melampui A (batas elastis atau batas

proporsional), hanya dengan sedikit penambahan beban akan

tiba-tiba mulur. Disini disebut Yield Point (Y), apabila sekarang

beban disingkirkan, sedikit perpanjangan akan masih tetap

tinggal.

Perpanjangan yang terjadi setelah A adalah bersifat

plastis. Perubahan plastis yang terjadi pada temperatur biasa

disebut pengerjaan dingin. Pada perubahn plastis, kristal dan

9

Gay

a

Perpanjangan 0 Elastis Plastis seragam Kritis

Gambar 5: Diagram Uji Tarik

Material

Gambar 2: Diagram Gaya-Perpanjangan

B’

M

Y B

A

atom material dalam keadaan posisi material menjadi kuat dan

keras pengerasan.

Pada peningkatan beban selanjutnya, material akan mulur

dengan cepat mula-mula merat dan kemudian pada tempat

tertentu menjadi ‘genting’. Kegentingan ini terjadi setelah

gaya maksimum (M) terlampaui, karena erkurang dengan

cepat pada bagian genting, gaya pada B telah dapat

memutuskan benda uji.

Harga nominal dari tegangan tarik suatu material dihitung

mempergunakan gaya maksimum (M) dan luas penumpang

mula-mula benda uji.

Tegangan tarik =

Tegangan tarik dapat sebagai petunjuk dari sifat-sifat

mekanik suatu material, hal ini bukan terpenting dalam

perencanaan permesinan. Permesinan tidak berhubungan

secara khusus dengan perubahan plastis. Pada struktur atau

konstruksi permesinan, batas elastis (A), lebih berarti. Tidak

mungkin untuk menentukan Yield stress untuk setiap paduan,

dalam hal ini yield stress diganti dengan harga yang dikenal

sebagi proof stress.

0,1% proof stress suatu paduan (Rp. 0,1) adalah tegangan

yang dihasilakn oleh perpanjangan tetap 0,1 panjang benda

uji.

Biasanya dalam penentuan tegangan tarik dan 0,1 proof

stree (yield – stress), prosentase perpanjangan benda uji

hingga putus juga didapatkan. Hal ini mengukur ductility suatu

material.

Perpanjangan =

10

=

Harga dari perpanjangan dapat diperbandingkan, jadi terang

benda uji berbentuk geometris, harus ada hubungan antara

luas penampang dan panjang benda uji.

b. Pengujian Kekerasan

Dalam metode modern, pengujian kekerasan adalah

mengukur ketahanan material terhadap penetrasi.

Pengujian Brinell

Bola baja diperkeras ditekankan pada permukaan benda

uji dengan beban standard. Diameter yang ditimbulkan diukur

dan tingkatkan kekerasan Brinell (H) didapat dari :

H B =

Luas permukaan kurva =

Jadi H =

Piramide Vickers

Pengujian kekerasan ini mempergunakan piramide bujur

sangkar dari intan sebagai penguji. Keuntungan yang besar

dari pengujian ini bahwa bekas yang ditimbulkan berbentuk

geometris yang sama, dan ketelitian hasil tidak terpengaruh

ke dalaman.

Sehingga tidak perlu memperhatikan perbantikan P/D2

seperti pada Brinell test, walaupun kita masih harus

memperhatikan hubungan kedalaman yang ditimbulkan dan

ketebalan benda uji.

11

D

d

Keuntungan yang lain bahwa pengujian kekerasan Vickers

harga kekerasannya untuk material yang sangat keras (diatas

indeks 500) akan lebih teliti.

Luas 4 bidang piramida pada bekas penekanan :

A =

Kekerasan bahan menurut Vickers

Hv = 1,854

Pada alat Vickers dapat diberikan beban-beban 1 ; 2,5 ; 5 ; 10

; 30 ; 50 ; 100 dan 120 kg. Besar beban ditentukan dari

macam dan tebal-tipisnya bahan.

Pengujian Rockwell

Khususnya dipergunakan untuk pengujian terus menerus

untuk benda-benda yang sudah selesai, dengan cepat, karena

tingkat kekerasannya ditunjukkan langsung pada penunjuk

(dial), tidak ada pengukuran bekas yang ditimbulkan.

Walaupun kedalaman (h) yang ditimbulkan diukur dengan

alat, dan diubah dalam harga kekerasan.

Benda uji yang dipergunakan harus bersih, diletakkan

pada landasan dan penguji ditekankan dengan beban yang

ringan.Hal ini untuk pengukuran yang tepat, setelah skala

diatur pada kedudukan nol, diberikan beban penuh dalam

waktu tertentu (± 15 detik), beban dikembalikan pada beban

ringan, dan kekerasan dibaca langsung pada skala.

Ada beberapa perbedaan pada penunjukkan skala, yang

terpenting adalah :

1) Skala B digunakan bola baja diameter 1/16” dan beban

100 kgf

2) Skala C digunakan intan tirus 1200 dan beban 150 kgf

12

3) Skala A digunakan intan tirus dan beban 60 kgf

Yang sering dipergunakan adalah skala C, yang terutama

berguna untuk baja diperkeras dan material keras yang lain,

dan skala B untuk material-material yang lain, termasuk baja

normalizing dan paduan bukan besi.

c. Pengujian Pukul – Takik (Pengujian Impact)

Pengujian impact memberikan informasi yang berharga

mengenai keadaan metallurgi suatu bahan.

Gambar 6: Skematis Uji Pukul Takik

Ternyata bahan-bahan dapat mengalami patah, apabila

dibebani pukulan dengan tiba-tiba. Gejala ini disebabkan oleh

3 hal pokok, yaitu konsentrasi tegangan karena adanya

takikan, suhu yang rendah dan kecepatan tegangan yang

tinggi.

Benda uji dengan takikan tertentu dipukul dengan ayunan

bandul dan daya yang diserap dalam pematahan di ukur.

Pengujian pukul – takik ini sering dipergunakan untuk

menentukan apakah bahan sudah mengalami heat treatment

dengan baik.Semakin besar h semakin kecil harga impact.

13

Jenis pengujian ini mempunyai keuntungan menunjukkan

kerapuhan yang tidak terlihat pada pengujian tarik atau

pengujian kekerasan.

Hal ini juga mungkin untuk menunjukkan contoh bahwa suatu

material dengan sifat-sifat yang mirip seperti ditunjukkan pada

pengujian tarik, tetapi memiliki sifat-sifat yang jauh berbeda

apabila diuji pada kondisi pembebanan tiba-tiba.

Macam pengujian pukul takik yang sering dipergunakan

hanyalah pengujian Charpy dan pengujian Izod.

Dalam pengujian Charpy benda uji diuji dengan

memukulkan bandul langsung dibelakang takikan. Pada

pengujian Izod benda uji dijepit pada ragum dan diatur bahwa

tinggi takikan setinggi pinggir ragum; pukulan diberikan dari

arah yang sama dengan takikan.

d. Pengujian Lelah

Dalam konstruksi mesin, pada pembebanan statis kita

mengenal batas tegangan dimana suatu bahan tidak

mengalami deformasi plastic (yield stress).

Akan tetapi pada aksi tegangan berulang seringkali suatu

bahan mengalami kegagalan karena lelah (fatique failure).

Berdasarkan pengalaman, dengan memilih suatu

tegangan akan didapatkan tingkat dimana tidak terjadi

kegagalan, tanpa memperhatikan berapapun jumlah putaran.

Harga tegangan ini disebut batas lelah (fatique limit /

endurance limit). Mengenai hal ini didapatkan dalam pengujian

lelah.

Benda uji dalam pengujian lelah harus dibuat dengan

teliti, karena takikan dan batasan tajam pada penampang

melintang adalah tempat tegangan terkumpul, benda uji untuk

pengujian lelah harus dalam keadaan permukaan digosok,

14

bentuk perubahan penampang tidak tajam dan sebaiknya di

radius.

Dalam pengujian lelah, benda uji dikenai bermacam-

macam tegangan secara periodik.

Suatu hasil menunjukkan bahwa kecepatan putaran

dalam pengujian lelah semakin tinggi, batas lelah sedikit lebih

tinggi dibandingkan hasil dari pengujian frekwensi rendah.

Batas lelah biasanya ½ harga tegangan tarik pada

pengujian statis. Berarti bahwa apabila tegangan maksimum

dalam putaran kurang dari batas lelah, kegagalan lelah tidak

akan pernah terjadi.

15

BAB II

BESI TUANG DAN PERKEMBANGANNYA

Salah satu material logam tertua yang digunakan oleh manusia

adalah besi. Diperkirakan penggunaan perkakas besi dibuat oleh

manusia sekitar tahun 2800 – 2700 Sebelum Masehi di Asiria dan

Mesir. Produksi besi kasar yang dilakukan secara besar-besaran

terjadi pada abad 14 di Jerman dan Itali dengan produk-produk yang

dihasilkan berupa, meriam, peluru-meriam, tungku, pipa dan lainnya[1]

Dalam perkembangan selanjutnya material logam semakin

banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dengan pertimbangan

adanya kemudahan pembentukan dan murah. Salah satu cara

pembentukan dan pengolahan logam adalah dengan proses

pengecoran.

Besi tuang adalah hasil proses pengecoran yang merupakan

paduan besi yang didalamnya terkandung unsur-unsur karbon,

silikon, mangan, posfor dan belerang.

Dengan penemuan proses perlakuan Magnesium (Mg) dalam

sistem pengecoran, maka produksi besi tuang meningkat sejak tahun

1950 an [2], [3], [4] . Besi tuang dikelaskan menjadi besi tuang kelabu

(grey cast iron), putih (white cast iron), mampu tempa (malleable cast

iron) dan nodular (ductile cast iron).

Besi tuang nodular (BTN) adalah suatu paduan besi tuang yang

umumnya mengandung lebih dari 3 % Karbon, (1 – 4%) Silikon,

Mangan s.d. 1,0%, Posfor kurang dari 0,1 % dan Sulpur kurang dari

0,015 %. Satu lagi elemen, Magnesium yang harus selalu ada, dengan

konsentrasi normal antara 0,02 % - 0,08% [5]

16

Besi tuang nodular terus dikembangkan dengan beberapa

pertimbangan bahwa besi tuang nodular mempunyai keuletan yang

baik dan mempunyai ketahanan korosi dan ketahanan panas yang

baik pula, disamping sifat lain yaitu sifat mekanisnya mendekati sifat

mekanis baja. Sehingga dengan kelebihan-kelebihan ini, besi tuang

nodular terus dikembangkan untuk pembuatan-pembuatan

komponen-komponen otomotif, seperti poros engkol, roda gigi, blok

silinder dan batang penggerak. Besi tuang nodular mengandung grafit

sekitar (8 – 12 %) dari volume.[5] Unsur-unsur tertentu yang

mempengaruhi struktur mikro dan sifat mekanis besi tuang nodular

adalah Silikon (Si), Mangan (Mn), Nikel (N), Khromium (Cr), Tembaga

(Cu), Tin (Sn), Molibdenum (Mo).[5] Sedangkan proses perlakuan panas

austemper juga mempengaruhi struktur mikro dan sifat-sifatnya.

Logam hasil dari proses perlakuan panas aurtemper ini umumnya

disebut sebagai Austempered Ductile Iron (ADI) – besi tuang nodular

austemper. Tabel 1 adalah pengaruh unsur kimia pada besi/baja yang

diperlakukan panas.

Dengan cara memberikan perlakuan panas pada material maka

dapat diketahui pengaruh perlakuan panas austenisasi dan

austemper pada besi tuang nodular BTN terhadap kekuatan tarik dan

energi impaknya. Hasil perlakuan panas akan memberikan

kesempatan terjadinya transformasi matriks yang nantinya akan

menghasilkan sifat-sifat mekanis khusus bagi ADI yang dibuat.

Sebagai bahan contoh maka akan diperjelas dengan adanya satu

contoh pengujian pada besi tuang nodular FCD 45 (sesuai standar JIS

G 5502, 1961) dan besi tuang nodular berunsur paduan Mn dan Ni

dengan persentase tertentu dan komposisi dasar kimianya

diharapkan sama dengan FCD 45. Grafit bebas yang berbentuk bulat

(nodular) pada besi tuang nodular (BTN-FCD) dihasilkan dari reaksi

Mg ataupun Ce pada proses peleburan besi tuang. Sifat mekanis yang

diperoleh dari grafit yang berbentuk bulat adalah kekuatan,

ketangguhan dan keuletan yang baik. Begitu juga halnya pada

17

pengaruh unsur paduan Mo dan Ni yang ditambahkan. Hasil proses

perlakuan panas akan menghasilkan ADI dengan cara mengatur

waktu pemanasan (holding time).

Tabel 1: pengaruh unsur kimia pada besi/baja yang diperlakukan panas.

18

19

A. Klasifikasi Besi Tuang

Besi tuang adalah paduan antara besi dan karbon dengan

persentase karbon lebih dari 3% dan disamping itu terdapat juga

unsur-unsur lain seperti Si, Mn, S dan lainnya. Unsur-unsur ini

menjadikan sifat fisis/mekanis besi tuang berbeda-beda. Kadar

karbon yang tinggi mengakibatkan besi tuang bersifat rapuh dan

tidak dapat ditempa.

Untuk mendapatkan kekuatan, kekerasan, kemampuan mesin,

ketahanan aus yang baik, maka besi tuang perlu diproses lebih lanjut

dalam kupola atau proses lain tersendiri.

Besi tuang kelabu, dimana patahannya berwarna keabu-abuan,

struktur grafitnya berbentuk serpihan yang berada pada matriks besi.

Besi dengan grafit serpihan ini mempunyai kelebihan[6]; murah dan

mudah dalam proses pemesinan, mempunyai temperatur yang

rendah saat proses produksi, baik dan mudah saat penuangan, tahan

aus yang baik, peredam getaran yang baik, dengan hubungan

kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang tinggi, menjadikan besi

tuang sangat sesuai untuk pemakaian beban statis dan tahan aus.

Keuletan besi tuang sangat rendah, hal ini akibat konsentrasi

tegangan yang tinggi pada ujung grafit serpihan.

Kelas lain dari besi tuang adalah besi tuang putih yang

diidentifikasikan oleh patahan besi tuang tersebut berwarna putih.

Karbon dalam besi tuang ini terikat sebagai karbida, Fe3 C yang

sangat keras dan mengakibatkan kesulitan dalam proses pemesinan.

Besi tuang mampu tempa (malleable cast iron) terbuat dari besi

tuang putih. Besi tuang mampu tempa ini keuletannya lebih baik

karena dari bentuk grafit serpihan diubah menjadi seperti kapas, dan

besi tuang mampu tempa ini mempunyai daya tahan terhadap

kejutan serta mudah untuk dilakukan proses pemesinan.

Jenis lain dari besi tuang adalah besi tuang nodular yang

kandungan karbonnya berbentuk nodul grafit (spheroidal) atau sering

20

disebut sebagai besi liat (ductile iron) atau besi tuang nodular.

Gambar 5, adalah gambaran struktur mikro dari besi tuang dengan

Scanning Elecron Micrograph.

Gambar 7: Gambaran struktur mikro dari besi tuang dengan Scanning Elecron Micrograph

B. Besi Tuang Nodular (BTN)

21

1. Klasifikasi Besi Tuang Nodular

Besi tuang nodular mempunyai keuletan yang baik, ketahanan

korosi dan panas yang baik pula. Karena keuntungan ini, besi tuang

nodular banyak dipakai antara lain untuk pipa, rol penggiling,

cetakan, komponen mekanik, komponen untuk tungku dan untuk

konstruksi teknik sipil[7] Adapun klasifikasi besi tuang nodular

berdasarkan JIS 5502, 1989 (modifikasi karena perubahan satuan) –

(sifat mekanisnya) seperti tabel 2 berikut. Tabel 2: Klasifikasi Besi Tuang Nodular [8]

Kelas Simbol

KekuatanTarik Minimum

(N/mm2)(kp/mm2)

KekuatanMulur Minimum

(N/mm2)(kp/mm2)

ElongasiMinimum

( % )

Hardness(Brinell)

0 FCD 370370(37)

230(24)

17 179

1FCD 400

400(41)

250(26)

12 201

2 FCD 450450(40)

280(29)

10 143 – 217

3 FCD 500500(51)

320(33)

7 170 – 217

4 FCD 600600(61)

370(38)

3 192 – 269

5 FCD 700700(71)

420(45)

2 229 – 302

6 FCD 800800(82)

480(49)

2 248 –352

2 Proses Pembuatan Besi Tuang Nodular

Besi tuang nodular didapat dengan memperlakukan cairan besi

tuang kelabu biasa dengan kadar S < 0.015 % dengan proses

perlakuan khusus, yaitu dengan menambahkan unsur Mg ataupun Ce

kepada cairan besi tuang sesaat sebelum cairan dituang. Grafit yang

dihasilkan berbentuk bulat atau nodular yang mempunyai derajat

konsentrasi tegangan yang kecil, sehingga berakibat kekuatan besi

tuang menjadi lebih baik. [7].

22

Umumnya diketahui ada tiga cara untuk menambahkan Mg

kedalam cairan besi tuang kedalam ladel, yaitu cara ladel terbuka ,

cara penyisipan dan dengan ladel berpenutup Tundish. (gambar 8)

Gambar 8: Cara Menambahkan Mg dlm Besi Tuang Cair ke dalam:

a. Ladel Terbuka dan cara Penyisipan [1].b. Ladel dengan Tutup Tundish[9]

Jika penambahan Mg kedalam ladel secara langsung, akan

sangat berbahaya, karena titik didih Mg yang rendah (6500 C) dan

23

tekanan uapnya tinggi. Sehingga, biasanya Mg dipadu dengan unsur

lain, yaitu paduan Mg Fe Si (5 – 20% Mg) dengan maksud agar

menjadi lebih berat, karena Berat Jenisnya rendah ( 1.74 : 7.4).

Karsay [2] menyatakan bahwa jumlah Mg yang diperlukan

tergantung pada kadar belerang yang ada. Adapun cara proses

pembulatan grafit, pertama-tama kadar belerang diturunkan dibawah

0,02% dengan cara mengubahnya menjadi Sulfidamagnesium, dan

kemudian mereduksi kandungan Oksigen yang ada. Sisa Mg yang ada

sekitar 0.02 % dapat mengubah bentuk grafit menjadi bentuk

nodular.

3. Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro dari Besi Tuang Nodular

Unsur paduan yang umumnya terdapat pada besi tuang nodular [5]

adalah:

Silikon membentuk ferrit. Kadar Si yang lebih besar dari

4,0 % menjadikan besi tuang nodular tahan oksidasi,

tetapi besi tuang nodular akan menjadi rapuh bila

kandungan Si nya meningkat. Kandungan ideal untuk Si

antara 1 - 4 % akan menaikkan kekuatan ferrit.

Mangan membentuk perlit, kekerasan dan karbida-

karbida. Karena hal yang terakhir, Mangan jarang

diinginkan pada paduan.

Nikel membentuk perlit, bainit, sifat kekerasan, tanpa

kerugian seperti halnya Mangan.

Khromium mendorong timbulnya sifat kekerasan, dan

karbida-karbida. Penggunaannya dibatasi untuk tingkat

kandungan karbida (seperti tingkat-tingkat austenit

umumnya).

Tembaga membentuk perlit, dan kekerasan. Umumnya

penggunaan tembaga pada sifat beban-beban kekuatan

tinggi, tingkat-tingkat perlit sampai dengan 2,0%.

24

Timah bereaksi sama seperti tembaga, tetapi kandungan

yang dapat dipertahankan sekitar 0,1 % pada tingkat

yang samadengan pengaruh sekitar 1,0 % dari tembaga.

Molibdenum membentuk sifat kekerasan, bainit dan sifat-

sifat temperatur mekanis yang tinggi. Kadar maksimum

yang ditambahkan sekitar 1,0 %.

Sedangkan Kovacs [10], membagi unsur-unsur paduan kedalam dua

kelompok, yaitu; mereka yang ditambahkan untuk meningkatkan

kekerasan (hardenability), dan mereka yang ditambahkan untuk

mengontrol variabel proses dan sifat-sifat mekanis. Unsur-unsur

paduan untuk mengontrol kekerasan yaitu Ni, Cu dan Mo, yang

biasanya ditambahkan sendiri-sendiri ataupun kombinasi diantaranya.

Unsur-unsur paduan kedua seperti Si dan Mn yang secara umum

telah ada pada besi tuang. Persentase kandungan unsur-unsur ini

mempengaruhi proses-proses untuk ADI, mikrostruktrur dan sifat-sifat

mekanis. Dimana Si akan mempercepat difusi karbon pada austenit,

sedangkan Mn akan memperlambat difusi karbon pada austenit dan

akan memperlambat reaksi ferrit, seperti kerja pertumbuhan ferrit.

Mereka ini harus dikontrol batasan-batasan kandungannya.

Selanjutnya dalam hal karbon ekivalent (CE), gambar 9 berikut

menunjukkan hubungan antara ukuran penampang benda cor, harga

CE, tegangan tarik dan struktur mikro.

25

Gambar 9: Hubungan antara Ukuran Penampang Benda cor, Harga CE, Tegangan Tarik dan Struktur Mikro.

BAB III

26

JENIS PERLAKUAN PANAS PADA BESI TUANG

NODULAR

A. Jenis Perlakuan Panas

Perlakuan panas pada besi tuang nodular juga akan

mempengaruhi struktur mikro dan sifat mekanis besi tuang nodular.

Ada beberapa macam perlakuan panas tersebut yaitu [11]:

1. Stress Relieving, adalah perlakuan panas pada temperatur rendah,

yang tujuannya untuk mengurangi atau membebaskan internal

stresses yang tinggal setelah penuangan.(500-600oC) dgn

pemanasan bertingkat juga pendinginannya.

2. Annealing. Perlakuan panas ini berguna untuk meningkatkan

keuletan dan ketangguhan (tahan kejut), untuk mengurangi

kekerasan, dan untuk mengurangi karbida-karbida. (750-890oC)

3. Normalizing adalah untuk meningkatkan kekuatan dengan

sejumlah sifat ulet.(790-970oC)

4. Hardening (740-900oC)dan Tempering (150-450oC). Perlakuan

panas ini berguna untuk meningkatkan kekerasan atau untuk

meningkatkan kekuatan dan membesarkan rasio tegangan.

5. Austempering, untuk menghasilkan suatu mikrostruktur dari

kekuatan yang tinggi, dengan sejumlah keliatan dan tahan aus

yang baik.

6. Surface Hardening, dilakukan dengan cara induksi, nyala api, atau

laser, gunanya untuk menghasilkan suatu permukaan yang keras,

tahan aus pada tempat yang ditentukan.

Secara skematis sifat mekanis besi tuang nodular yang

mendapat perlakuan panas yang berbeda terlihat pada gambar 8

berikut:

27

Gambar 10: Kekuatan Tarik Vs Elongasi dari Besi Tuang Nodular[11]

B. Perlakuan Panas Pada Besi Tuang Nodular Menjadi ADI

1. Sifat Mekanis dan Standard ADI

Pada dasarnya ADI adalah hasil pengembangan dari besi tuang

nodular (ductile iron) yang telah mendapatkan perlakuan panas.

Perlakuan panas tersebut meningkatkan sifat mekanisnya. Adapun

sifat mekanis tersebut meliputi [12]:

28

a. Kekuatan (strength), adalah ukuran besar gaya yang diperlukan

untuk mematahkan atau merusak suatu bahan.

b. Keuletan (ductility) yang dikaitkan dengan besar tegangan

permanen sebelum perpatahan dari bahan.

c. Ketangguhan (toughness) yang dikaitkan dengan jumlah energi

yang diserap bahan sampai terjadi perpatahan.

d. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan bahan terhadap penetrasi

pada permukaan bahan material.

Tabel 3 menunjukkan perbandingan sifat mekanis ADI dibandingkan

dengan besi tuang dan baja. Sedangkan tabel 4 adalah standard

kelas ADI

Tabel 3: Perbandingan Sifat Mekanis Adi terhadap besi dan Baja [13]

A D ICast Iron Steel

Gray Malleable Ductile Cast Forged

A S T M spec. A897M A48 A602 A536 A27 A290A–D

Tensile str.(103 psi) 125–200 20–60 50–105 60–100 30–40 80–170

Yield str. (103 psi) 85–140 - 32–85 40–70 30–40 45–145

Elongation (%) 10-2 <1 10-1 18-3 24–22 22–10

Tabel 4: Standard Kelas ADI (ASTM 1897M:1990)[14]

Grade

Tensile str

(MPa)

Yield str

(MPa)

Elongation

( % )

Impact Erg.(J)

Hardness

( BHN )

1 850 550 10 100 269-321

2 1050 700 7 80 302-363

3 1200 850 4 60 341-444

4 1400 1100 1 35 388-477

5 1600 1300 N/A N/A 444-555

2. Proses Austemper

29

Dari gambar 11 dapat dilihat skema siklus perlakuan panas

austemper. Benda cor pertama-tama dipanaskan dari kondisi

temperatur ruang ke temperatur austenisasi (A-B) antara 15000 ke

17000 F 8150 – 9250 C selama 1 – 1,5 jam[15]. Hal-hal yang

mempengaruhi sifat-sifat pada coran ADI adalah temperatur dan

lamanya waktu saat proses austemper. Waktu austenisasi (B-C)

haruslah cukup untuk melakukan dua hal seperti berikut:

a. transformasi matriks keseluruhan ke austenit.

b. Memenuhi austenit dengan karbon.

Oleh karenanya diperlukan sejumlah waktu minimum untuk

memenuhi kedua hal tersebut. Setelah proses austenisasi, benda cor

di quench ke temperatur austemper (C-D) antara 4500 ke 7500 F

atau 2300 ke 4000 C selama waktu tahan maksimum 2.5 jam[15].

Dalam hal ini laju pendinginan harus cukup tinggi agar:

a. mencegah formasi (terbentuknya) perlit

b. mencapai temperatur austemper yang diinginkan pada

benda cor sebelum reaksi austemper dimulai pada titik E.

Dari gambar 12, dapat dilihat bahwa ada tiga kurva

pendinginan yang cukup untuk mencegah formasi perlit. Bila reaksi

austemper terjadi pada kurva pendinginan 1 dan 2 yaitu sebelum

temperatur benda cor mencapai temperatur austemper yang

diinginkan, maka keadaan ini akan menghasilkan suatu struktur

matriks campuran, dan sifat mekanis yang didapat akan lebih rendah

dibandingkan dengan kurva pendinginan 3. Kurva pendinginan 3 ini

menunjukkan laju quench yang benar. Benda cor didinginkan ke

temperatur austemper sebelum mulainya terjadinya nuklesi

(pembibitan) ferrit. Untuk kurva 3 ini, hasil yang didapat uniform.

30

TEMP.

A

B C

D

PERLIT BAINIT

E F G H J

AUSFERRIT

WAKTU

AUSTENISASI

Gambar 11: Siklus Perlakuan Panas Austemper [10]

Gambar 11 adalah suatu ilustrasi grafik reaksi austemper.

Huruf-huruf pada ilustrasi tersebut menunjukkan priode hubungan

pada siklus austemper gambar 4. Pada titik E dalam gambar 3,

dimulainya pembibitan ferrit

Antara titik E dan F, matriks-matriks bertransformasi ke

ausferrit, yaitu ke ferrit dan austenit yang berkadar karbon 1,2 – 1,5

%. Austenit metastabil ini dapat bertransformasi ke martensit

bilamana didinginkan ke suatu temperatur rendah, atau bilamana

diberikan tegangan. Misal dilakukan proses pemesinan maka akan

menjadi masalah karena kekerasan meningkat[14].

Antara titik-titik F dan G tidak terjadi pembibitan ferrit yang

cukup berarti, tetapi kehadiran butir-butir ferrit terus timbul. Selama

pertumbuhan ini, butiran-butiran austenit diperkaya dengan karbon,

yang kandungannya mencapai 1.8 – 2.2 % dan menjadikan austenit

stabil baik secara thermal maupun mekanikal.

31

Gambar 12: Tiga Kurva Pendinginan yang Berbeda yang Mempengaruhi ADI[10]

Benda-benda cor standard ASTM grade 1 dan 2 diperlakukan

panas hingga mencapai titik G. Bilamana benda-benda cor

diaustemper melewati titik G, maka austenit akan mejadi bainit ferrit

dan karbida, yaitu ke bainit, antara titik H dan J. Titik J menunjukkan

hasil reaksi bainitik yang lengkap.

Standard ASTM menamakan struktur matriks yang diaustemper

secara benar yaitu ausferrit, yang menunjukkan bahwa struktur ADI

tersebut terdiri dari austenit dan ferrit.

32

1

2

3

PERLIT

BAINIT

FERRIT & AUSTENIT

Waktu

WAKTU

TEMP.

Gambar 13: Ilustrasi Grafik dari Reaksi Austemper[10]

Berbagai struktur matriks dapat dihasilkan dengan cara

perlakuan panas, khususnya pada besi tuang nodular. Dari diagram

keseimbangan fasa logam ferrous (Fe –Fe3C) (gambar 4) dapat

dipelajari perilaku logam besi terutama perkiraan jenis matriks yang

akan terjadi pada proses manufaktur logam.

33

3. Pengaruh Temperatur Austenisasi dan Austemper terhadap

Sifat Mekanis ADI

Dengan komposisi dari keel block seperti tabel 5, Mallia, [16]

telah melakukan penelitian tentang pengaruh austenisasi pada

temperatur 8500, 9000 dan 9500 C serta temperatur austemper 3600

C. Waktu tahan untuk austenisasi yaitu 1 jam dan ditahan selama 5

menit – 7 jam untuk penemperan yaitu diquench pada larutan garam

dan kemudian didinginkan diudara bertemperatur ruangan.

Pengaruh kandungan Si akibat bervariasinya temperatur

austenisasi dan kandungan Si terlihat pada gambar 14. Sedangkan

nilai-nilai UTS nya terlihat pada tabel 6.

Tabel 5: Komposisi Kimia untuk Keel Block[16]

C Si Mn S P Mg Fe

3.28 2.02 0.29 0.01 0.01 0.04 Bal.

3.20 2.65 0.33 0.01 0.01 0.04 Bal.

3.19 3.31 0.34 0.01 0.01 0.04 Bal.

Tabel 6: Nilai-nilai UTS dari Besi Tuang Silikon Tinggi[16]

Temperatur Austenisasi, 0C U T S, MPa

850 826

900 1075

950 1040

34

Gambar 14: Pengaruh Waktu Austemper terhadap Energi Impak[16]

35

Dari gambar 14 dapat dilihat bahwa nilai-nilai energi impak

adalah rendah bilamana waktu austemper kurang dari 30 menit. Juga

dapat dilihat bahwa untuk kandungan Si yang diberikan, peningkatan

temperatur austenisasi dari 850 ke 9500C, menaikkan waktu yang

diberikan untuk mencapai energi impak yang maksimum.

Meningkatnya kandungan Si dari 1.02% ke 3.31% dan untuk seluruh

temperatur austenisasi, nilai energi impak maksimum juga

bertambah. Untuk temperatur austenisasi pada penelitian ini, waktu

austemper menghasilkan penurunan optimum energi impak dengan

meningkatnya kandungan silikon. Hasil dari pengujian tarik dari

sampel uji besi dengan silikon tinggi yang diautenisasi antara 850 dan

9500 C dan diaustemper pada 360 0 C pada untuk waktu tahan 45

menit terlihat pada tabel II. 6. Harga UTS terbesar didapat dari

sampel uji yang diaustenisasi pada 900 0 C.

Ali dan Elliot[17] melakukan penelitian dengan sampel yang

dibuat dari keel block besi tuang ulet Mn-Mo-Cu dengan kompisisi

3.49C – 2.23Si – 0.42Mn – 0.25Cu – 0.23Mo – 0.035Mg, austenisasi

dilakukan pada dua macam temperatur yaitu 8700 dan 9200 C,

sedangkan temperatur austempering pada 3500, 3750 dan 4000 C.

Gambar 15 memperlihatkan bila dibandingkan dengan standard

ADI, kenaikan elongasi diikuti dengan kenaikan UTS. Gambar 16

memperlihatkan penurunan temperatur austenisasi 8700 C,

memperbaiki keuletan (ductility) pada temperatur austemper yang

konstant.

36

Gambar 15: Variasi UTS dengan Elongasi[17]

37

Gambar 16: Variasi UTS dengan Energi Impak[17]

38

Teng dan Zang[18] melakukan penelitian dengan membuat

sampel ujinya dari stepped plate yang dicor, dan kemudian dengan

proses pemesinan didapat bentuk dan ukuran tertentu untuk sampel

uji tarik dan impak. Analisa kimia dari besi tuang liat dasar seperti

terlihat pada tabel 7.

Tabel 7: Analisa Kimia dari Besi Ulet Dasar[18]

C Si Mn Cu Ni Mg P S

DI1 3.56 2.35 0.23 0.51 0.48 0.047 0.025 0.007

DI2 3.60 2.26 0.24 0.48 0.46 0.043 0.025 0.004

DI3 3.57 2.51 0.20 0.64 - 0.042 0.031 0.012

DI4 3.51 2.30 0.23 0.62 - 0.040 0.020 0.008

DI5 3.60 2.40 0.23 0.62 - 0.045 0.022 0.007

DI6 3.55 2.68 0.34 0.62 - 0.033 0.038 0.020Keterangan:DI1 – DI5 adalah tuangan stepped plate dalam penelitian iniDI6 adalah tuangan Y-Block hasil penelitian sebelumnya.

Perlakuan panas yang dilakukan pada sampel-sampel uji yaitu

memberikan pemanasan awal pada temperatur 8230 K selama 15

menit dan diaustenisasi pada temperatur 11730 K selama 90 menit.

Setelah diquench dalam larutan garam, sampel-sampel tersebut

dipanaskan dan ditahan secara isothermal pada kedua kondisi yang

berbeda yaitu yang pertama pada 5730 K selama 180 menit yang

lainnya pada 6330 K selama 8 menit serta 5730 K selama 172 menit.

Setelah itu sampel-sampel didinginkan diudara bertemperatur ruang.

Sifat-sifat mekanis, perhitungan nodul dan nodularitas dari besi tuang

liat as-cast terlihat seperti pada tabel 8. Sedangkan sifat mekanis ADI

untuk kedua kondisi austemper seperti pada tabel 9 dan 10.

Kesimpulan yang diberikannya adalah bahwa pada as cast (ductile

Iron DI), kehadairan Ni menaikkan tegangan tarik dan elongasi tetapi

menurunkan kekuatan impak. Sedangkan pada ADI tabel 9, tegangan

tarik turun, elongasi turun dan naik, kekuatan impaknya pun

39

mengalami hal yang sama yaitu turun naik. Pada ADI II, tabel 10,

tegangan tarik naik dan elongasi turun, kekuatan impaknya naik.Tabel 8: Sifat Mekanis, Jumlah nodul, dan Nodularitas[18]

UTS( Mpa )

YS( Mpa )

Elongation( % )

Impact Energy

( J )

Nodule counts (N/mm2)

Nodularity( % )

DI1803-985

(836)(67.6)448-488

(445)6.5-9.3

(7.9)(1.0)19.52

(29.3)(10.8)56-90 80-95

DI2849-928

(890)(26.0)458-476

(467)4.1-9.8

(6.55)(2.0)15-42

(24.3)(5.2)46-74 85-90

DI3675-774

(733)(39.4)420-440

(433)5.4-9.2

(7.3)(1.4)27-35

(31)(2.6)44-98 75-90

DI4707-790

(750)(27.0)427-445

(436)3.1-10.8

(6.48)(2.6)20-35

(31)(5.2)69-106 85-95

DI5745-810

(778)(21.4)436-450

(443)6.62-10.8(8)(1.4)

33-39(35.7)(2.1)

52-89 80-90

DI6 697 NA NA 45 80-95 90-95

Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah mean (rata-rata) dari data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviation

Tabel 9: Sifat Mekanis ADI(823 K-15 mins, 1173 K-1.5 hrs, 573 K-3 hrs)

UTS(Mpa)

YS(Mpa)

Elongation(%)

Impact Energy(J)

Hardness(HRC)

Retained(%)

ADI11100-1243

(1148)(54.8)991-1155

(1048)0.7-4.6

(2.75)(1.3)67-126(95)(18)

33-40(35.3)(2.6)

10.0

ADI21106-1197

(1152)(34.6)998-1102

(1051)0.8-2.9

(2.13)(0.7)105-170

(137)(20.6)35.5-43

(38.3)(3.04)6.0

ADI31079-1236(1151)(60)

967-1147(1050)

2.0-4.8(3.33)(0.9)

78-111(100.6)(12.6)

30-38.5(34)(2.87)

4.96

ADI41000-1361

(1188.5)(109)878-1289

(1092)1.9-4.0

(2.4)(0.9)87-113

(102)(92)30.7-38.5(35.1)(2.6)

NA

ADI51060-1265(1158)(63)

946-1180(1057)

1.0-3.5(2.7)(0.9)

64-146(97)(27.6)

31.3-38(34.7)(2.54)

5.8

ADI6 1273 NA 8.0 90.8 33.5 5.2Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah mean dari data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviasi

40

Tabel 10: Sifat Mekanis ADI(823 K-15 min, 1173 K-1.5 hrs, 633 K-8 mins, 633 K-8 mins, 573 K-2 hrs 52 mins) [18]

UTSMpa)

YS(Mpa)

Elongation(%)

Impact Energy(J)

Hardness(HRC)

Retained(%)

ADI11021-1181

(1099)(77.9)1022-1081

(1049)(25.7)3.4-7.9

(5.06)(1.79)107-162

(136.5)(18)33.5-37.5

(35.4)(1.49)12.5

ADI21127-1201

(1161)(30.25)1028-1102(1062)(30)

2.8-7.2(4.24)(1.77)

111-156(127)(16.6)

24-39(31.4)(6.42)

21.4

ADI3924-1023

(993)(36.5)828-925

((896)(36)2.5-8.8

(5.96)(2.47)81-145

(111)(22.8)27.5-36.5

(32.6)(3.50)13.2

ADI41046-1195(1128)(55)

948-1095(1030)(54.3)

2.1-8.0(5.77)(2.25)

75-158(106)(27.5)

31.5-34(32.7)(0.86)

27

ADI51078-1187

(1122)(32.7)980-1088

(1024)(32.4)2.3-4.9

(4.01)(1.1)82-158

(132)(24.1)31.5-35.5

(33.8)(1.57)10

Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah data test

Nilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviasi

Dalam hal penambahan kandungan unsur Mo dan Ni, Blackmore dan

Harding[19] menuliskan bahwa Ni yang ditambahkan mendekati nilai 1

% relatif tidak mempengaruhi tegangan tarik dan elongasi pada

austemper 3500, 3500, dan 4000 C. Untuk Ni dengan kadar 1 –4 %,

cenderung menurunkan tegangan tarik (gambar 17). Unsur Mo dalam

paduan ADI dalam gambar 18, cenderung menurunkan elongasi bila

kandungan Ni semakin bertambah. Penurunan elongasi sejak Ni = 0.2

%.

41

Gambar 17: Pengaruh Kandungan Nikel pada Sifat Mekanis

ADI[19]

42

Gambar 18: Pengaruh Kandungan Molibdenum pada Sifat

Mekanis ADI[19]

43

DAFTAR PUSTAKA

1. Hadi, Qomarul, Diktat Perlakuan Panas, Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik universitas Sriwijaya, 2003.,

2. Surdia, Ir. Tata. M.S. Met.E dan Prof. Dr. Kenji Chijiiwa, Teknik

Pengecoran Logam, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1976.

3. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON - Production Practices,

American Foundrymen’s Society, 1979.

4. Rundman, Karl. B., AUSTEMPERED DUCTILE IRON – Microstructure

and Mechanical Properties, Casting 1997, International ADI and

Simulation Conference, Otaniemi, Finland, 1997.

5. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON - The State of The Art, QIT

- Fer et Titane Inc, Canada, 1980.

6. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON II - Engineering, Design,

Properties, Aplications, Quebec Iron and Titanium Corporation,

Canada, 1971.

7. Rollason, E.C, Metalurgy for Engineers, Edward Arnold (Publishers)

fourth edition, 1975.

8. Surdia, Prof. Ir. Tata., MS, M Met.E dan Prof. DR Shinroku Saito,

Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1995.

9. …………..,- Japanesse Industries Standard, 1990.

10. Hughes, I.C.H, BCIRA International Centre for Cast Metals

Technology, Great Britain, Casting, ASME Handbook, Volume 15,

1992, p., 649.

11. Kovacs, Bela V., D.Sc. Alloying Elements and Heat Treatment of

ADI, 2nd International ADI Seminar, June 1994, Otaniemi Finlad,

1994.

12. Rundman, Karl B, Heat Treating of Ductile Irons, ASM Handbook,

Vol. 4, Park Ohio. 1989. P., 682.

13. Vlack, Lawrence Van, Ilmu dan Teknologi Bahan, terjemahan oleh

Ir. Sriati Djaprie, M.E, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1983.

44

14. Forrest, R.D, Austempered Ductile Iron for Both Strength and

Toughness, Machine Design, September 26, 1985. Reprinted for

QIT.

15. Elliot, R. The Role of Research in Promoting Austempered Ducrtile

Iron, Heat Treatment of Metals, 1973.3, p. 55-59

16. Dorazil, Prof. Edward, Mechanical Properties of Austemper

Ductile Iron, Foundry M & T, July 1986.

17. Mallia, Effecct of Silikon Content on Impact Properties of

Austempered Ductile Iron, Journal of Materials Science and

Technology, May 1997, Volume 13

18. Ali, AS.Hamid and R. Elliot, Influence of Austenitising temprature

on austempering of an Mn-Mo-Cu alloyed ductile iron, Part 1 –

Mechanical Properties, Materials Science and Technology,

January 1997, Vol., 13.

19. Teng-Shih Shih and Zang-Chou Yang, Effects of Nickel and

Processing Variables on the Mechanical Properties of

Austempered Ductile Irons, International Journal Cast Metals

Res., 1998, 10, p., 335-344.

20. Blackmore, P.A., and R.A. Harding, The Effects of Metalurgical

Process Variables on the Properties of Austempered Ductile Irons.

The 1st International Conference on Austempered Ductile Iron, 1-

4 April 1984, Chicago, Illinois, USA.

45

DAFTAR ISI

Halaman

BAB I PENDAHULUAN 1

A. Dasar-dasar Konsep Metalografi 1

1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi 1

2. Diagram Keseimbangan Besi Karbon 4

B. Klasifikasi Logam 6

2. Logam Ferro 6

3. Logam non Ferro 6

BAB II BESI TUANG DAN PERKEMBANGANNYA 9

A. Klasifikasi Besi Tuang 12

B. Besi Tuang Nodular 14

1. Klasifikasi Besi Tuang Nodular 14

2. Proses Pembuatan Besi Tuang Nodular 14

3. Pengaruh Unsur Paduan terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro dari Besi Tuang Nodular

16

BAB III JENIS PERLAKUAN PANAS PADA BESI TUANG NODULAR 19

A. Jenis Perlakuan Panas 19

B.Perlakuan Panas pada Besi Tuang Nodular menjadi ADI

20

1. Sifat Mekanis dan Standard ADI 20

2 Proses Austemper 22

3 Pengaruh Temperatur Austenisasi dan Austemper terhadap Sifat Mekanis ADI 26

DAFTAR PUSTAKA 37

46

iii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Pengaruh Unsur Kimia pada besi/baja yang diperlakukan panas

11

Tabel 2 Klasifikasi Besi Tuang Nodular 14

Tabel 3 Perbandingan Sifat Mekanis Adi terhadap besi dan Baja

21

Tabel 4 Standard Kelas ADI (ASTM 1897M:1990) 21

Tabel 5 Komposisi Kimia untuk Keel Block 26

Tabel 6 Nilai-nilai UTS dari Besi Tuang Silikon Tinggi 26

Tabel 7 Analisa Kimia dari Besi Ulet Dasar 31

Tabel 8 Sifat Mekanis, Jumlah nodul, dan Nodularitas 32

Tabel 9 Sifat Mekanis ADI(823 K-15 mins, 1173 K-1.5 hrs, 573 K-3 hrs)

32

Tabel 10

Sifat Mekanis ADI (823 K-15 min, 1173 K-1.5 hrs, 633 K-8 mins, 633 K-8 mins, 573 K-2 hrs 52 mins)

33

47iv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Pemanasan dan Pendinginan Besi Murni 2

Gambar 2 Struktur Kristal dari Ferit dan Austenit 3

Gambar 3 Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon Kurang dari 1,4%C

4

Gambar 4 Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon 5

Gambar 5 Gambaran Struktur Mikro dari Besi Tuang dengan Scanning electron Micrograph

13

Gambar 6 Cara Menambahkan Mg dalam Besi Tuang Cair ke dalam Ladel

15

Gambar 7 Hubungan antara Ukuran Penampang Benda cor, Harga CE, Tegangan Tarik dan Struktur Mikro.

18

Gambar 8 Kekuatan Tarik Vs Elongasi dari Besi Tuang Nodular

20

Gambar 9 Siklus Perlakuan Panas Austemper 23

Gambar 10 Tiga Kurva Pendinginan yang Berbeda yang Mempengaruhi ADI

24

Gambar 11 Ilustrasi Grafik dari Reaksi Austemper 25

Gambar 12 Pengaruh Waktu Austemper terhadap Energi Impak 27

Gambar 13 Variasi UTS dengan Elongasi 29

Gambar 14 Variasi UTS dengan Energi Impak 30

Gambar 15 Pengaruh Kandungan Nikel pada Sifat Mekanis ADI 34

Gambar 16 Pengaruh Kandungan Molibdenum pada Sifat Mekanis ADI

35

48

v

D I K T A T

P E R L A K U A N P A N A S

Oleh:

Dr. Ir. Nukman, MT.

NIP. 195903211987031001

Dipakai di Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Sriwijaya

Pada Semester I / Ganjil Tahun Ajaran 2010/2011

UNIVERSITAS SRIWIJAYAFAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESINAGUSTUS 2010

KATA PENGANTAR

49

Puji syukur ke khadirat Allah SWT, karena Penulis dapat

menyelesaikan penulisan diktat ini. Diktat ini merupakan bahan kuliah

pada matakuliah Perlakuan Panas yang disampaikan kepada

mahasiswa jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

pada semester I / ganjil tahun ajaran 2010/2011.

Terimakasih penulis sampaikan kepada sdr. Qomarul Hadi yang

telah rela menyumbangkan sebagian isi diktatnya terdahulu untuk

dimasukkan kedalam Bab I pada diktat ini. Bahan lain dari diktat ini

diambil dari bagian pendahuluan dan studi kepustakaan dari thesis

strata 2 saat menempuh perkuliahan di Universitas Indonesia.

Penulis meminta maaf bila terjadi kesalahan dalam penulisan

diktat ini, kepada semua pihak yang terlibat penulis sampaikan

terimakasih. Semoga diktat ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Inderalaya, Juni 2010, Penulis,

Nukman

50