1. Terangkan apa yang dimaksud dengan Heat Treatment ?

Perlakuan Panas (Heat Treatment) adalah proses pemanasan dan pendinginan logam

dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat mekaniknya dan selain itu mengubah

struktur kristal dari pada baja agar diperoleh sifat mekanik sesuai dengan keinginan.

2. Terangkan 3 jenis Heat Treatment pada baja karbon ?

- Pelunakan (Softening) : adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar

menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan

didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka

(normalizing). Contoh : annealing, normalizing dan tempering.

- Pengerasan (Hardening) : adalah usaha untuk meningkatkan sifat material

terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang sudah

dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam maupun oli.

Contoh : Surface Hardening dan Quenching.

- Pengerasan Permukaan Luar (Carbuzing) : adalah cara pengerasan permukaan

luar dari suatu material baja atau besi kadar karbon rendah agar menjadi keras

pada lapisan luar atau memiliki kadar karbon tinggi pada lapisan luarnya.

Biasanya suhu pada proses karburasi adalah 1700 F. Setelah proses pendinginan

maka pada permukaan baja dapat dilihat dengan mikroskop bahwa terdapat

bagian-bagian hypereutectoid, zona yang terdiri dari jaringan perlit dan jaringan

sementit yang putih, diikuti zona eutectoid, hanya terdiri dari perlit dan yang

terakhir adalah zona hypoeutectoid, yang terdiri dari perlit dan ferrit, dimana

jumlah ferrit meningkat hingga pusat dicapai. Contoh : Karburasi Padat (Pack

Carburizing), Karburasi Gas (Gas Carburizing), dan Karburasi Cair (Liquid

Carburizing).

3. Apa yang dimaksud dengan diagram phase dan apa yang dimaksud dengan phase ?

Diagram Phase adalah grafik yang mempresentasikan kondisi suatu phase didalam

suatu sistem material pada temperatur, tekanan, dan komposisi yang berbeda.

Sementara itu, Phase adalah daerah dimana struktur dan atau komposisinya berbeda

dengan daerah lain pada suatu mikrostruktur material.

4. Sebutkan fungsi dari diagram phase ?

- Untuk menunjukkan phase apa yang terbentuk pada komposisi dan temperatur

yang berbeda dengan laju pendinginan yang sangat lambat (equilibrium).

- Untuk menunjukkan kelarutan suatu elemen terhadap elemen lain.

- Untuk menunjukkan temperatur pembekuan pada masing-masing phase.

- Untuk menunjukkan temperatur melting pada masing-masing phase.

5. Gambarkan diagram phase Fe-Fe3C dan terangkan dengan singkat dan jelas ! Kenapa

disebut diagram Fe-Fe3C ?

6. Terangkan perkembangan phase dari proses pendinginan austenite ke temperatur

dibawah temperatur eutectoid pada baja eutectoid !

- Jika baja eutectoid dengan kadar C=0,8 % didinginkan dari suhu misal 800 C

sampai suhu kamar, maka akan terjadi serangkaian perubahan fasa (transformasi

fasa) seperti pada gambar 1.3 di bawah.

Saat suhu mencapai 723 C, reaksi eutectoid terjadi menurut persamaan : = +

Fe3C

Stuktur mikro yang terbentuk berupa lapisan a (ferrite) dan cementite (Fe3C). Struktur ini

dinamakan perlit (pearlite). Struktur perlit ini disebabkan karena perbedaan konsentrasi C

antara fasa (0,8 %C), ferit (0,02 %C) dan cementite (6,7 %C) sehingga terjadi difusi.

Atom-atom karbon pada ferit akan bergerak menuju interface/batas antara Fe3C/

sehingga membentuk fasa Fe3C.

7. Terangkan perkembangan phase dari proses pendinginan austenite ke temperatur

dibawah temperatur eutectoid pada baja hypoeutectoid !

- Baja hypoeutectoid adalah baja dengan kadar C antara 0,02-0,76 %. Jika baja

dengan kadar Co = 0,4 %C didinginkan dan suhu 900 C (titik a) pada gambar 1.4

maka akan terjadi perubahan struktur mikro sbb :

Pada suhu 900 C, baja dalam bentuk austenit. Jika suhunya turun sampai titik b,

ferit mulai tumbuh pada butir austenit. Ferit ini dinamakan proeutectoid ferrite.

Pendinginan selanjutnya pada suhu c menyebabkan bertambahnya jumlah

proeutectoid ferrite sampai semua batas butir austenit dipenuhi proeutectoid

ferrite. Pada suhu di bawah 723 C (titik d), sisa austenit berubah menjadi perlit

menurut reaksi : = + Fe3C (perlit)

Jadi struktur akhir berupa ferit pada batas butir (proeutectoid ferrite) dan perlit.

8. Terangkan perkembangan phase dari proses pendinginan austenite ke temperatur

dibawah temperatur eutectoid pada baja hypereutectoid !

- Baja hypereutectoid adalah Baja dengan kadar C antara 0,8-2,14 %. Perubahan

fasa yang terjadi selama pendinginan dapat dijelaskan sbb :

Pada titik a, baja hypereutectoid berada dalam bentuk austenit. Jika suhu turun

sampai titik b, cementite (Fe3C) mulai terbentuk sepanjang batas butir austenit.

Pada titik b, jumlah cementite bertambah sampai batas butir austenit tertutupi oleh

cementite. Di bawah suhu eutectoid, sisa austenit akan berubah menjadi perlit.

Hasil

akhir berupa cementite yang terbentuk sebelum reaksi eutectoid (dinamakan

proeutectoid cementite) dan perlit.

9. Bagaimana pengaruh kandungan karbon terhadap kekuatan tarik dan kekerasan baja

menurut diagram Fe-Fe3C ? Terangkan dan jelaskan !

- Baja Karbon Rendah

Baja ini mempunyai kandungan C antara 0,10 sampai 0,25 % dan kurang sensitif

terhadap perlakuan panas sehingga untuk meningkatkan kekuatannya dilakukan

pengerjaan dingin (cold work). Struktur mikro baja ini berupa ferit dan perlit

sehingga mempunyai keuletan dan ketangguhan yang baik. Selain itu, baja ini

mempunyai sifat mampu mesin (machinability) dan sifat mampu las (weldability)

yang baik. Berdasarkan kandungan C, baja paduan rendah kekuatan tinggi atau

high strength low alloy steel (HSLA) dapat dikelompokkan ke dalam baja karbon

rendah. Baja HSLA mengandung tembaga (Cu), vanadium (V), nikel (Ni) dan

molybdenum (Mo) dengan konsentrasi tidak lebih dari 10 %.

- Baja Karbon Sedang

Kandungan C pada baja ini sekitar 0,25-0,60 %. Kekuatan baja ini dapat

ditingkatkan dengan cara memberi perlakuan panas dengan cara pemanasan

sampai fasa austenit, quenching dan tempering.

- Baja Karbon Tinggi

Kandungan C pada baja ini sekitar 0,60-1,4 % sehingga bersifat keras, kekuatan

tank tinggi tetapi kurang ulet. Sebelum dipakai, baja ini biasanya diperkeras dan

di- temper sehingga menghasilkan baja tahan aus. Baja ini banyak digunakan

untuk alat iris. Karena persentase C yang tinggi maka pada baja ini biasanya

terbentuk karbida seperti Cr23C6, V4C3 dan WC.

10. Sebutkan hal-hal penting yang harus diketahui sebelum melakukan heat treatment

pada suatu logam, jelaskan !

- Persiapan Bahan

- Persiapan Pengujian Bahan Sebelum Proses Heat treatment

- Persiapan Pengujian Kekerasan

- Persiapan Pengujian Magnetis

11. Terangkan perbedaan antara diagram TTT dan CCT !

- Time Temperature Transformations (TTT) Diagrams

Mengukur laju transformasi pada temperatur konstan. Dengan kata lain sampel

adalah austenitised dan kemudian didinginkan dengan cepat ke suhu yang lebih

rendah dan suhu yang diadakan di sementara laju transformasi diukur, misalnya

dengan dilatometry. Jelas sejumlah besar percobaan diperlukan untuk membangun

sebuah diagram TTT lengkap.

- Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagrams

Mengukur sejauh mana transformasi sebagai fungsi waktu untuk suhu yang terus

menurun. Dengan kata lain sampel adalah austenitised dan kemudian didinginkan

pada tingkat yang telah ditetapkan dan derajat transformasi diukur, misalnya

dengan dilatometry. Jelas sejumlah besar percobaan diperlukan untuk membangun

sebuah diagram CCT lengkap.

12. Terangkan dengan diagram TTT pembentukan phase martensite pada baja eutectoid !

13. Perkirakan dan jelaskan dengan diagram TTT dengan pembentukan suatu phase jika

pendinginannya sangat lambat (annealing) dan sebutkan phase yang terjadi pada baja

hypoeutectoid !

14. Perkirakan dan jelaskan dengan diagram TTT dengan pembentukan suatu phase jika

pendinginannya sangat lambat (annealing) dan sebutkan phase yang terjadi pada baja

hypereutectoid !

15. Apa yang dimaksud dengan phase spheroidite pada baja karbon dan bagaimana

perlakuan panasnya untuk membentuk phase tersebut !

- Phase spheroidite adalah phase pada baja karbon yang banyak mengandung

Cementite (Fe3C).

- Bahan dipanaskan tepat di bawah temperatur eutektoid, yang memungkinkan

sementit membentuk partikel spheroid

16. Terangkan apa yang dimaksud dengan proses tempering pada baja ? apa maksud dari

proses tempering tersebut ?

- Proses tempering dilakukan dengan cara memanaskan baja yang telah dicelup

(struktur martensit) di bawah suhu eutectoid sehingga menjadi lunak dan ulet.

Proses quenching-tempering seperti pada gambar.

Proses tempering adalah pemanasan baja sampai temperature sedikit di bawah

temperature kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan

sampai merata selama 15 menit. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin.

Jika kekerasan turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalamhal ini keuletan dan

ketangguhan baja akan meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan baja

yang lebih lemah. Proses ini berbeda dengan anneling karena dengan proses ini

belum tentu memperoleh baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini

tergantung oleh kadar karbon.

17. Jelaskan dua jenis proses tempering dan masing-masing terangkan !

- Austempering

Austempering adalah proses perlakuan panas isothermal yang menghasilkan

struktur mikro berupa bainit. Austempering dilakukan dengan cara memanaskan

baja sampai terbentuk austenit kemudian dicelup ke dalam garam cair (salth bath)

pada suhu di atas suhu terbentuknya martensit (Ms), ditahan beberapa lama

kemudian didinginkan di udara.

Proses austemper pada baja karbon eutectoid

Austempering biasanya digunakan sebagai pengganti perlakuan quenching

tempering untuk :

a. meningkatkan keuletan dan ketangguhan

b. menghindari terjadinya retak dan distorsi karena quenching

- Martempering (Marquenching)

Martempering merupakan modifikasi dari perlakuan quenching dan bertujuan

untuk mengurangi terjadinya distorsi.

Perlakuan martempering terdiri dari : (1) pemanasan sampai fasa austenit diikuti

dengan (2) pencelupan ke dalam minyak panas atau garam cair sedikit di atas atau

di bawah suhu MS dan (3) ditahan pada suhu konstan beberapa lama tetapi belum

sampai terjadi reaksi bainit dan akhirnya (4) pendinginan udara pada laju yang

sedang untuk mengurangi beda suhu di bagian permukaan dan tengah benda uji.

18. Terangkan apa yang dimaksud hardenability ? Bagaimana cara untuk mengetahui

hardenability suatu baja ?

- Hardenability didefinisikan sebagai (1) kemampuan baja untuk membentuk

martensit pada proses pencelupan atau (2) sifat baja yang menentukan kedalaman

dan distribusi kekerasan pada proses quenching.

Hardenability dapat diukur dengan metode Grossmann atau Jominy End Quench

Test.

a. Metode Grossmann

Pada metode ini, hardenability diukur dengan mencelupkan spesimen

berbentuk silinder dengan diameter yang bervariasi ke dalam media

quenching setelah pemanasan sampai fasa austenit. Batang silinder dengan

50 % martensit di bagian tengah digunakan acuan sebagai diameter kritis,

Do yang disebut juga diameter aktual. Diameter kritis aktual ini tergantung

pada laju pendinginan saat pencelupan atau jenis media quenching, misal

air atau minyak sehingga Do tidak mempunyai nilai mutlak untuk

menyatakan hardenability. Untuk menghilangkan variabel ini maka semua

pengukuran hardenability didasarkan pada pencelupan ideal dan diameter

yang diperoleh dinamakan diameter kritis ideal (Di).

. Kekerasan pada penampang lintang batang Baja yang dicelup

dengan pada diameter yang berbeda

b. Metode Jominy End Quench Test

Pengukuran hardenability dengan metode Grossmann sangat rumit dan

membutuhkan banyak biaya sehingga dipakai cara lain yaitu Jominy End

Quench.

Pengujian hardenability menurut metoda Jominy

Pada pengujian ini digunakan spesimen dalam bentuk silinder dengan

diameter 1inch dan panjang 4 inch. Setelah proses austenitisasi, sampel

dengan cepat ditempatkan pada posisi menggantung diikuti dengan

semprotan air pada salah satu ujungnya. Setelah pendinginan selesai,

permukaan silinder dibuat datar untuk pengujian kekerasan sebagai fungsi

dari jarakyang diukur dari ujung yang di-quench. Pengujian hardenability

pada berbagai jenis baja seperti terlihat pada gambar.

Kurva hardenability untuk baja paduan dengan 0,40 %C

Baja 4340 mempunyai hardenability yang baik karena dapat

mempertahankan kekerasan pada jarak 2 in sedangkan pada baja 1040 nilai

kekerasan turun drastis pada jarak 3/4 in sehingga hardenability-nya tidak

baik. Perubahan nilai kekerasan sepanjang jarak dari ujung yang di-quench

dapat dinyatakan dengan diagram CCT.

19. Terangkan dengan singkat dan jelas bagaimana pengaruh salah satu unsur paduan

terhadap hardenability ?

- Hardenability dipengaruhi oleh unsur paduan. Karbon dapat meningkatkan

hardenability akan tetapi jika persentasenya tinggi dapat menurunkan ketangguhan

sehingga baja sukar dimesin dan kemungkinan terjadinya retak dan distorsi saat

perlakuan panas dan pengelasan menjadi tinggi. Peningkatan hardenability yang

paling ekonomis yaitu dengan memberikan mangaan (Mn) sebesar 0,6% sampai

1,4 %. Chromium (Cr) dan molybdenum (Mo) juga efektif dalam meningkatkan

hardenability. Boron mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap

hardenability dimana penambahan B sebesar 0,001 % dapat meningkatkan

hardenability baja. Hardenability tinggi tidak selalu diinginkan terutama untuk alat

iris atau komponen mesin lainnya yang membutuhkan permukaan yang keras dan

tahan aus serta ketangguhan yang baik di bagian dalam (inti).

20. Terangkan dengan jelas apa yang dimaksud dengan precipitation hardening dan

sebutkan tahapan prosesnya !

- Proses pemanasan kembali bahan yang telah dikeraskan, Suhu pemanasannya

relatif rendah yaitu dibawah suhu transformasi eutektoid. Tujuannya adalah untuk

mengurangi kekerasan bahan sehingga keuletan (ketangguhan) bahan tersebut

dapat naik. Prosesnya yaitu seperti,

a) Solution heat treatment : yaitu memanaskan paduan hingga diatas solvus

line.

b) Rapidly colled : Mendinginkan kembali dengan cepat (quenching)

c) Aging (precipitation heat treating) : menahan pada suatu temperatur

tertentu (temperatur kamar atau temperatur dibawah solvus line) selang

waktu tertentu.

21. Apa yang dimaksud dengan natural aging dan artificial aging pada precipitation

hardening ?

- Natural Aging : memanaskan kembali larutan lewat jenuh itu ke temperatur di

bawah garis solvus dan dibiarkan pada temperatur kamar selama beberapa saat.

- Artificial Aging : Bila aging temperatur terlalu tinggi dan atau aging time terlalu

panjang maka partikel yang terjadi akan terlalu besar (sudah mikroskopik)

sehingga effek penguatannya akan menurun bahkan menghilang sama sekali, dan

ini dinamakan over aged.

22. Bagaimana pengaruh aging time terhadap kekuatan ? jelaskan alasan anda !

Suhu dan waktu aging yang lebih tinggi, proses terjadinya presipitasi lebih cepat

kemudian diikuti dengan pelunakan, sedangkan suhu dan waktu aging yang lebih

rendah proses terjadinya presipitasi terbentuk dalam jangka waktu yang lebih lama

tetapi dihasilkan struktur yang baik.

23. Terangkan kenapa cast iron tidak dapat diklasifikasikan menurut kadar karbon seperti

halnya pada baja ?

Karena Cast Iron mengandung karbon lebih dari 2 4 % C dan 1 3 % Si, serta

element lainnya seperti: Mangan, Sulfur, dan Fosfor. Besi tuang diklasifikasikan lebih

lanjut berdasarkan struktur mikro dan sifat-sifatnya ke dalam besi tuang kelabu (grey

cast iron), besi tuang ulet atau nodular (ductile or nodular cast iron), besi tuang putih

(white cast iron), besi tuang mampu tempa (malleable cast iron). Sedangkan Baja

adalah salah satu jenis logam paduan besi karbon terpenting dengan prosentase berat

karbon hingga 2,11% dan tidak ada penambahan elemen-elemen lain selain Karbon.

Baja karbon diklasifikasikan menjadi baja karbon (1) rendah (low), (2) sedang

(medium), dan (3) tinggi (high) berdasarkan kadar karbon-nya.

24. Bandingkan kekerasan baja karbon tinggi dengan white cast iron dan terangkan

dengan jelas dan benar !

- Baja Karbon tinggi mengandung karbon antara 0,70% hingga 1,5%, memiliki

angka kekerasan sekitar 200-230 HB.

- Besi tuang putih (white cast iron) mengandung kadar silikon rendah, dimana pada

saat pemadatan besi carbida membentuk graphite di dalam ikatan matrix. Pada

besi tuang non-paduan strukturnya berbentuk pearlite. Besi tuang putih (white cast

iron) memiliki angka kekerasan antara 400 hingga 600 HB dengan tegangan

tariknya 270 N/mm2 dan masih dapat ditingkatkan melalui penurunan kadar

karbon sebesar 2,75 sampai 2,9 % menjadi 450 N/mm2. Proses machining untuk

besi tuang putih ini hanya dapat dilakukan dengan penggerindaan (grinding).

25. Bandingkan kekerasan baja karbon tinggi dengan gray cast iron dan terangkan dengan

jelas dan benar !

- Baja Karbon tinggi mengandung karbon antara 0,70% hingga 1,5%, memiliki

angka kekerasan sekitar 200-230 HB.

- Besi tuang kelabu (grey cast iron) mengandung unsur graphite yang berbentuk

serpihan sehingga memiliki sifat mampu mesin (machinability) serta masuk dalam

jajaran British Standards, yang membedakan jenis dari besi tuang kelabu ialah

nilai tegangannya Angka kekerasan dari Besi tuang ini ialah antara 155 HB

sampai 320 HB tergantung tingkatannya. besi tuang kelabu (grey cast iron)

digunakan dalam pembuatan crankcases, machine tool bed, brake drums, cylinder

head dan lain-lain.

26. Apa yang dimaksud dengan wear ? dan bagaimana cara menanggulanginya jika hal

tersebut terjadi pada suatu baja ? terangkan !

- Wear adalah adalah hilangnya material dari permukaan yang disebabkan oleh

interaksi dengan permukaan atau bahan lain.

No. Penyebab Wear Cara menanggulangi

1 (Abrasive wear) Adanya dua

permukaan yang saling

Melakukan pelumasan untuk

meningkatkan waktu pakai dan

bergesekan antara material lunak

dan material padat

produktifitas

2 (Adhesive wear) Adanya

interaksi mekanik permukaan

yang bergerak slidding dan

dibebani

Mengurangi kegagalan bantalan

premature dan waktu kerusakan mesin

3 (Corrosive wear) Adanya

pelepasan atau pengoyakan salah

satu material

Memperhatikan keperluan dan

kapasitas penggunaan dan pemilihan

pompa dan memilih spesifikasi

pompa yang tepat

4 (Oxidative wear) Bila suatu

partikel keras (asperity) dari

material tertentu meluncur pada

permukaan material lain yang

lebih lunak sehingga terjadi

penetrasi atau pemotongan

material yang lebih lunak

Menjaga bearing agar tetap berputar

pada poros nya sesuai dengan standar

5 (Fatigue wear) Adanya interaksi

permukaan dimana permukaan

yang mengalami beban berulang

dan mengarah pada pembentukan

retak mikro

Melakukan maintenance pada bearing

dan poros pada saat beroperasinya

mesin

6 (Diffusive wear) Adanya gas dan

cairan yang membawa partikel

padatan yang membentur

permukaan material

Menyetel celah sempit pada cincin

perapat agat gesekan tidak terlalu

besar pengaruhnya

7 (Flow wear) Adanya perpindahan

material dari permukaan suatu

objek melalui kontak dengan

permukaan objek lain yang

bergerak relatif satu sama lain

Memperbaiki bagian yang terjadi

kontak dengan yang baru jika yang

lama sudah tak memungkinkan

dipakai lagi