Laporan Praktikum Martha
-
Upload
martha-a-afrianto -
Category
Documents
-
view
304 -
download
11
Transcript of Laporan Praktikum Martha
TUGAS METALURGI II“ PENGUJIAN METALOGRAFI
BAJA 1020”
Disusun oleh :
Martha A. Afrianto
2710 100 021
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh
NopemberSurabaya
2011BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Metallography adalah suatu metode untuk menyelidiki struktur logam
dengan menggunakan mikroskop optis dan mikroskop elektron. Struktur/gambar
logam yang terlihat melalui mikroskop disebut mikro struktur. Pengamatan
metalografi dengan mikroskop umumnya dibagi menjadi dua yaitu :
Metalografi Makro : yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran 10-
100 kali
Metalografi Mikro :yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran di
atas 100 kali
Pada gambar ini terlihat daerah lingkup ukuran mikro struktur logam yang
umumnya diamati dengan mikroskop.
Dari gambar 1 ternyata bahwa penyelidikan mikro struktur tersebut
berkisar antara 10-6 cm (batas kemampuan elektron mikroskop hingga 10-2 cm
batas batas kemampuan mata manusia). Meskipun daerah lingkup pengamatan
metallograpy ini mencakup suatu daerah yang luas (10-6 - 10-2 cm) namun
demikian obyek pengamatan yang biasanya digunakan yaitu 10-5 cm atau order
pembesar 5.000 - 30.000 kali untuk mikroskop electron dan 10-3 cm atau order
pembesaran 100 - 1000 kali untuk mikroskop optis.
I.2 Tujuan
Percobaan metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro
suatu baja karbon 1020.
BAB II
DASAR TEORI
II.1 Metallography
Pengamatan Metallography didasarkan pada perbedaan intensitas sinar
pantul permukaan logam yang masuk kedalam mlkroskop sehingga terjadi gambar
yang berbeda (gelap, agak terang, terang). Apabila terhadap permukaan logam
yang telah dihaluskan (polish) dicelupkan kedalam suatu media kimia (etsa), maka
permukaan logam tersebut akan dilarutkan.
Mikro struktur yang berbeda akan dilarutkan dengan kecepatan yang
berbeda sehingga meninggalkan bekas permukaan dengan orientasi sudut yang
berbeda pula. Dengan demikian apabila seberkas sinar dikenakan pada permukaan
logam yang telah di test maka sinar tersebut akan dipantulkan sesuai dengan
orientasi sudut permukaan yang terkena.
Agar permukaan logam dapat diamati secara metallography maka terhadap
permukaan tersebut. Terlebih dahulu dilakukan persiapan berikut :
1. Pemotongan spesimen
2. Mounting spesimen (bila diperlukan)
3. Grinding dan polishing
4. Etsa.
Setelah permukaan spesimen dietsa maka spesimen tersebut siap untuk
diamati dibawah mikroskop dan pengambilan foto metallography.
II.2 Baja Karbon
Menurut komposisi kimianya baja dapat dibagi menjadi dua kelompok
besar yaitu baja karbon (baja tanpa paduan, plain carbon steel dan baja paduan)
Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung sejumlah
unsur lain selain besi dan karbon. Baja karbon masih mengandung sejumlah unsur
lain, tetapi masih dalam batas – batas tertentu yang tidak banyak berpengaruh
terhadap sifatnya. Unsur – unsur ini biasanya merupakan ikutan yang berasal dari
proses pembuatan besi / baja seperti mangan dan silicon, dan beberapa unsur
pengotor seperti belerang, phosphor, oksigen, nitrogen, dan lain – lain yang
biasanya ditekan sampai kadar sangat kecil. Umumnya baja karbon (Plain Carbon
Steel) diklasifikasikan menjadi baja karbon rendah, baja karbon menengah, baja
karbon tinggi.
Baja karbon rendah (Low Carbon Steel / Mild Steel), kadar karbon
sampai 0,3%. Strukturnya terdiri dari ferrit dan sedikit perlit, sehingga baja ini
kekuatanya relative rendah, linak, tetapi keuletannya tinggi, mudah dibentuk dan
dimachining. Baja ini tidak dapat dikeraskan (kecuali dengan pengerasan
permukaan).
Baja karbon menengah (Medium Carbon Steel), kadar karbon 0.3% -
0,7%. Masih terdiri dari ferrit dan perlit juga, dengan perlit cukup banyak,
sehingga baja ini lebih kuat dank eras serta dapat dikeraskan, tetapi getas. Baja
Karbon Tinggi (High Carbon Steel), kadar karbon lebih dari 0,7% lebih kuat dan
lebih keras lagi, tetapi keuletan dan ketangguhannya rendah.
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
III.1 Alat dan Bahan
III.1.1 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan pada uji metalografi adalah spesimen baja karbon
AISI 1020
III.1.2 Peralatan
Peralatan yang digunakan pada kerja bangku antara lain:
1. Alat Pemotong
2. Hand grinding dengan kertas gosok masing-masing grid 180, 240, 400,
600, 800, 1000, 1500, 2000
3. Etching reagen antara lain Nital (NaOH,HNO3)
4. Mikroskop optis dengan kamera pengambil foto metalografi sampai 500
kali
5. Resin dan katalis
6. Metalpolish
7. Kain Beludru
III.2 Prosedur Kerja
Untuk mengetahui struktur mikro pastinya harus dilakukan preparasi spesimen
dengan cara :
1. Pemotongan Spesimen
Menurut ketentuan ukuran spesimen mempunyai luas permukaan antara ½
s/d 1 in2 atau diameter ¼ s/d 1 in. Dengan alasan lebih kecil atau lebih besar dari
ketentuan diatas akan sulit pada proses grinding dan polishingnya. Cara
memotong spesimen sedemikian rupa sehingga permukaanya harus rata dan harus
untuk menudahkan proses grinding dan polishingnya. Bila setelah dipotong,
spesimen belum rata, dapat dikikir atau digerinda duduk untuk menghaluskan
spesimen tersebut. Proses pemotongan ini harus dilakukan dengan disiram
menggunakan media pendingin misalnya air. Untuk menghidari rusaknya struktur
kristal dari spesimen akibat overheating (panas yang timbul selama pemotongan),
juga harus dihindari kerusakan spesimen karena sebab - sebab mekanis atau
sebab-sebab lainnya.
2. Mounting spesimen
Mounting yang dipilih pada spesimen ini adalah dengan menggunakan
resin. Tujuan dimounting adalah untuk memudahkan pemegangan spesimen
dalam proses grinding dan polishing juga menghindarkan panas pada tangan
akibat spesimen yang panas karena gesekan. Spesimen yang telah dipotong sesuai
ukuran, dimasukkan ke cetakan resin. Resin diracik dengan menuangkan beberapa
resin secukupnya pada wadah yang lain. Kemudian ditambahkan katalis
secukupnya. Diaduk sampai rata, langsung dituang kedalam cetakan yang sudah
ada spesimennya. Ditunggu sampai resin mengeras. Setelah mengeras, spesimen
yang sudah diresin dapat dikeluarkan dari cetakan.
3. Grinding dan Polishing
Setelah spesimen diresin, spesimen mudah untuk dipegang dan tidak akan
panas saat digrinding dan polishing.
Spesimen digosok pada hand grinder, kalau permukaannya masih kasar
digosok lebih dahulu dengan kertas gosok dengan grid 180 dan 240. Hand
grinding dilakukan untuk kertas gosok dengan grid di bawah 1000 yaitu
180, 240, 400, 600, 800. Untuk grid 1000, 1500, 2000 menggunakan
mesin grinding.
Spesimen ditelungkupkan dan digosokkan pada kertas gosok yang dialiri
air. Gerakan penggosokkannya menjauh dan mendekat (maju-mundur)
terhadap operator (penggosok)
Setelah terjadi garis-garis goresan yang sejajar dan merata spesimen dicuci
dengan air, sebelum digosokkan pada kertas gosok grid berikutnya.
Untuk pindah ke grid selanjutnya, arah garis garis goresannya harus saling
tegak lurus dengan sebelumnya, artinya goresan dari grid 240 goresan
dengan grid 400 dan seterusnya.
Setelah melalui Grinding process sampai kehalusan 2000 grid, permukaan
spesimen dicuci dengan air dan alkohol kemudian dikeringkan dengan soft
tissue.
Kemudian di polish dengan menggunakan beludru yang di pasang pada
mesin polishing. Spesimen diolesi dengan metalpolish agar mengkilat.
Kemudian di polish.
4. Mengetsa (Etching)
Proses etsa digunakan untuk mendapatkan ganbaran yang nyata dari
struktur logam melalui mikroskop metallurgi. Dilakukan dengan cara mencelup
tissue ke larutan nital (campuran NaOH dengan HNO3 dengan perbandingan 3:1).
Setelah itu tissue yang basah tersebut di usapkan ke permukaan spesimen kurang
lebih 4 kali pengusapan. Jika terlalu lama diusap maka spesimen akan gosong
karena korosinya terlalu dalam. Mengetching merupakan mengkorosikan
spesimen. Korosi yang kita perlukan hanya sampai batas butir. Oleh karena itu
tidak boleh terlalu lama proses pencelupannya. Dietching dapat mengkorosikan
tepat sampai batas butir karena batas butir merupakan tempat yang mempunyai
tegangan yang paling tinggi sehingga energinya paling tinggi oleh karena itu akan
5. Pengamatan Metallography dan Pengambilan Foto
Spesimen yang telah di etsa selanjutnya diamati dibawah mikroskop dengan
pembesaran 50x, 100x, 200x, dan 500x. Kemudian dilakukan pengambilan
(pemotretan) foto metallography. Saat pengambailan foto dicari daerah yang
bagus dan fokus untuk mempermudah pengamatan.
III.3Hasil Pengujian
Gambar 1 : perbesarn 20 kali
Gambar 2 : perbesarn 50 kali
Gambar 3 : perbesarn 100 kali
Baja karbon rendah atau sangat rendah, seperti telah dijelaskan
sebelumnya, banyak digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran,
misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen - komponen
otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi
sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di dalam baja yang bersifat
lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki kadar karbon di bawah
komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir seluruhnya ferrite. Pada
lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah atom karbon-
nya bahkan masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat ferrite
seluruhnya hingga batas kelarutannya di dalam larutan padat ferrite, penambahan
karbon berpengaruh terhadap sifat-sifat mekanik lembaran. Pada kadar karbon
lebih tinggi akan mulai terbentuk endapan cementite atau fase pearlite pada batas
butirnya sebagaimana terlihat pada Gambar 3-7.
Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :
a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan
teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini
mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.
b. Austenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =
kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.
c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik,
Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.
d. Perlit : adalah suatu campuran lamellar dari ferrite dan cementite. Konstituen
ini terbentuk dari dekomposisi Austenite melalui reaksi eutectoid pada keadaan
setimbang, di mana lapisan ferrite dan cementite terbentuk secara bergantian
untuk menjaga keadaan kesetimbangan komposisi eutectoid. Pearlite memiliki
struktur yang lebih keras daripada ferrite, yang terutama disebabkan oleh
adanya fase cementite atau carbide dalam bentuk lamel-lamel.
e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus
pusat badan).
Tabel Komposisi Kimia AISI 1020
Tabel Sifat Mekanik AISI 1020
BAB IV
PEMBAHASAN
Pengujian metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro
pada suatu baja karbon AISI 1020. Spesimen yang digunakan adalah baja AISI
1020 yang merupakan bagian dari baja karbon menengah.
Berikut ini gambar spesimen yang sudah digrinding ,dipolishing, dan sudah
dietsa
Ferrit
Perlit
Gambar 7: salah satu spesimen baja AISI 1020 (perbesaran 50 kali)
1. Baja karbon rendah/ low carbon steel/ mild stell :
Kandungan C = 0.1 – 0.2%
Penggunaan untuk bahan konstruksi, seperti :
Besi plat
Besi strip
Besi siku
Besi beton, dll
Gambar 8: Stuktur mikro AISI 1020 perbesaran 200x
Berdasarkan perhitungan didapatkan struktur mikro 89,88% perlit dan 10,12
% cementit. Untuk mengetahui kadar karbon dapat dilakukan perhitungan
menggunakan Lever Rule sebagai berikut :
Perlit (P) Karbon (X) Cementit (C)
Perlit = C-X
C-P
0,8988 = 6,67-X
6,67-0,8
5,275956 =6,67-X
X =6,67-5,275956
X = 1,39 %
Jadi kadar karbon dalam spesimen mata bor yang dilakukan uji metalografi sebesar 1,39%.
Dari gambar diatas diketahui bahwa pada perbesaran 200x dan 500x
struktur mikro yang terlihaat adalah pelit dan cementit. Perlitnya jumlahnya
sangat banyak sekali hampir mendominasi struktur mikro. Cementitnya berada
kecil – kecil tersebar merata pada setiap tempat. Ada juga beberapa cememtit
yang besar mengumpul pada suatu tempat, tetapi tidak banyak. Jumlah perlit yang
sangat banyak merata pada struktur mikro ini menunjukkan ciri dari baja dengan
kadar karbon tinggi. Hal ini sesuai dengan baja perkakas yang memiliki kadar
karbon tinggi (sekitar 1% C). Dengan banyaknya karbon pada baja maka struktur
yang terbentuk akan banyak perlitnya, sehingga kekerasanya akan tinggi. Hal ini
sesuai dengan spesifikasi dari baja perkakas sendiri yang membutuhkan kekerasan
yang tinggi. Cementit yan terbentuk jumlahya cukup banyak, terlihat dari gambar
diatas meskipun bentuknya kecil- kecil. Dengan adanya cementit pada baja maka
sifat baja akan menjadi sangat keras dan getas seperti sifat cementit itu sendiri.
Dengan adanya cementit ini juga akan menambah kontribusi untuk meningkatkan
kekerasan pada baja. Dengan demikian kombinasi dari perlit dan sementit akan
menghasilkan kekerasan yang sangat tinggi cocok digunakan sebagi alat perkakas,
seperti mata bor pada spesimen yang digunakan.
Mata bor merupakan alat yang digunakan dalam kondisi kecepatan tinggi.
Oleh karena itu rentan terjadi penurunan kekerasan bila digunakan pada
temperatur tinggi. Pada komposisi dari baja perkakas berkecepatan tinggi (HSS/
High Speed Steel) mengandung wolfram atau molybdenum. Penambahan unsur W
atau Mo ini digunakan untuk menghasilkan sifat red hardness yakni sifat
kekerasan pada temperatur tinggi pada baja perkakas. Unsur W atau Mo ini
merupakan carbide former dan carbide stabilizer, pembentuk dan penstabil
karbida. Jadi dengan adanya W atau Mo dalam baja akan membuat karbida yang
terbentuk dalam baja tidak mudah terurai dalam temperatur tinggi sehingga
kekerasannya tidak turun akibat tidak adanya karbida yang terurai.
Dengan kadar karbon tinggi, menghasilkan banyak perlit pada struktur
mikro. Kombinasi banyaknya perlit dan cementit pada baja akan membuat baja
sangat keras. Dan dengan penambahan unsur W atau Mo akan menstabilkan
karbida pada temperatur tinggi sehingga kekerasan yang terbentuk tetap tinggi
walau digunakan pada temperatur tinggi. Sesuai dengan spesifikasi dari baja
perkakas yang dalam hal ini adalah mata bor.