BAB I

PENDAHULUAN

I.1. TOPIK

“PENGERASAN DAN PENEMPERAN”

I.2. TUJUAN

I.2.1. TUJUAN INTRUKSIONAL UMUM :

Mahasiswa dapat mengetahui proses perlakuan panas.

I.2.2. TUJUAN INTUKSIONAL KHUSUS :

1. Mahasiswa dapat mengeraskan dan menemper baja dengan prosedur

yang benar untuk baja:

a. EMS

b. AMT

2. Mahasiswa dapat membuktikan bahwa adanya peningkatan kekerasan

yang besar setelah baja dikeraskan, dan sedikit penurunan kekerasan

setelah baja ditemper untuk baja seperti pada tujuan 1.

3. Mahasiswa dapat menganil baja dengan prosedur yang benar untuk

baja seperti tujuan 1

4. Mahasiswa dapat membuktikan adanya banyak penurunan kekerasan

setelah baja dianil untuk baja seperti tujuan 1.

5. Mahasiswa dapat membuat analisis terhadap kegagalan proses

pegerasan dan penemperan.

I.3 DASAR TEORI :

I.3.1. Pengantar

Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan logam

dalam keadaan padat secara terkendali dengan tujuan untuk mengubah

sifat- sifat logam agar dihasilkan kombinasi yang memuaskan antara

struktur mikro dan sifat mekanik sehingga logam dapat berfungsi seperti

yang diharapkan.

Tujuan ini misalnya :

1. Meningkatkan sifat-sifat mekanik (kekerasan, kelunakan, kekuatan,

keuletan)

2. Penghalusan ukuran butir

3. Memperbaiki struktur coran

4. Meningkatkan sifat mampu mesin

5. Mengubah komposisi kimia paduan

6. Mengubah komposisi Permukaan logam

7. Peredaan tegangan (stress relieving)

Proses perlakuan panas bermacam-macam, misalnya pengerasan

(hardening), penemperan (tempering), pelunakan (anneling) penormalan

(normalising), peredaan tegangan (speroidising), karburasi (carburising),

dan nitrasi (nitrading).

Proses perlakuan panas dapat dilaksanakan dengan berbagai alat

pemanas seperti : dapur pemanas terputus, dapur pemanas kontinyu, rotary

hearth furnace, dapur pengapian (gas) langsung, dapur listrik sirkulasi

udara panas (dapur temper), dapur kotak tahanan listrik (muffle furnace),

dapur tabung gas radial, salt bath furnace, fluidised bed furnace, dan dapur

vakum.

I.3.2. Proses Pengerasan Baja

Pengerasan baja adalah proses pemanasan baja hingga suhu pemanasan

tertentu, kemudian ditahan tetap pada suhu itu beberapa lama dan dikuti

dengan pendinginan secara cepat agar diperoleh struktur martensif yang

keras.

Baja yang dimaksud adalah baja karbon yang memiliki kandungan

karbon 0,35-0,6 %, dan baja perkakas (tool steel). Baja dengan kandungan

karbon dibawah 0,35 % tak dapat dikeraskan kecuali dilakukan

penambahan karbon terlebih dahulu melalui proses karburasi.

Suhu pengerasan / suhu austenitisasi / suhu rekristalisasi suatu baja,

besarnya ditentukan berdasarkan pada prosentase kandungan karbon.

Pedoman untuk menentukan suhu pengerasan ini dapat menggunakan

beberapa cara seperti :

a) Diagram besi-besi karbida ( ) untuk baja karbon, seperti

pada Gambar 2; suhu pengerasan berada 30 - 50ºC di atas suhu kritis

(lihat pada bagian yang diarsir).

b) Standar perlakuan panas bahan, misal AISI dsb.

c) Katalok produk (Lampiran 1).

Bila mana menggunakan baja yang tidak di ketahui

spesifikasinya,diupayakan untuk mengetahui kandungan unsur-unsurnya

terlebih dahulu. Prosedur baik yang dapat dilakukan adalah memanaskan

dan mendinginkan spesimen kecil baja pada berbagai suhu dan

menelitikekerasan yang dihasilkan dengan mesin uji kekerasan atau

pegujian mikroskopis.Adanya perubahan kekerasan yang besar dan sifat

mekanik lainnya menunjukkan pilihan suhu telah benar. Cara pengujian

yang cepat menggunakan spektrometer. Selanjutnya komposisi yang

diperoleh disetarakan dengan pedoman diatas. Beberapa jenis baja

perkakas (baja paduan) pada kotalok produk memiliki suhu pengerasan

yang tidak signifikan perbedaannya jika dibandingkan dengan diagram

besi-besi karbida, tetapi baja tertentu menunjukkan suhu yang benar-benar

menyimpang. Para praktikum dipersilahkan membandingkan nilai-nilai

ini.

Proses pemanasan harus dilaksanakan secara terkendali hingga

mencapai suhu pengerasan yang tepat.Makin tinggi suhu pengerasan

makin besar jumlah sisa austenit didalam baja pada suhu kamar yang

berakibat menurunnya kekerasan.Selain itu stuktur martensif yang

dihasilkan menjadi sangat kasar dan sifat nya sangat rapuh.

Waktu penahanan (holding time), ditentukan berdasarkan pada volume

benda dan kecepatan difusi karbon pada baja dalam fasa uastenit.

Pemilihan waktu penahanan yang tepat memberi kesempatan stuktur ferit

(bcc/body centered cubic) pada suhu kamar bertranformasi menjadi

austenit (fcc/face centered cubic) yang memuai sehingga memungkinkan

masuknya atom-atom karbon kedalamnya dapat berlangsungdengan

leluasa dan merata.

Gambar 2. Diagram besi-besi karbida parsial

Terdapat rumus umum dan tabel yang berlaku spesifik untuk katalok

produk tertentu. Sebagai pedoman umum sederhana,untuk ketebalan

kekerasan 1 inchi diperlukan waktu penahanan 1 jam. Beberapa bentuk

sederhana yang digunakan sebagai dasar ukuran ketebalan ditujukkan

seperti Gamabar 3. Waktu penahanan yang terlalu singkat menyebabkan

atom karbon tidak berdifusi secara sempurna, menghasilkan kekerasan

yang rendah. Sebaliknya waktu penahana terlalu lama akan membuat

butiran austenit kasar,meningkatkan jumlah sisa austenit dan menurunkan

harga kekasannya.

Gambar 3. Dimensi yang dirujuk sebagai ketebalan

Pendingan (quenching) dilakukan secara cepat dengan menggunakan

media pendingin seperti air garam (brine), air, minyak dan udara kering

diam atau yang dihembuskan. Pemilihan media pendingin ditentukan dari

hubungan suhu pendingin, lama pendinginan, dan tranformasi yang

dihasilkan. Informasi mengenai hubungan ini dapat diketahui dari diagram

TTT (Temperature – Time – Tranformation) / kurva S / Diagram

Tranformasi Isotermal seperti Gambar 4. Untuk masing-masing jenis baja

bentuk diagram ini berbeda tergantung banyaknya kandungan karbon,

Unsur-unsur pemadu,dan ukuran butiran austenit.

Sebagai pedoman pengesahan, agar hasil yang diinginkan berstuktur

martensit maka kurva pendinginan harus lolos didepan hidung diagram

TTT. Lebar celah di depan hidung dikendalikan oleh adanya unsur-unsur

pemadu seperti : Cr, W, Mo, V, Si, Ni, Mn, Cu, Al. Unsur-unsur pemadu

ini dapat menggeser kurva ke kanan sehingga memungkinkan memilih

media pendingin yang memiliki media pendinginan yang lebih lambat

tanpa memotong kurva. Hal ini dapat meningkatkan kemampuan

mengeraskan pada bagian penampang yang lebih tebal. Pada baja karbon

menurunnya kandungan karbon menggerakkan kurva ke kiri dan

menaikkan awal pembentukan martensit Ms (Ms = Martensite start) dan

akir pembentukan martensite Mf (Mf=Martensite finis).

Gambar 4. Diagram TTT / Isotermal / kurva S

Oleh sebab itu sangatlah sulit memperoleh struktur martensit dari baja

hipoeutektoid. Baja eutektoid mudah dikeraskan. Baja austenit berbutir

halus menggeser kurva kekiri, sehingga lebih sulit megeraskannya

dibanding yang berbutir kasar. Walaupun baja berbutir kasar lebih mudah

mengalami distorsi atau retak ketika didinginkan, sifat mudah dikeraskan

ini merupakan sifat yang sedikit menguntungkan.

Pendinginan yang cepat menyebabkan atom-atom karbon terjebak

didalam struktur austenit, menhasilkan struktur baru martensite (btc/body

centered tetragonal) yng keras pada suhu kamar. Kekerasan martensit

terutama ditentukan oleh banyaknya karbon yang larut atau diserap oleh

austenit. Hubungan kekerasan yang dicapai (HRC) dan %C ditunjukkan

seperti Gambar 5.

Gambar 5 Pengaruh kandungan karbon terhadap kekerasan

Meskipun unsur-unsur pemadu seperti khrom dan vanadium dapat

meningkatkan kedalaman pengerasan, namun kekerasan maksimum tak

akan melebihi kekerasan baja karbon dengan %C yang sama. Apabila

kurva pendinginan memotong hidung diagram TTT, maka akan dihasilkan

struktur perlite dan bainit yang lunak. Dari Gambar 4 kurva pendinginan

untuk pengerasan menyeluruh (center) harus lebih lama dibandingkan

untuk pengerasan permukan (surface). Awal pembentukan martensit Ms

dan akir pembentukan martensit Mf secara empiris ditunjukkan dengan

hubungan :

Ms = 500 – 295 (%C) – 33 (%Mn) – 22 (%Cr) – 17 (%Ni) – 11

(%Si) – 11 (%Mo), dan

Mf = 150 – 200 ºC di bawah Ms.

Atau dalam tabel berikut :

%C 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0 1,2 1,4 1,6

Ms (ºC) +410 +330 +280 +230 +190 +160 +130 +100

Mf (ºC) +300 +160 +40 -60 -100 -130 -160 -180

1.3.3. Penemperan

Tujuan penenemperan produk pengerasan adalah untuk menghilangkan

tegangan dalam, sifat rapuh (brittle), dan menggantikannya dengan sifat

liat walaupun ada sedikit penurunan kekerasan. Temper dilakukan pada

cakupan suhu 150-650ºC tergantung pada sifat-sifat yang diinginkan dan

didinginkan pada suhu kamar. Makin tinggi suhu temper makin turun nilai

kekerasanya, sedang keliatannya meningkat.

Produk yang akan dikeraskan umumnya telah melalui beberapa

pekerjaan permesinan seperti bubut,frais,bor,dsb. Untuk menghilangkan

tegangan dalam yang timbul akibat permesinan ini produk perlu dilakukan

peredaan tegangan terlebih dahulu (lihat Gambar 1).

Pada proses pengerasan timbul tegangan termal dan tegangan

tranformasi. Tegangan termal terjadi jika kecepatan pemanasan pada

proses pengerasan terlalu tinggi. Hal ini dapat diatasi dengan pemanasan

awal (Preheating) secara berlahan –lahan atau bertingkat.Tegangan

tranformasi timbul ketika terjadi tranformasi straktur pada saat pemanasan

dan pendinginan. Untuk menghilangkan tegangan dalam ini dilakukan

penemperan dengan suhu yang sesuai (lihat Gambar 1)

1.3.4 Kegagalan pada proses pengerasan

Kegagalan yang sering terjadi pada proses pengerasan meliputi :

a. Kekerasan rendah, disebabkan oleh :

1. Suhu pengerasan terlalu rendah

2. Suhu pengerasan terlalu tinggi

3. Waktu penahanan terlalu singkat

4. Waktu penahanan terlalu lama

5. Pendingianan terlalu lambat

6. Salah dalam memilih baja

b. Distorsi / berubah bentuk, disebabkan oleh

1. Tegangan permasinan

2. Tegangan termal

3. Tegangan transformasi

c. Retak / pecah, disebabkan oleh

1. Pendinginan terlalu cepat

2. Dekarburasi

3. Desain kurang baik

4. Oli yang tercampur

5. Rusak pada saat pendinginan

6. Salah dalam memilih baja

BAB II

LANGKAH KERJA DAN PERCOBAAN

II.1. DAFTAR ALAT DAN BAHAN

Alata – alat yang digunakan adalah sebagai berikut :

a. Dapur kotak (muffle furnace)

b. Dapur temper

c. Alat uji kekerasan Brineel dan

Rockwell C

d. Bak air dan bak minyak

e. Tang-tang penjepit benda

kerja

f. Tang kecil

g. Kotak arang

Bahan – bahan yang digunakan untuk percobaan adalah sebagai

berikut :

a. EMS 45 / AISI 1045 /DIN 1.1730

b. Special K / AISI D3 / DIN 1.2080

II.2. LANGKAH KERJA

Pelaksanaan praktek dibimbing langsung oleh instuktur.

1. Siapkan 4 macam benda uji dan ujilah kekasarannya dengan metode

brinel, masing-masing sebanyak 3 kali dan hasilnya dirata-rata.Benda uji

ini akan digunakan untuk praktek pengerasan dan temper.

2. Siapkan 4 macam benda uji yang telah dikeraskan dan ujilah

kekerasanya dengan metode Rockwell C, masing-masing sebanyak 3

kali dan hasilnya dirata-rata. Benda uji ini akan digunakan untuk praktek

penganilan.

3. Kelompokkan bahan tadi sesuai dengan media pendingin yang

digunakan. Taruhlah pada wadah sesuai dengan kelompoknya, lalu

masukkan kedalam dapur. Posisikan sedemikian rupa agar wadah-wadah

tadi sangat mudah diambil dengan tang pada saat pendinginan cepat.

4. Panaskan secara bertahap sesuai dengan prosedur seperti pada

lampiran 2. Lakukan penahanan selama 15 menit pada saat suhu

pengerasan tercapai. Sambil menunggu tahap ini, terhadap data

pengujian kekerasan brinel yang telah diperoleh diatas, lakukan

penyetaraan dengan kekerasan Rockwell C dengan tabel atau grafik

penyetaran. Hal yang sama untuk Rockwell C ke dalam brinel.

5. Untuk proses pengerasan, lakukan proses pendinginan cepat dengan

cara membuka pintu dapur,mengambil wadah dengan tang, menutup

pintu dapur, mencelupkan pada air atau minyak; semua dilakukan

dengan cepat. Tidak dicapainya kecepatan ini menyebabkan dekarburasi

akibat oksidasi karbon dengan oksigen sehingga hasil kekerasannya

tidak optimal. Untuk proses anil, keluarkan benda uji dari dapur dan

dinginkan pada suhu kamar atau taruh diatas lantai. Matikan dapur jika

semua benda uji telah diambil.

6. Setelah benda kerja dingin (± 50ºC) ujilah kekerasanya dengan metode

Rockwell C, masing-masing sebanyak 3 kali, dan hasilnya dirata-rata

untuk benda uji yang dikeraskan. Ujilah kekerasanya dengan metode

brinel untuk benda uji yang dilunakkan atau di anil. Pada tahap ini

proses anil selesai.

7. Ikatlah benda uji yang telah dikeraskan masing-masing dengan kawat

dengan menggunakan tang. Ikatlah sedemikian rupa sehingga benda

kerja dapat digantung didalam dapur temper.

8. Masukkan benda uji tadi kedalam dapur temper, dan panaskan dapur

temper pada suhu 200,300,400ºC (pilih salah satu) selama 15 menit.

9. Matiakan dapur, ambillah benda kerja dan dingikan pada suhu kamar.

10. Ujilah kekerasanya dengan metode Rockwell C.

11. Isikan data pengujian kekerasan pada tabel yang telah disediakan.

12. Buatlah analisis terhadap hasil pengerasan dan penemperan.

II.3. KESELAMATAN KERJA

Keselamatan kerja selama bekerja dengan mesin uji kekerasan :

1. Ikutilah prosedur pengoperasian dengan benar, utama terhadap

keselamatan penetrator intan dan bola baja. Kesalahan prosedur dapat

memecahkan penetrator.

2. Hindar penetrator, lensa pembesar, mistar ukur dari benturan dan

goresan.

Keselamatan kerja selama bekerja dengan dapur pemanas :

1. Lakukan pemanasan awal sebelum dapur digunakan.

2. Rencanakan peletakan benda uji sebaik-baiknya agar mudah

diambil.

3. Jangan memasukkan benda cair kedalam dapur.

4. Hati-hati terhadap benda uji yang ditaruh dilantai dalam

keadaan panas.

5. Ambillah benda uji dari air atau minyak betul-betul dalam

keadaan dingin.

6. Jika terjadi mati listrik yakinkan tombol listrik dalam keadaan

OFF.

7. Yakinkan dapur dalam keadaan OFF, dan nolkan peraga suhu.

II.4. PERCOBAAN

Percobaan dilakukan dengan menggunkan bahan baja dari produk

Bohler, berikut ini adalah ketentuan – ketentuan untuk bahan – bahan baja

dari produk Bohler tersebut :

1. Amutit steel / AISI 01 / DIN 1.2510 / JIS SKS3 ( Cold Work Tool Steel)

Komposisi:

Unsur C Si Mn Cr Mo Ni V W

(%) 0,95 0,3 1,10 0,50 - - 0,10 0.50

Suhu anil penuh (ºC) : 760 – 780

Kekerasan anil penuh maksimum (HB) : 223

Suhu pengerasan (ºC) : 780 – 820

Media pendingin : Oli (O), air garam (220 -

250ºC)

Kekerasan setelah dikeraskan (HRC) : 63 – 66

Kekerasan setelah ditemper (HRC) : -

Suhu (ºC) 100 200 300 400 500 600 700

(%) 64 62 58 52 - - -

2. EMS 45 / AISI 1045 / DIN 1.1730 / JIS S45C (Carbon Tool Steel)

Komposisi

Unsur C Si Mn Cr Mo Ni V W

(%) 0,45 0,30 1,70 - - - - -

Suhu anil penuh (ºC) : 680 – 710

Kekerasan anil penuh maksimum (HB) : 190

Suhu pengerasan (ºC) : 800 – 830

Media pendingin : Air (W)

Kekerasan setelah dikeraskan (HRC) : 58

Kekerasan setelah ditemper (HRC) : -

Suhu (ºC) 100 200 300 400 500 600 700

(%) 58 54 48 - - - -

BAB III

DATA DAN ANALISIS HASIL PERCOBAAN

III.1. DATA PERCOBAAN PENGERASAN

NONama Bahan

Kekerasan sebelum

dikeraskanHRC

Kekerasn setelah di keraskan

HRC

Waktu(menit)

Kekerasan setelah

distemperHRC

Waktu (menit)

1 AMS 1 13 20,34 5 7 10

2 AMS 2 15,34 23,67 10 11,34 10

3 EMS 1 9,66 18,67 5 4,5 10

4 EMS 2 13 26,33 10 15,33 10

Catatan:

1. Pengujian kekerasan merupakan harga rata-rata.

2. Pengerasan dilakukan pada suhu 600 – 800 oC

3. Penemperan dilakukan pada suhu 400 oC

GRAFIK PENGERASAN

III.2. ANALISIS PERCOBAAN

Pada proses pengerasan, kenaikan kekerasan benda terlalu sedikit,

mungkin bisa disebabkan prosedur pengerasan yang salah.

Penyebab lain yaitu pada proses pemanasan benda kerja diletakkan

pada tepi dapur pemanas, kurang menjorok ke dalam.

Pengaruh lain kurangnya peningkatan kekerasan yaitu pendinginan

yang kurang cepat.

Setalah proses pengerasan, kekerasan bendda meningkat,

dibandingkan sebelum dikeraskan.

Pada proses penemperan, kekerasan menurun dibandingkan

sebelumnya.

BAB IV

PENUTUP

IV.1. KESIMPULAN

1. Kekerasan benda setelah dikeraskan meningkat, dan akan menurun

kembali setelah benda distemper.

2. Untuk proses pengerasan suhu pemanasan dilakukan pada kisaran 600

– 800 oC.

3. Dan untuk proses penemperan suhu pemanasan dilakukan pada kisaran

200 – 400 oC.

4. Pada proses pengerasan, setelah benda di panaskan harus didingin

sesegera munkin atau secepat mungkin, untuk memperoleh hasil yang

optimal

IV.2. SARAN

1. Pastikan dalam pembacaan nilai kekerasan sebelum dan sesudah

pengujian dilakukan benar – benar tepat.

2. Proses pendinginan harus dilakukan secepat mungkin, kecuali pada

proses penganilan yang dilakukan dengan udara kamar.

3. Perhatikan keselamatan kerja yang telah diuraikan pada bab

sebelumnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Monk, H.A. and D.C. Rcchester, 1980, Technician Metalurgical

Proces Technology 2, Cassel, London

2. Raghavan, V, 1979, Materials Science and Engineering, PHI,

New Delhi

LAPORAN PRAKTIKUM

HEAT TREATMENT

Disusun oleh:

ME2C

1. Tri Daryanto NIM : 3.21.07.2.23

2. Wiji Susilo NIM : 3.21.07.2.24

3. Yuli Kurniawan NIM : 3.21.07.2.25

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2009