makalah HT

download makalah HT

of 27

Transcript of makalah HT

BAB I PENDAHULUAN Sebagai upaya mencari sifat logam yang sesuai dengan yang dibutuhkandiantaranya adalah dengan cara perlakuan panas. Perlu tidaknya perlakuan panasdan bagaimana perlakuan panas yang dilakukan tergantung pada sifat coran danpenggunaanya. Yang dimaksud dengan perlakuan disini adalah proses untuk memperbaiki sifat-sifat dari logam dengan jalan memanaskan coran sampaitemperatur yang cocok dibiarkan beberapa waktu pada temperatur itu,kemudiandidinginkan ke temperatur yang lebih rendah dengan kecepatan yang sesuai.Selain perlakuan panas yang dilakukan sifat mekanis baja juga akan dipengaruhioleh proses pendinginan yang dilakukan, apakah ada perbedaan perubahan sifatmekanis dari baja yang diperlakukan panas dengan proses pendinginan yangberbeda adalah satu hal yang dicari dalam penulisan ini. Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung padastruktur mikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapatmemiliki strukturmikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda.Strukturmikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proseslaku-panas yang diterima selama proses pengerjaan.Ketahanan panas pada stainless steel merupakan hal penting pada bidangteknik karena baja stainless steel memiliki ketahan terhadap panas yang tinggi.Transformasi merupakan bantuan yang sesuai untuk masalah tersebut. Olehkarena itu digunakan proses hardening dan normalizing untuk proses transformasi.Transformasi ini berperan penting untuk menentukan ni lai kekerasan danperubahan struktur mikro yang terjadi.

A. Sejarah Struktur Baja Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang dibangun di Inggris pada tahun 1777 1779. Dalam kurun waktu 1780 1820,. Dibangun lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, kebanyakan berbentuk lengkungan dengan balok balok utama dari potongan potongan besi tuang indivudual yang membentuk batang batang atau kerangka (truss) konstruksi. Besi tuang juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan jembatan suspensi sampai sekitar tahun 1840.1

Setelah tahun 1840, besi tempa mulai mengganti besi tuang dengan contoh pertamanya yang penting adalah Brittania Bridge diatas selat Menai di Wales yang dibangun pada 1846 1850. Jembatan ini menggunakan gelagar gelagar tubular yang membentang sepanjang 230 460 460 230 ft (70 140 140 70 m) dari pelat dan profil siku besi tempa. Proses canai (rolling) dari berbagai profil mulai berkembang pada saat besi tuang dan besi tempa telah semakin banyak digunakan. Batang batang mulai dicanai pada skala industrial sekitar tahun 1780. Perencanaan rel dimulai sekitar 1820 dan diperluas sampai pada bentuk I menjelang tahun 1870-an. Perkembangan proses Bessemer (1855) dan pengenalan alur dasar pada konverter Bessemer (1870) serta tungku siemens-martin semakin memperluas penggunaan produk produk besi sebagai bahan bangunan. Sejak tahun 1890, baja telah mengganti kedudukan besi tempa sebagai bahan bangunan logam yang terutama. Dewasa ini (1990-an), baja telah memiliki tegangan leleh dari24 000 sampai dengan 100 000 pounds per squareinch, psi (165 sampai 690 MPa), dan telah tersedia untuk berbagai keperluan struktural. Berikut ini adalah awal mula ditemukannya Baja.y Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM yTahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400

tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebbut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.yTahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga

mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.yTahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya. yTahun 700 600 SM, Cina belajar membuat besi. yTahun 400 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.

2

yTahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja yTahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000

M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.y 1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang. y

1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.

B. Jenis jenis Baja Dengan baja dimaksudkan suatu bahan dengan keserbasamaan yang besar, yang terutama terdiri atas ferrum (Fe) dalam bentuk hablur dan 0,04 @ 1,6% zat arang (C); zat arang itu didapat dengan jalan membersihkan bahan pada temperatur yang sangat tinggi, dengan menggunakan proses proses yang akan disebut sebagian besar dari besi kasar, yang dihasilkan oleh dapur dapur tinggi. Semua jenis jenis baja sedikit banyak dapat ditempa dan dapat disepuh, sedangkan untuk baja lunak pada tegangan yang jauh dibawah kekuatan tarik atau batas patah TB, yaitu apa yang dinamakan batas lumer atau tegangan lumer T v, terjadi suatu keadaan yang aneh, dimana perubahan bentuk berjalan terus beberapa waktu, dengan tidak memperbesar beban yang ada. Sifat sifat baja bergantung sekali kepada kadar zat arang, semakin bertambah kadar ini, semakin naik tegangan patah dan regangan menurut prosen, yang terjadi pada sebuah batang percobaan yang dibebani dengan tarikan, yaitu regangan patah menjadi lebih kecil. Persentase yang sangat kecil dari unsur unsur lainnya, dapat mempengaruhi sifat sifat baja dengan kuat sekali, secar baik atau jelek. Guna membedakannya, jenis jenis baja diberi nomor yang sesuai dengan tegangan patah yang dijamin dan yang terendah pada percobaan tarik yang normal, tetapi untuk setiap jenis baja juga ditentukan suatu TBmaks.

3

C. Klasifikasi Baja Berdasarkan banyaknya karbon yang dikandung baja, dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu: 1. Baja tempa yang mengandung berkisar antara 0,01 s/d 1,7 % karbon. 2. Baja tuang yang mengandung berkisar antara 2,3 s/d 3,5 % karbon, baja ini sangat tidak baik untuk ditempa. Dari keterangan di atas maka baja dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian, yaitu:

1) Baja Karbon Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsur karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Baja karbon mengandung karbon sampai 1,7 %. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur. Baja karbon digolongkan menjadi tiga kelompok berdasarkan banyaknya karbon yang terkandung dalam baja, yaitu :

a. Baja karbon rendah. Baja yang mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30 %. Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Baja karbon rendah dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat, batangan untuk keperluan tempa, pekerjaan mesin, dan lain-lain.

b. Baja karbon sedang. Baja ini mengandung karbon antara 0,30 s/d 0,60 %. Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dan dipotong. Baja karbon sedang dalam perdagangan biasanya digunakan sebagai alat-alat perkakas, baut, poros engkol, roda gigi, ragum, pegas, dan lain-lain.4

c. Baja karbon tinggi. Baja yang mengandung karbon antara 0,70 s/d 1,5 %. Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Baja karbon ini banyak digunakan untuk keperluan pembuatan alat-alat konstruksi yang berhubungan dengan panas yang tinggi atau dalam penggunaannya akan menerima dan mengalami panas, misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, mata bor, bantalan peluru, dan sebagainya.

2) Baja Paduan Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. 1. Berdasarkan persentase paduannya a. Baja paduan rendah Bila jumlah unsur tambahan selain karbon lebih kecil dari 8% (menurut Degarmo. Sumber lain, misalnya Smith dan Hashemi menyebutkan 4%), misalnya : suatu baja terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam hal ini 6,06%

b. Baja paduan tinggi Bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8% (atau 4% menurut Smith dan Hashemi), misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53 (JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo; 6,7%W; 3,3%V. Sumber lain menyebutkan: a. Low alloy steel (baja paduan rendah), jika elemen paduannya 2,5 % 10 %

b. Medium alloy steel (baja paduan sedang), jika elemen paduannya 2,5 c. High alloy steel (baja paduan tinggi), jika elemen paduannya > 10 %

5

2. Berdasarkan jumlah komponennya: a. Baja tiga komponen Terdiri satu unsur pemadu dalam penambahan Fe dan C. b. Baja empat komponen atau lebih Terdiri dua unsur atau lebih pemadu dalam penambahan Fe dan C. Sebagai contoh baja paduan yang terdiri: 0,35% C, 1% Cr,3% Ni dan 1% Mo. Berdasarkan strukturnya: a. Baja pearlit (sorbit dan troostit) Unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya meningkat oleh heat treatment (hardening &tempering) b. Baja martensit Unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan sukar dimesin c. Baja austenit Terdiri dari 10 30% unsur pemadu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja

tahan karat (Stainless steel), nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel). d. Baja ferrit Terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan. e. Karbid atau ledeburit Terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur pembentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).

3. Berdasarkan penggunaan dan sifat -sifatnya

a. Baja konstruksi (structural steel) Dibedakan lagi menjadi tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu baja paduan rendah (maksimum 2 %), baja paduan menengah (2- 5 %), baja paduan tinggi (lebih dari 5 %). Sesudah di-heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekaniknya lebih baik dari pada baja karbon biasa.

6

b. Baja perkakas (tool steel) Dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang dipotong/disayat,kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan jenis ini dibedakan lagi menjadi dua golongan, yaitu baja perkakas paduan rendah (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 250 C) dan baja perkakas paduan tinggi (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 600C). Biasanya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V, atau terdiri dari 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 2 -2,5% V.

c. Baja dengan sifat fisik khusus Dibedakan lagi menjadi tiga golongan, yaitu baja tahan karat (mengandung 0,10,45% C dan 12-14% Cr), baja tahan panas (yang mengandung 12-14% Cr tahan hingga suhu 750-800 oC, sementara yang mengandung 15-17% Cr tahan hingga suhu 850-1000 oC), dan baja tahan pakai pada suhu tinggi (ada yang terdiri dari 23-27% Cr, 18-21% Ni, 2-3% Si, ada yang terdiri dari 13-15% Cr, 13-15% Ni, yang lainnya terdiri dari 2-2,7% W, 0,25-0,4% Mo, 0,4-0,5% C).

d. Baja paduan istimewa Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C,memiliki koefisien muai yang rendah yaitu :y Invar : memiliki koefisien muai sama dengan nol pada suhu 0

100 C, digunakan

untuk alat ukur presisi.y Platinite : memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai pengganti platina. y Elinvar : memiliki modulus elastisitet tak berubah pada suhu 50C sampai 100C.

Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika.

e. Baja Paduan dengan Sifat Khususy Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain:

Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan Tahan temperature rendah maupun tinggi Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil7

Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus Tahan terhadap oksidasi Kuat dan dapat ditempa Mudah dibersihkan Mengkilat dan tampak menarik

y High Strength Low Alloy Steel (HSLA) Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifatsifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsurunsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

y BajaPerkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet. Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shockresisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.

Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yangberbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.

Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300

500) C dan

didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.

High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten danmolybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.

8

Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dantidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi. Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

- Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dansebagainya).

- Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah. - Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi). - Untuk membuat sifat-sifat special

D. Sifat Baja Baja tahan garam (acid-resisting steel) Baja tahan panas (heat resistant steel) Baja tanpa sisik (non scaling steel) Electric steel Magnetic steel Non magnetic steel Baja tahan pakai (wear resisting steel) Baja tahan karat/korosi

E. Struktur Baja Struktur dapat dibagi menjadi tiga kategori umum : a) Struktur rangka (framed structure), dimana elemen kemungkinan terdiri dari batang elemennya

batang tarik, balok, dan batang

batang yang mendapatkan beban lentur kombinasi dan beban aksial, b) Struktur tipe cangkang (shell type structure), dimana tegangan aksial lebih dominan, c) Struktur tipe suspensi (suspension type structure), dimana tarikan aksial lebih mendominasi sistem pendukung utamanya.9

a) Struktur Rangka Kebanyakan konstruksi bangnan tipikal termasuk dalam kategori ini. Bangunan berlantai banyak biasanya terdiri dari balok dan kolom, baik yang terhubungkan secara rigid atau hanya terhubung sederhana dengan penopang diagonal untuk menjaga stabilitas. Meskipun suatu bangunan berlantai banyak bersifat tiga dimensional, namun biasanya bangunan tersebut didesain sedemikian rupa sehingga lebih kaku pada salah satu arah ketimbang arah lainnya. Dengan demikian, bangunan tersebut dapat diperlakukan sebagai serangkaian rangka (frame) bidang. Meskipun demikian, bila perangkaan sedemikian rupa sehingga perilaku batang batangnya pada

salah satu bidang cukup mempengaruhi perilaku pada bidang lainnya, rangka tersebut harus diperlakukan sebagai rangka ruang tiga dimensi. Bangunan bangunan industrial dan bangunan bangunan sau lantai

tertentu, seperti gereja, sekolah, dan gelanggang, pada umumnya menggunakan struktur rangka baik secara keseluruhan maupun hanya sebagian saja. Khususnya sistem atap yang mungkin terdiri dari serangkaian kerangka datar, kerangka ruang, sebuah kubah atau mungkin pula bagian dari suatu rangka datar atau rangka kaku satu lantai dengan pelana. Jembatan pun kebanyakan merupakan struktur rangka, seperti balok dan gelagar pelat atau kerangka yang biasanya menerus. b) Struktur Tipe Cangkang Dalam tipe struktur ini, selain melayani fungi bangunan, kubah juga bertindak sebagai penahan beban. Salah satu tipe yang umum dimana tegangan utamanya berupa tarikan adalah bejana yang digunakan untuk menyimpan cairan (baik untuk temperatur tinggi maupun rendah), diantaranya yang paling terkenal adalah tanki air. Bejana penyimpanan, tanki dan badan kapal merupakan contoh contoh lainnya. Pada banyak struktur dengan tipe cangkang, dapat digunakan pula suatu struktur rangka yang dikombinasikan dengan cangkang.

10

Pada dinding

dinding dan atap datar, sementara berfungsi bersama elemen kulit nya dapat bersifat

dengan sebuah kerangka kerja, elemen

tekan. Conto pada badan pesawat terbang. Struktur tipe cangkang biasanya didesain oleh seorang spesialis. c) Struktur Tipe Suspensi Pada struktur dengan tipe suspensi, kabel tarikmerupakan elemen elemen utama. Biasanya subsistem dari struktur ini terdiri dari struktur kerangka, seperti misalnya rangka pengaku pada jembatan gantung. Karena elemen tarik ini terbukti paling efisien dalam menahan beban, struktur dengan konsep ini semakin banyak dipergunakan. Telah dibangun pula banyak struktur khusus dengan berbagai kombinasi dari tipe rangka, cangkang, dan suspensi. Meskipun demikian, seorang desainer spesialis dalam tipe struktur cangkang ini pun pada dasarnya harus juga memahami desain dan perilaku struktur rangka.

11

Diagram Kesetimbangan Fe Fe3C.

Diagram fasa Fe-Fe3C menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain: 1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat. 2. Temperatur pembekuan dan daerah -daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan pendinginan lambat. 3. Temperatur cair dari masing -masing paduan. 4. Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu. 5. Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik, peritektik dan eutektoid. Beberapa istilah dalam diagram kesetimbangan Fe -Fe3C dan fasa-fasa yang terdapat didalamnya akan dijelaskan dibawah ini. Berikut adalah batas-batas temperatur kritis pada diagram Fe -Fe3C: - A1, adalah temperatur reaksi eutektoid yaitu perubahan fasa menjadi +Fe3C (perlit) untuk baja hypo eutektoid. - A2, adalah titik Currie (pada temperatur 769 OC), dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi paramagnetik. - A3, adalah temperatur transformasi dari fasa menjadi (ferit) yang ditandai pula dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur.

12

- Acm, adalah temperatur transformasi dari fasa menjadi Fe3C (sementit) yang ditandai pula dengan penurunan batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur. - A13, adalah temperatur transformasi menjadi +Fe3C (perlit) untuk baja hiper etektoid. Fasa-fasa yang terjadi dalam diagram kesetimbangan Fe -C selama pemanasan yang lambat: - Ferit ( ), yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,025% pada temperatur 723 OC, struktur kristalnya BCC (Body Centered Cubic). - Austenit ( ), adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 2% pada temperatur 1148 OC, struktur kristalnya FCC (Face Centered Cubic). - Delta ( ), adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,1% pada temperatur 1493 OC, struktur kristal BCC (Body Centered Cubic). - Senyawa Fe3C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C maksimum 6,67%, bersifat keras dan getas dan memiliki struktur kristal Orthorombic. - Liquid atau fasa cair, adalah daerah paling luas dimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperatur yan g bervariasi. Adapun reaksi-reaksi metalurgis yang biasa terjadi berdasarkan pada diagram Fe Fe3C yaitu : - Reaksi peritektik, terjadi pada temperatur 1495 OC dimana logam cair (liquid) dengan kandungan 0,53%C bergabung dengan delta ( ) kandungan 0,09%C bertransformasi menjadi austenit ( ) dengan kandungan 0,17%C. Delta ( ) adalah fasa padat pada temperatur tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperatur yang lebih rendah. - Liquid (C=0,53%) + Delta ( )(C=0,09%) ----- Austenit ( )(C=0,17%). - Reaksi eutektik, reaksi ini terjadi pada temperatur 1148 OC, dalam hal ini logam cair dengan kandungan 4,3%C membentuk austenit ( ) dengan 2%C dan senyawa semenit (Fe3C) yang mengandung 6,67%C. - Liquid (C=4,3%)------Austenit ( )(C=2,11%) + Fe3C(C=6,67%) - Reaksi eutectoid, reaksi ini berlangsung pada temperature 723 O C, austenit ( ) padat dengan kandungan 0,8 %C menghasilkan ferit ( ) dengan kandungan 0,025%C dan semenit (Fe3C) yang mengandung 6,67%C. - Austenit ( )(C=0,8%)-----ferit ( ) (C=0,025%) + Fe3C(C=6,67%). - Reaksi ini merupakan reaksi fasa padat yang mempunyai peran cukup penting pada proses perlakuan panas baja karbon.

13

BAB II PEMBAHASAN

Heatreatmen adalah Suatu proses pemanasan logam untuk memperoleh sifat sifat logam yan lebih baik terutama dalam hal kekerasan , kekenyalan dan pengerjaan dari sifat asal .

Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan degnan kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya. Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan pendinginan dan batas temperature sangat menetukan.Dalam proses heatreatmen umumnya dilakukan hardening . Hardening berujuan untuk membuat baja yng digunakan menjadi keras , tahan aus , dan berumur panjang/mampu berpenetrasi . Baja yang dapat dihardening adalah baja yang memiliki kandungan carbonmenengah . 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.Delapan atom terletak pada pojok dadu dan sebuah atom ke 9 ditengah-tengah dadu (di pusat ruang). Susunan atom ini disebut juga kisi terpusat ruangsampai suhu ruangan 7080 C, besi alfa bersifat magnetis. Dari 7680 C sampai9110 C, besi terpusat ruang menjadi tidak magnetis dan dahulu disebut juga besi.

14

b. Autenit : 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 : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.

e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan).

Jenis-jenis Heat Treatment a. Quenching ( pengerasan ) Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka audtenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja. Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk

15

sementitoleh karena itu terjadi fase lalu yang mertensit, imi berupa fase yang sangat keras dan bergantung pada keadaan karbon. Quenching merupakan salah satu teknik perlakuan panas yang diawalidengan proses pemanasan sampai temperatur austenit (austenisasi) diikuti pendinginan secara cepat, sehingga fasa austenit langsung bertransformasi secaraparsial membentuk struktur martensit. Austenisasi dimulai pada temperatur minimum 50C di atas Ac3, yang merupakan temperatur aktual transformasi fasaferit, perlit, dan sementit menjadi austenit. Temperatur pemanasan hingga fasaaustenit untuk proses quenching disebut juga sebagai temperatur pengerasan(haardening temperatur ). Dan setelah mencapai temperatur pengerasan, dilakukanpenahanan selama beberapa menit untuk

menghomogenisasikan energi panasyang diserap selama pemanasan, kemudian didinginkan secara cepat dalam mediapendingin. Pada percobaan kami media pendingin yang didinginkan adalah air . Tujuan utama quenching adalah menghasilkan baja dengan sifat kekerasan tinggi . Sekaligus terakumulasi dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh, melaluitransformasi austenit ke martensit. Proses optimal jika quenching selama struktur akan proses austenit secara struktur

transformasi, dapat

dikonversi

keseluruhanmembentuk

martensit. Hal-hal penting untuk menjamin keberhasilan quenching dan menunjang terbentuknya martensit khususnya, pengerasan, pemanasan, adalah: waktu temperatur tahan, laju

metode

pendinginan,media pendingin dan hardenability

Menurut media pendinginnya, quenching dapat dibagi menjadibeberapa bagian,yaitu:

16

y

Quenching air , Air adalah media yang paling banyak digunakan untuk quenching,karena biayanya yang murah, dan mudah digunakan serta pendinginannya yangcepat. Air khususnya digunakan pada baja karbon rendah yang memerlukanpenurunan temperatur dengan cepat dengan tujuan untuk memperolehkekerasan dan kekuatan yang baik. Air memberikan pendinginan yang sangatcepat, yang menyebabkan tegangan dalam, distorsi, dan retakan

y

Quenching dengan media oli , Oli sebagai media pendingin lebih lunak jika dibandingkan dengan air.Digunakan pada material yang kritis, Antara lain material yang mempunyaibagian tipis atau ujung yang tajam. Karena oli lebih lunak, maka kemungkinanadanya tegangan dalam, distorsi, dan retakan kecil. Oleh karena itu medium olitidak menghasilkan baja sekeras yang dihasilkan pada medium air. Quenchingdengan media air akan efektif jika dipanaskan pada suhu 30-60 derajat Celcius.

y

Quenching dengan media udara , Quenching dengan media udara lebih lambat jika dibandingkan denganmedia oli maupun air. Material yang panas ditempatkan pada screen. Kemudianudara didinginkan dengan kecepatan tinggi dialirkan dari bawah melalui screendan material panas. Udara mendinginkan material panas lebih lambat dari daripada medium air dan oli. Pendinginan yang lambat kemungkinan adanya tegangandalam dan distorsi. Pendinginan udara pada umumnya digunakan pada baja yangmempunyai kandungan paduan yang tinggi.

y

Quenching dengan media air garam , Air garam adalah media yang sering digunakan pada proses quenchingterutama untuk alat-alat yang terbuat dari baja. Beberapa keuntunganmenggunakan air garam sebagai media adalah. Suhunya merata pada air garam,proses pendinginan merata pada semua bagian logam, tidak ada bahaya oksidasi,karburisasi, atau dekarburisasi selama proses pendinginan

b. Anneling Proses anneling atau melunakkan baja adalah prose pemanasan baja di atas temperature kritis ( 723 C )selanjutnya dibiarkan bebrapa lama sampai temperature

17

merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar temperature bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperoleh struktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin udara.Tahapan dari proses Anneling ini dimulai dengan memanaskan logam (paduan)sampai temperature tertentu, menahan pada temperature tertentu tadi selamabeberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan lalumendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju pendinginan yang cukuplambat. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisibenda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan(cooling rate), dll. Jenis Anneling itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisibenda kerja, temperature pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan(cooling rate), dll.Proses anneling atau melunakkan baja adalah proses pemanasan baja diatas temperature kritis ( 723 C )selanjutnya dibiarkan beberapa lama sampaitemperature merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambildijaga agar temperature bagian luar dan dalam kira-kira samahingga diperolehstruktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin udara. Tujuan proses anneling : 1. Melunakkan material logam 2. Menghilangkan tegangan dalam / sisa 3. Memperbaiki butir-butir logam. 4. Mendapatkan baja yang mempunyai kadar karbon tinggi, tetapi

dapatdikerjakan mesin atau pengerjaan dingin.5. Memperbaiki keuletan. 6. Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur. 7. Memperhalus ukuran butir. 8. Menghilangkan tegangan dalam. 9. Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas.

y

Full annealing (annealing) , Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yangkasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dandidinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa haljuga memperbaiki machinibility. Pada

18

proses full annealing ini biasanyadilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedanguntuk baja hypereutectoid 25 Derajat hingga 50 Derajat Celcius diatas garis A1).Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat (biasanya dengandapur atau dalam bahan yang mempunyai sifat penyekat panas yang baik).

y

Stress relief Annealing Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisaakibat proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronyaberupa martensite. Nah, bagaimana caranya agar kekerasannya meningkat tetapistruktur mikronya tidak martensite? Ya, dapat dilakukan dengan pengerjaandingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek daricold workingini akantimbul yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan prosesStress relief Annealing.Material logam itu terdiri dari struktur mikro berupa kristalkristal kecilyang disebut "butir" ataukristalit.Sifat butir (yaitu ukuran butir dan komposisi)adalah salah satu faktor paling penting yang dapat menentukan sifat mekanislogam secara keseluruhan. perlakuan panas menyediakan cara yang efisien untuk memanipulasi sifat dari logam dengan mengendalikan laju difusi, dan tingkatpendinginan dalam strukturmikrotersebut.Proses perlakuan panas yang Kompleks sering dijadwalkan olehAhlilogam(metallurgists) untuk mengoptimalkan sifat mekanis dariLogam paduan.

c. Normalizing Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase austenit yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namunhasilnya jauh lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon.19

d. Tempering 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. e. Case hardening Case Hardening adalah salah satu cara untuk memperkeras permukaan material dengan cara mengubah ataupun tanpa mengubah komposisi kimia dari material. Perubahan komposisi kimia tersebut dapat terjadi pada saat material dalam kondisi padat dan dapat terjadi hanya pada bagian permukaan permukaan. Proses ini berdasarkan kenyataan bahwa karbon akan mengurai semakin banyak kedalam besi padat, yang dalam keadaan bentuk kristal FCC. 1. Karburasi Cara ini sudah lama dikenaloleh orang sejak dulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan bentuk padat, di atas suhu dalam lingkungan yang mengandung karbon, baik dalan cair ataupun gas. Beberapa bagian dari cara kaburasi yaitu kaburasi

padat, kaburasi cair dan karburasi gas. 2.Pack carburizing (pengarbonan bubukan) Pengarbonan benda kerja bubukan adalah proses karbon pengarbonan yang pada permukaan bubukan

dengan

menggunakan

didapatkan

dari

arang, dalam penelitian ini yang digunakan adalah arang arang batok kelapa yang telah berbentuk butiran 2-3mm.

3.Liquid carburizing (pengarbonan cairan)

20

Pengarbonan

proses

cairan

adalah

proses

pengarbonan

benda

kerja

dengan menggunakan cairan dimana karbon didapatkan dari pengur aian Natrium Sianida (NaCn) yang akan diuraikan sekaligus sebagai cairan pemanas 4. Karbonitiding Adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen.

Keuntungan karbonitiding adalah kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat diamfaatkan baja yang relative murah ketebalan lapisan yang tahan antara 0,80 sampai 0,75 mm. 3. Cyaniding Adalah proses dimana terjadi absobsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh specimen yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

4. Nitriding adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai 510c dalam lingkungan gas ammonia selama beberapa waktu.

21

BAB IV HASIL PRAKTIKUM 1. Quenching y Langkah Pengerjaan y Siapkan Benda kerja yang akan diproses dengan terlebih dahulu benda tersebut digerinda dan di hamplas y y y Nyalakan tungku pemanas Panaskan benda kerja sampai suhu Setelah mencapai suhu terseebut , Celupkan benda kerja pada media pendingin yaitu air y Kemudian hamplas permukaan benda kerja kemudian tes kekerasb menggunakan HRC

y

Tabel hasil Pengecekan kekerasan Objek 1 2 3 4 Hasil Pengujian kgf/mm2 54,4 53,8 55 49,9

22

y

Grafik hasil Pengujian

Hasil Pengujian Kgf/mm256 5554 53 55.4 55

53.8

52

5049 48

49.9

471 2 3 4

y

2. Tempering 250 C y Langkah kerja Panaskan benda kerja secara bertahap sampai 250 C benda kerja dapat diliat ketika mencapai suhu 250 C yaitu ditandai dengan berubah warna sampai berwarna coklat saat dingin y Tabel Hasil Pengecekan Kekerasan

NO 1 2 3 4

Hasil Pengujian Kgf/mm2 49,6 50,6 50,9 46,8

23

51

Hasil e g jia

gf/

2

y

Gr i Hasi P

u ian

Hasil52 51 50.6 50

n ujian50.9

f/

2

49.6 49 48 4746 45 44 46.8

1

2

3

4

3. em e y

300 C

Langkah K r a Panaskan benda ker a secara bertahap sampai 300 , ketika sampai pada suhu tersebut ditandai dengan benda ker a berubah warna menjadi biru keunguan pada saat didinginkan

y

Tabel Hasil Pengecekan Kekerasan

No 1 2 3 4

Hasil Pengujian Kgf/mm2 46,6 48,4 50,7 45

as Pe

j an Kgf/mm2

24

y

Grafik Hasil Pengujian

Hasil Pengujian Kgf/mm252 51 50 49 48 47 46 45 44 43 421 2 3 4 48.4

50.7

45

4. Tempering 350 C y Langkah Kerja Panaskan benda kerja secara bertahap sampai 350 C, ketika suhu benda kerja merata benda kerja akan berunah warna menjadi berwarna biru pudar y Tabel Hasil Pengujian Kekerasan No 1 2 3 4 Hasil Pengujian Kf/mm2 48,1 46,9 48,1 47

25

!!

46.6

Hasil e g j ia

gf/

2

y

Grafik Hasil Pengujian Kekerasan

Hasil Pengujian Kgf/mm248.2 48 47.8 47.6 47.4 47.2 47 46.8 46.6 46.4 46.21 2 3 4 47

48.1

48.1

46.9

26

&&

%#

Hasil e g j ia

g f/

2

$ # "

BAB IV PENUTUP

Proses heatreatment tidaklah sesederhana sesuai dengan teori yang diberikan , namun heatreatmen dapat dipengaruhi dari berbagai hal terutama kesabaran dari operator ,keadaan benda kerja dll 1. Masalah yang ditemui y y Hasil penemperan pada benda kerja tidak merata Kekerasan benda yang sudah dikeraskan tidak merata

2. Solusi Permasalahan y Hasil penemperan tidak merata ditandai dengan munculnya warna yang tidak merata , hal itu dapatterjadi karena pada saat proses tempering , benda kerja tidak mendapatkan panas yang merata hal ini dapat di atasi dengan memutar-mutarkan benda kerja pada saat tempering secara konstan pada seluruh permukaan benda kerja y Kekerasan yang dihasilkan tidak merata dapat terjadi karena permukaan benda kerja mash terdapat kulit yang keras , untuk mengatasinya dapat dilakukan proses grinda pada benda kerja sebelum dilakukan proses heat treatment

Kesimpulan Heatreatmen adalah Suatu proses pemanasan logam untuk memperoleh sifat sifat logam yan lebih baik terutama dalam hal kekerasan , kekenyalan dan pengerjaan dari sifat asal .Proses-proses dalam Heat treatment pada suatu material antara lain a. Untuk memperbaiki sifat kekerasan material b. Untuk memperbaiki sifat keuletan material . Hardening: Teknik perlakuan panas untuk mendapatkan material yanglebih keras dibanding sebelumnya, contohnya karburasi, nitriding,sianiding, dan quenching adapun teknik perlakuan panas untuk mendapatkan material yang lebihulet/elastis dibanging sebelumnya, contohnya normalizing, annealing, dan temperin.27