BAB IPENDAHULUAN

Penggunaan logam dalam suatu industri memegang peranan sangat penting. Alat dan mesin serta instalasi dalam industri hampir 90% berasal dari bahan logam[1]. Tuntutan kebutuhan manusia akan bahan baku logam dengan sifat mekanik tertentu terus diupayakan, antara lain untuk memenuhi kebutuhan bahan bahan konstruksi pemesinan serta berbagai macam industri khususnya dalam bidang manufaktur. Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia atau paduan dari material akan tetapi juga tergantung pada perubahan temperatur serta media pendingin pada material tersebut. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki tingkat kekerasan yang berbeda dan sifat mekaniknya juga berbeda, hal ini tergantung pada proses pengerjaan yang dilakukan terhadap material berupa proses laku panas yang diterima selama proses pengerjaan. Dimana adanya perlakuan ini berpengaruh terhadap fasa yang terbentuk. Disini kami melakukan pengamatan struktur mikro dari specimen SS 304, CuZn30 (kuningan), serta bolt grade 8.8.Kita ketahui penggunaan stainless steel dalam dunia industri dan perkapalan semakin berkembang dengan baik. Stainless steel merupakan baja paduan tinggi karena unsur Cr yang ditonjolkan lebih dari 12%. Stainless steel merupakan logam paduan (metal alloy). Stainless steel mengandung nikel dan chromium, resisten terhadap korosi, dan biasa digunakan dalam industri makanan, farmasi, dan fermentasi. [2]Brass(kuningan) biasanya digunakan dalam industry manufaktur. Biasanya menjadi bahan pilihan utama dalam pembuatan komponen elektrik. Brass ini merupakan paduan tembaga-zink dengan penggunaaan yang sangat luas pada bidang permesinan terutama pada bidang otomotif, mesin dan perhiasan, karena kekuatan dan ketangguhannya tinggi, mudah di machining srta harganya juga tidak terlalu tinggi. [3]Sedangkan baja karbon menengah mengandung karbon 0,3%C 0,6%C (medium carbon steel) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah [4]. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya.Oleh karena itu, kami memilih 3 material ini untuk diamati dan dianalisa struktur mikronya dan menganalisa pengaruh struktur mikro dengan sifat mekanik yang dimiliki.BAB IIMATERIAL DAN METODE

II.1Material dan Komposisi KimiaII.1.1 SS 304Material yang digunakan adalah SS304 dengan komposisi kimia pada tabel 1.Tabel 1 Komposisi kimia baja AISI 1045 [5]UnsurCSiMnPSCrNiFe

Massa (%)0.08 max0.75 max2.00 max0.045 max0.030 max18.00-20.008.00-12.00Balance

Gambar 1. Diagram fasa Fe-Cr alloy[6]II.2 Bolt Spesifikasi 8.8Material yang digunakan adalah Bolt grade 8.8 dengan komposisi kimia pada tabel 2.Tabel 2 Komposisi kimia bolt grade 8.8[7]UnsurCarbonMnSBrP

Massa (%)0.25-0.550.25 max0.035 max0.003 max0.035 max

Diagram I.1 Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C, garis merah menunjukan daerah sekitar medium carbon steel [8]

II.3CuZn 30Material yang digunakan CuZn 30 dengan komposisi kimia pada table 3Tabel 3 Komposisi kimia CuZn 30 [9]

UnsurCuSnZnNiFeAlPbOther

Massa (%)balance< 0.05 30< 0.2< 0.05< 0.02< 0.005< 0.1

Gambar 3. Diagram fasa Cu-Zn[10]II.4 Larutan EtsaLarutan etsa yang digunakan dalam praktikum ini dapat dilihat pada tabel 4 Tabel 4 Larutan etsa dan komposisinya [11] [12]II.5Analisis MetalografiMetalografi adalah disiplin ilmu mengenai konstitusi dan struktur dasar (atau hubungan spasial antara) konstituen dalam logam, paduan dan material [11]Adapun langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:(1) CuttingDalam proses pemotongan harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh karena itu setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai. Sistem pemotongan sampel berdasarkan media pemotong yang digunakan meliputi proses pematahan, pengguntingan, penggergajian, pemotongan abrasi, gergaji kawat, dan EDM. [13]Praktikum metalurgi II ini pemotongan dilakukan menggunakan sistem pemotongan spesimen dengan penggergajian.(2) MountingSpesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan akan sulit untuk ditangani, khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan pemolesan akhir. Untuk memudahkan penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. [13](3) GrindingPengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas silicon karbit (SiC). Pemberian air pada pengamplasan berfungsi sebagai pemindah geram, atau memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul. Hal lain yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan perubahan arah pengamplasan, maka arah yang baru adalah 45 atau 90 terhadap arah sebelumnya.[13] Perubahan arah ini juga diikuti dengan kenaikan grade pada amplas yang digunakan. Praktikum metalurgi II ini menggunakan amplas dengan grade kekasaran 80, 100, 120, 180, 200, 220, 280, 300, 320, 360, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, dan 2000.(4) PolishingPemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus, bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel hingga orde 0.01 m. [13](5) EtchingProses penyerangan atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa. Hal ini bertujuan agar detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. [13]

II.6 Diagram Alir

Diagram I.2 Diagram Alir Percobaa

BAB IIIHASIL DAN PEMBAHASAN

III.1 SS 304Material tipe SS304 merupakan stainless steel tipe austenitik dengan kadar karbon tidak lebih dari 0,08% yang telah mengalami pengerjaan dingin. Analisis metalografi dengan menggunakan mikroskop optik pada SS 304 ditunjukkan oleh Gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1 Struktur mikro SS304 dengan perbesaran 1000xPada gambar 3.1 memperlihatkan struktur mikro outline sigma dan karbida setelah dietsa dengan Glycergia selama 5 menit pada temperatur kamar. Austenit berwarna putih dan karbida yang berwarna hitam. Sedangkan outline sigma adalah batas antara fasa austenit dan karbida. Karbida yang terbentuk pada stainless steel adalah Cr23C6. Pada temperatur kamar, fasa austenit dapat terlihat karena terdapat unsur penstabil austenit pada stainless steel yaitu Ni dan Mn[14]. Dengan adanya unsur penstabil, daerah austenit pada diagram fasa akan lebih luas, sehingga pada temperatur kamar fase austenit dapat terlihat. Karena Kandungan Cr pada austenitik stainless steel melebihi 16%, mikrostruktur pada temperatur kamar sepenuhnya ferit, jika tidak ada elemen paduan austenitik yang ditambahkan. Elemen yang sering digunakan untuk mendapatkan mikrostruktur austenit adalah Ni, Mn, C dan N[14]. Austenit bersifat lebih keras dan kuat dibandingkan ferrit. karbida bersifat keras namun getas dan tahan aus sehingga dari fasa yang terbentuk dapat diketahui sifat mekanik dari SS304 yang dapat dilihat pada tabel III.1 sehingga dapat aplikasikan sebagai bolt yang digunakan pada temperatur tinggi. Tipe SS304 secara meluas digunakan pada aplikasi khususnya yang dipakai pada temperatur tinggi [14].Tabel III. 1 sifat mekanik pada bolt, screw,studs[15]

II.2 Bolt Grade 8.8Spesimen yang kami gunakan adalah BOLT Grade 8.8. Grade 8.8 disini artinya menurut ISO adalah baja yang memiliki kadar karbon sedang (Medium Carbon Steel) yang sudah mendapatkan perlakuan Quench and Temper. Analisis metalografi dengan menggunakan microscope optik pada bolt grade 8.8 ditunjukkan oleh Gambar 3.2 berikut:Gambar 3. 2 Struktur mikro bolt grade 8.8 dengan perbesaran 1000xPada Gambar 3.2 memperlihatkan hasil struktur mikro setelah dietsa oleh Nital dengan metode celup, nital disini dapat memperlihatkan alpha grain boundaries dan microconstituent. terdiri dari fasa ferrite(), martensite temper dan karbida besi(Fe3C) dimana ferrite() ditunjukkan dengan warna terang sedangkan martensite temper dan karbida besi(Fe3C) terlihat warna gelap namun berbeda bentuk. Martensit temper berbentuk sedikit lebih mampat dari bentuk martensit sebelum ditemper. Martensit adalah fasa metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat[16]. Perlakuan untuk menghilangkan tegangan dalam dan menguatkan baja dari kerapuhan disebut dengan memudakan (tempering). Tempering didefinisikan sebagai proses pemanasan logam setelah dikeraskan pada temperatur tempering (di bawah suhu kritis), yang dilanjutkan dengan proses pendinginan[17].Dari hasil quench and temper, dihasilkan struktur martensit temper. Martensit disini terbentuk dari austenite yang metastabil setelah diberi perlakuan quenching. Martensit memiliki struktur BCT sebelum dilakukan tempering, struktur BCT disini memiliki bentuk stuktur yang tajam seperti jarum, rusuk kubusnya memanjang seperti gambar dibawah ini, karena didalamnya ada karbon yang terjebak yang disebabkan oleh pelakuan quenching (pendinginan cepat), sedangkan martensit temper disini strukturnya masih BCT tetapi rusuknya agak memendek karena karbon didalam nya ada yang berdifusi kedalam alpha dan karbida besi/sementit (Fe3C). 8

Sehingga ukuran martensit disini terlihat lebih kecil , tidak lagi berbentuk jarum-jarum.

Gambar 2. Struktur Kristal martensit BCTBaja yang telah dikeraskan (quenching) bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan, melalui proses tempering kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun pula sedang keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Fasa yang terbentuk disini adalah karbida yang sifatnya mengeraskan, lalu ada martensit temper yang sifatnya lebih lunak dibandingkan martensit. Sedangkan ferrit memiliki sifat ketangguhan yang tinggi. Sehingga material ini cocok diaplikasikan pada bolt.

III. 3 CuZn 30Analisis metalografi dengan menggunakan mikroskop optik pada CuZn 30 ditunjukkan oleh Gambar 3.3 berikut:OksidaGrain boundariesTwin

Gambar 3.3 Struktur mikro CuZn 30 dengan perbesaran 1000 xPada gambar 3.3 memperlihatkan struktur mikro CuZn30 yang telah dietsa dengan ASTM 30 pada temperatur kamar selama 10 menit yang terdiri dari oksida dan beberapa batas butir dan juga twin (slip). Dengan ASTM 30 dapat ditunjukkan oksida dan kembaran pada paduan tembaga [12]. Oksida disini dapat dilihat dari struktur mikro yang berwarna orange dan juga hijau, tetapi dengan hanya menggunakan metalografi kita tidak bisa menentukan jenis oksidanya. Pada gambar 3.4 dapat terlihat twin areas pada brass. Twin areas terjadi ketika dua kristal tercermin satu sama lain dan untuk beberapa bahan, twin terjadi karena pekerjaan pengerasan pada suhu rendah [19].Pada logam yang mempunyai twin areas seperti brass ini akibat dari pengerjaan logam tersebut. Sebagian kecil dari energi yang dikeluarkan pada saat deformasi material tetap disimpan dalam logam sebagai peningkatan energi internal. Perubahan ini akan mempengaruhi dalam sifat fisik maupun mekanik. Pada prinsipnya, ada peningkatan yang ditandai dalam kekerasan dan tahanan listrik dengan adanya pengerjaan dingin. Untuk kebanyakan logam, besar dislokasi ini bergantung pada besarnya deformasi. Pada tingkat yang lebih yang lebih tinggi ditinjau dari struktur mikro, grain menjadi memanjang ke arah kerja dan sangat terdistorsi[20] . Sehingga dapat diketahui bahwa sifat mekanik dari CuZn30 adalah lebih keras dan memiliki sifat tahan listrik yang baik karena adanya twin areas maka material CuZn30 dapat diaplikasikan sebagai screw.10

Gambar 3.4 Batas batas butir pada bras yang mengandung twin areasBAB IV11

KESIMPULAN1. Sifat mekanik suatu material dapat ditentukan dari fasa-fasa yang terbentuk dari hasil perlakuan panas yang diberikan.2. - SS304 memiliki sifat lebih tangguh, tahan aus serta memiliki kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi sehingga sesuai dengan aplikasinya sebagai bolt yang diapakai pada temperatur tinggi.-Bolt Grade 8.8 memiliki sifat kuat dan tangguh sehingga sesuai dengan aplikasinya sebagai bolt-CuZn30 memiliki sifat kekerasan yang baik dan tahan listrik yang baik karena adanya twin areas maka material CuZn30 dapat diaplikasikan sebagai screw.

128