BAB 1. PENDAHULUAN

1.1

Latar belakang Heat exchanger adalah suatu alat yang digunakan untuk menurunkan

temperatur kerja. Bahan atau material yang dipakai untuk membuat heat exchanger biasanya adalah material yang memiliki ketahanan panas yang tinggi. Salah satu contoh bahan yang dapat dipakai untuk heat exchanger adalah stainless steels. Kegagalan pada Heat exchanger yang terbuat dari stainless steels yang dioperasikan pada temperatur 1100oC dapat berupa terjadinya benjolan pada heat exchanger dan heat exchanger yang sudah rusak sebelum waktu yang ditentukan. Ketahanan panas pada stainless steel merupakan hal penting pada bidang teknik karena baja stainless steel memiliki ketahan terhadap panas yang tinggi. Transformasi merupakan bantuan yang sesuai untuk masalah tersebut. Oleh karena itu digunakan proses hardening dan normalizing untuk proses transformasi. Transformasi ini berperan penting untuk menentukan nilai kekerasan dan perubahan struktur mikro yang terjadi. Hardening merupakan suatu proses perlakuan panas yang dilakukan untuk meningkatkan kekerasan suatu material logam sehingga material tersebut memiliki atau memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan, fatigue limit atau strength yang lebih baik. Normalizing adalah proses perlakuan panas yang dilakukan pada suatu material logam untuk memperhalus butiran kristal, sehingga meningkatkan sedikit kekerasan dan kekuatan. Dalam beberapa hal juga dapat menaikkan machinabiliti yaitu kemampuan material untuk dapat dilakukan proses permesinan. Pada normalisasi selain diperoleh butiran yang lebih halus juga struktur menjadi lebih homogen. Perlakuan panas yang dilakukan diharapkan dapat mengubah struktur mikro dari material baja tahan karat stainless steels dan menaikkan tingkat kekerasannya. Perubahan struktur mikro yang terjadi pada proses hardening meliputi transformasi austenite menjadi martensit. Pada normalisasi perubahan struktur mikro yang terjadi meliputi proses penghalusan ukuran butir austenit.

1.2

Rumusan masalah 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 Bagaimana metodologi percobaan dalam perlakuan panas tersebut? Bagaimana pengujian vikers ? Bagaimana pengujian metalografi ? Bagaimana pengujian sinar-x ?

1.3

Tujuan 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 Mahasiswa dapat memahami metodologi dalam perlakuan panas. Mahasiswa dapat mengerti pengujian vikers. Mahasiswa dapat mengerti pengujian metalografi. Mahasiswa dapat mengerti pengujian sinar-x.

BAB 2. PEMBAHASAN

2.1

Metodologi percobaan Pada pengujian ini, spesimen yang digunakan adalah spesimen yang

berstandard ASTM Section 3 vol. 03-01 E92-82. Spesimen dilakukan proses perlakuan panas normalizing dan hardening. Dan dilakukan pengujian kekerasan. a. Pengujian kekerasan vikers Seluruh spesimen dibersihkan dengan kertas gosok grid 120 untuk mengantisipasi adanya oli atau pengotor lain yang menempel pada permukaan spesimen selama heat treatment. Dilakukan uji kekerasan dari masing-masing spesimen dengan heat treatment pada temperatur 10500 C dan 10750 C yang sudah disiapkan dengan metode Vikers. Spesimen ditekan dengan indentor yang diberi gaya tekan tertentu. Indentor dalam pengujian kekerasan menggunakan metode Vickers yaitu indentor intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136. Beban yang digunakan adalah 10 kpounds dengan temperatur pengujian 27C. Dalam pengujian ini digunakan 5 titik indentasi untuk mengukur kekerasan pada permukaan spesimen. b. Pengujian metalografi Pengujian metalografi dilakukan untuk mengetahui struktur mikro yang terdapat pada specimen, dimana hasil dari pengujian metalografi ini digunakan untuk mendukung hasil pengujian kekerasan vickers. Langkahlangkah dalam pengujian ini adalah preparasi spesimen yaitu grinding, polishing dan etching. Grinding dilakukan mulai dari grid 120, 400, 600, 800, 1000 sampai dengan grid 1500 atau grid 2000 sambil dialiri air dan untuk proses polishing digunakan bubuk alumina 0.05 mikron dengan menggunakan kain bludru. Setelah mengkilap seperti kaca dan tidak ada goresan maka dilakukan proses selanjutnya yaitu etching. Sedangkan untuk pengujian mikro diamati dibawah mikroskop dengan pembesaran dari 100x hingga 1000x. Daerah yang diamati adalah bagian

permukaan masing-masing spesimen. Kemudian dilakukan pengambila foto metalografi dengan mikroskop optik. c. Pengujian difraksi sinar-x Pengamatan dengan menggunakan XRD bertujun untuk

mengidentifikasi fasa yang terbentuk penetuan komposisi, penentuan sruktur Kristal dan lain-lain.

2.2

Pembahasan Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai kekerasan pada masing

masing spesimen. Spesimen dengan perlakuan panas normalizing pada temperatur 1050oC memiliki nilai kekerasan 138 HV30 dan spesimen dengan perlakuan panas normalizing pada temperatur 1075oC memiliki nilai kekerasan 146 HV30. Nilai kekerasan pada spesimen dengan temperature 1075oC lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kekerasan spesimen 1050oC. Demikian juga pada spesimen dengan perlakuan panas hardening, spesimen pada temperature 1050oC memiliki nilai kekerasan 167 HV30 dan spesimen pada temperatur 1075oC memiliki nilai kekerasan 175 HV30. Hal ini disebabkan karena struktur sigma yang terbentuk pada spesimen dengan temperature 1075oC lebih banyak dibandingkan dengan struktur sigma yang terbentuk pada spesimen 1050oC. Sifat mekanik dari struktur sigma adalah keras dan getas. Dengan semakin banyaknya struktur sigma yang terbentuk maka nilai kekerasan juga akan naik. Dengan semakin tinggi temperatur struktur sigma yang terbentuk juga semakin banyak yang juga menyebabkan naiknya nilai kekerasan. Pada spesimen dengan temperature perlakuan panas 1050oC, pada specimen dengan perlakuan panas normalizing nilai kekerasannya lebih rendah dibandingkan dengan spesimen dengan perlakuan panas hardening. Demikian juga pada specimen dengan temperatur perlakuan panas 1075oC, pada spesimen dengan perlakuan panas normalizing nilai kekerasannya lebih rendah

dibandingkan dengan nilai kekerasan pada spesimen dengan perlakuan panas hardening. Hal ini disebabkan karena presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk pada spesimen dengan perlakuan panas normalizing lebih banyak dibandingkan

dengan spesimen dengan perlakuan panas hardening. Dengan semakin banyaknya presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk nilai kekerasan akan turun. Tabel 3.1 Nilai kekerasan rata rata

Diagram nilai kekerasan rata rata dari masing masing specimen

2.3

Metalografi Dari hasil pengujian metalografi didapatkan struktur mikro untuk masing

masing spesimen yaitu berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) yang berada di dalam matriks austenit. Perbedaannya terdapat pada tebal batas butir. Tebalnya batas butir mengindikasikan terbentuknya presipitat karbida (M23C6). Semakin tebal batas butir maka presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk juga

semakin banyak. Pada perlakuan panas normalizing batas butirnya lebih tebal dibandingkan dengan batas butir pada spesimen dengan perlakuan panas hardening. Hal ini disebabkan karena pada proses hardening spesimen mengalami proses pendinginan yang sangat cepat. Dengan laju pendinginan yang sangat cepat mengakibatkan unsur Cr tidak memiliki cukup waktu menuju batas butir untuk berikatan dengan karbon dan membentuk presipitat karbida (M23C6). Pada proses normalizing proses pendinginan yang terjadi cukup lambat. Dengan laju pendinginan yang cukup lambat ini dapat mengakibatkan unsur Cr memiliki cukup waktu untuk menuju batas butir dan berikatan dengan unsur karbon untuk membentuk presipitat karbida (M23C6). Hal ini terjadi ketika laju pendinginan spesimen berada pada range temperatur 425oC 870oC dimana pada range temperatur ini stainless steel berada pada temperatur sensitisasi. Pada range temperatur ini stanless steel akan mengalami proses presipitasi karbida dimana unsur Cr pada butir akan menuju ke batas butir dengan cara berdiffusi dan kemudian berikatan dengan unsur C membentuk karbida. Sehingga pada butir akan kekurangan unsur Cr. Pada range temperature ini juga mengakibatkan lapisan tipis oksida dari Cr dan O akan pecah dan mengakibatkan terjadinya korosi pada stainless steel. Laju pendinginan juga mempengaruhi banyaknya presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk. Semakin lama laju pendinginan maka presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk semakin banyak. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengujian metalografi yang telah dilakukan. Pada proses perlakuan panas normalizing dimana laju pendinginan cukup lambat presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk semakin banyak ini ditunjukkan dengan tebalnya batas butir yang terbentuk. Bila dibandingkan dengan tebal batas butir yang terbentuk pada spesimen dengan perlakuan panas hardening seperti pada gambar 3.4 dan 3.5. Dengan adanya presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk dapat mengakibatkan turunnya kekerasan pada stainless steel dan juga dapat menyebabkan terjadinya korosi batas butir. Korosi ini sangat berbahaya karena dapat menurunkan kekuatan atau ketangguhan dan korosi ini sangat sulit dideteksi, sehingga kerusakan dapat terjadi tanpa diketahui.

Gambar 3.1 Gambar struktur mikro spesimen tanpa perlakuan dengan perbesaran 500 kali. Strukturnya berupa berupa sigma (FeNi) di dalam matriks austenit. Etsa : elektrolit asam oksalat.

Gambar 3.2 Gambar struktur mikro specimen dengan perlakuan panas normalizing dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Pada Temperatur 1050oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) Pada Temperatur 1075oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit.

Gambar 3.3 Gambar struktur mikro specimen dengan perlakuan panas hardening dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Pada Temperatur 1050oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) Pada Temperatur 1075oC. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit.

Gambar 3.4 Gambar struktur mikro specimen dengan Temperatur 1050oC dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Perlakuan panas normalizing. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) perlakuan panas hardening. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitatkarbida (M23C6) di dalam matriks austenit.

Gambar 3.5 Gambar struktur mikro specimen dengan Temperatur 1075oC dengan perbesaran 500 kali. Etsa : elektrolit asam oksalat. (a) Perlakuan panas normalizing. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit. (b) perlakuan panas hardening. Strukturnya berupa sigma (FeNi) dan presipitat karbida (M23C6) di dalam matriks austenit.

2.4

Difraksi sinar- X Dari hasil pengujian difraksi sinar x didapatkan fasa yang terbentuk

adalah Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06) ) dengan nomer pcpdf 33-0397. Fasa lain yang terbentuk adalah FeNi dengan nomer pcpdf 471405 dan Cr23C6 dengan nomer pcpdf 14-0407. Pembentukkan presipitat karbida (M23C6) paling banyak pada spesimen dengan perlakuan panas normalizing

dengan temperatur 1075oC ini ditunjukkan dengan besar integrited intensity 9886,40. Pembentukkan presipitat karbida (M23C6) paling sedikit pada spesimen dengan perlakuan panas hardening dengan temperatur 1050oC ini ditunjukkan dengan besar integrited intensity 3285,00. Semakin tinggi temperatur maka presipitat karbida (M23C6) yang terbentuk semakin banyak.

Gambar 3.6 Difraktrogram stainless steel dengan perlakuan normalizing pada temperatur 1050oC

Gambar 3.7 Difraktrogram stainless steel dengan perlakuan hardening pada temperatur 1050oC

Gambar 3.8 Difraktrogram stainless steel dengan perlakuan hardening pada temperatur 1050oC

Gambar 3.9 Difraktrogram stainless steel dengan perlakuan normalizing pada temperatur 1075 oC

Tabel 3.2 Integrated intensitas difraksi sinar x

BAB 3. PENUTUP

3.1

Kesimpulan

Setelah melakukan penelitian mengenai pengaruh proses perlakuan panas terhadap kekerasan dan struktur mikro baja AISI 310S maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Dengan adanya variasi perlakuan panas normalizing dan hardening pada temperatur 1050oC dan 1075oC dapat mempengaruhi nilai kekerasan pada baja AISI 310S. 2. Pada perlakuan panas normalizing dengan temperatur 1050oC memiliki angka kekerasan 138 HV30 dan pada temperatur 1075oC memiliki angka kekerasan 146 HV30. Pada perlakuan panas hardening dengan temperatur 1050oC memiliki angka kekerasan 167 HV30 dan pada temperatur 1075oC memiliki angka kekerasan 175 HV30. 3. Kekerasan semakin naik dengan naiknya temperatur. Semakin cepat laju pendinginan kekerasan juga semakin naik. Perbedaan nilai kekerasan perlakuan panas normalizing dan hardening tidak terlalu besar. 4. Dari hasil pengujian metalografi pada spesimen dengan perlakuan panas normalizing didapatkan batas butir yang lebih tebal yang mengindikasikan adanya presipitat karbida (M23C6) pada perlakuan panas normalizing lebih banyak bila dibandingkan dengan perlakuan panas hardening. 5. Dari pengujian difraksi sinar x didapatkan fasa Cromium Iron Nickel Carbon (Fe Cr0,29Ni0,16C0,06), FeNi, dan Cr23C6 pada masing masing spesimen.

3.2

Saran Makalah ini masih jauh dari sempurna maka jika ada pembaca yang

kurang begitu paham dan data-datanya kurang lengkap atau mungin juga ada kesalahan yang tidak disengaja saya mohon maaf yang sebesar-besarnya. Kritikan anda sangat berguna bagi kami,apabila ada yang menambahkan kekurangan-kekurangan tersebut saya sangat mempersilahkanya.

DAFTAR PUSTAKA

George E Dieter, (1996), Metalurgi Mekanik, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta.. D. Peckner, I.M. Berstein , (1977), Handbook Of Stainless Steels, McGraw Hill Book , USA. Karl-Erik Thelning, (1984), Steel and Its Heat Treatment, Second Edition, Butterworths, London. R. Koekoeh K Wibowo,, SENTA (2007) Pengaruh Proses Perlakuan Panas Pada Baja AISI 304 Terhadap Kekerasan Dan Laju Korosi Dalam Media HCl (35%). ....,ASTM handbook 1986 steel plate vol 01-03 ,ASM handbook vol 7 ...,ASM handbook vol 8 www.labinfo.com

MAKALAH PERLAKUAN PANAS

Pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan dan struktur mikro baja AISI 310 S

Disusun oleh : M.ERFANI NIM. 091910101070

PROGRAM STUDI STRATA I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER 2011