PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang...

69
PANDUAN METALOGRAFI Disusun oleh : Vuko AT Manurung Yohanes Tri Joko Wibowo Satriyo Yudi Baskoro LP2M POLITEKNIK MANUFAKTUR ASTRA JAKARTA

Transcript of PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang...

Page 1: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

PANDUAN METALOGRAFI

Disusun oleh :

Vuko AT Manurung

Yohanes Tri Joko Wibowo

Satriyo Yudi Baskoro

LP2M POLITEKNIK MANUFAKTUR ASTRA

JAKARTA

Page 2: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

ii

Panduan Metalografi

Penulis:

Vuko AT Manurung

Yohanes Tri Joko Wibowo

Satriyo Yudi Baskoro

ISBN: 978-602-71320-9-2

Editor:

Eko Ari Wibowo

Penyunting:

Eko Ari Wibowo

Desain Sampul dan Tata Letak:

Martinus Chorda

Penerbit:

LP2M Politeknik Manufaktur Astra

Jl. Gaya Motor Raya No. 8 Sunter II Jakarta 14330

Telepon: (021) 6519555 Fax: (021) 6519821

Email: [email protected]

Cetakan Pertama, April 2020

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian

atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit.

Page 3: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

iii

Kata Pengantar

Dengan berselimutkan rasa syukur kepada Tuhan yang maha Agung, kami

haturkan ke hadapan para pembaca dan keluarga besar Polman Astra,

buku Panduan Metalografi, sebuah buku hasil kolaborasi keluarga besar

Astra, yaitu PT. Astra Otoparts, Tbk dengan Polman Astra.

Alasan yang mendasari penulisan buku ini adalah rasa ingin berbagi dengan

sesama makhluk tuhan yang mencintai ilmu pengetahuan, di samping

keprihatinan kami melihat minimnya buku tentang material yang

memberikan sentuhan sisi praktek dan teoritis yang proporsional demi

lengkapnya kompetensi anak bangsa. Tentu saja semangat Catur Dharma

yaitu menjadi milik yang bermanfaat bagi bangsa dan negara menjadi

denyut jantung semua aktivitas ini.

Secara khusus, kami mengucapkan banyak terima kasih untuk segala

kesempatan dan fasilitas yang disediakan untuk kami dari Tim AOP-EDC

dan juga dari Polman Astra atas kesempatan yang diberikan.

Kami menyadari buku ini tidak lepas dari kekurangan. Segala kritik, saran

dan harapan demi lebih baiknya buku ini merupakan kesenangan kami

berikutnya.

Tim Penulis

Page 4: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL......................................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ................................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................................... iv

BAB I PENGANTAR ILMU MATERIAL TEKNIK .................................................................. 1

1. Baja dan Paduannya .............................................................................................................. 1

1.1 Klasifikasi Paduan Baja .................................................................................................. 1

1.2 Baja Paduan Tinggi ......................................................................................................... 3

1.3 Baja Alat Potong ............................................................................................................. 3

1.4 Diagram Fasa Besi-Besi Carbida .................................................................................... 4

1.5 Proses Perlakuan (Heat Treatment) Panas pada Baja...................................................... 8

1.6 Mampu Keras (Hardenability) Baja Karbon ................................................................. 14

1.7 Kekerasan (Hardness) ................................................................................................... 16

2. Alminium dan Paduannya ................................................................................................... 19

BAB 2 PROSES METALOGRAFI ............................................................................................. 22

2.1 Persiapan Sample.......................................................................................................... 23

2.2 Peralatan yang Digunakan ............................................................................................ 24

2.3 Contoh Proses Metalografi ............................................................................. 28

BAB 3 PRAKTEK METALOGRAFI ......................................................................................... 29

3.1 Proses Cutting ............................................................................................................... 30

3.2 Proses Mounting ........................................................................................................... 32

3.3 Proses Grinding dan Polishing ..................................................................................... 34

3.4 Proses Pembuatan Nital 2 % dan Proses Etsa (Etching) .............................................. 38

3.5 Mikroskop Optik .......................................................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA...................................................................................................................... 48

LAMPIRAN .................................................................................................................................... 49

Page 5: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 6: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

1

BAB I

PENGANTAR ILMU MATERIAL TEKNIK

Objektif:

1. Mampu mengklasifikasikan baja dan paduannya, serta struktur mikro.

2. Mampu mengenali proses perlakuan panas dan pengujiannya.

3. Mampu mengklasifikasikan aluminium dan paduannya serta struktur mikro.

1. Baja dan Paduannya

Paduan logam ferro adalah paduan dengan unsur utamanya besi (Fe), yang diproduksi

dengan jumlah yang lebih besar dibandingkan dengan jenis logam lainnya. Penggunaan yang luas

tersebut berdasarkan pada 4 faktor yaitu:

a. Terdapat dalam jumlah yang sangat banyak di permukaan bumi.

b. Relatif murah proses penglahannya, mulai penambangan sampai siap untuk digunakan.

c. Memiliki sifat-sifat mekanik maupun fisik yang sangat luas.

d. Kerugiannya adalah sangat rentan terhadap serangan korosi.

1.1. Klasifikasi Paduan Baja

Klasifikasi paduan baja (ferrous alloys) dapat dilihat pada Gambar 1.1. Baja adalah

paduan dengan unsur utamanya besi (Fe) dan karbon (C). Paduan baja berjumlah ribuan dengan

komposisi dan atau perlakuan panas yang berbeda. Sifat mekaniknya sangat sensitif terhadap

kandungan karbon, biasanya kurang dari 1 % beratnya.

Baja digolongkan ke dalam 3 golongan utama berdasarkan kandungan karbonnya, yaitu:

baja karbon rendah, sedang dan tinggi. Penggolongan lainnya didasarkan unsur paduan lain selain

karbon. Baja yang hanya terdiri dari unsur besi dan karbon sering disebut sebagai baja plain

Carbon sedangkan unsur lainnya yang ada merupakan residu, kecuali mangan (Mn) dalam jumlah

yang kecil.

1.1.1 Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steels)

Baja karbon biasanya mengandung karbon kurang dari 0,25 % berat dan sangat sulit untuk

dilakukan proses perlakuan panas karena martensit tidak akan terbentuk. Konsekuensinya baja

karbon rendah memiliki keuletan (ductility) dan ketangguhan (toughness) yang tinggi. Struktur

mikro terdiri dari ferit dan sedikit perlit seperti pada Gambar 1.2., serta memiliki sifat mampu

mesin (machinability) yang baik, dan mampu las (weldability) yang baik. Baja karbon dapat

digunakan dengan baik bila kekuatan dan syarat teknis lainnya tidak terlalu besar.

Keuntungan utama adalah harga yang relatif murah, meskipun memiliki keterbatasan sebagai

berikut:

- Kekuatannya tidak dapat mencapai 100.000 psi (690 MPa).

- Untuk ukuran besar tidak dapat dihasilkan struktur/fasa martensit sehinggga sulit untuk

dikeraskan.

- Ketahanan oksidasi dan korosi yang rendah.

Page 7: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

2

- Baja karbon medium harus di-quench dengan cepat agar menghasilkan struktur

martensit meskipun akibatnya adalah dapat terjadi distorsi dan keretakan pada saat diproses

perlakuan panas.

- Memiliki ketahanan yang rendah pada temperatur rendah.

Gambar 1.1. Diagram Klasifikasi Paduan Ferro[1,2]

Gambar 1.2. Baja Karbon Rendah (0,04% C) pada Kondisi di annealed.

Paduan Logam

Ferro Non Ferro

Baja (steel) Besi Cor (cast iron)

Besi Cor Kelabu

(gray iron)

Besi Cor Nodular

(ductile/nodulariron)

Besi Cor Maliabel

(malleable iron)

Paduan Rendah

(low alloy)

Karbon Rendah

(low carbon)

Karbon Sedang

(medium carbon)

Karbon Tinggi

(high carbon)

Paduan Tinggi

(high alloy)

Tanpa

Paduan

(plain)

HSLA

Plain

dapat diproses

Heat Treatment

Tanpa

Paduan

(plain)

Alat

Potong

(tool)

Tahan Karat

(stainless steel)

Alat Potong (tool)

Page 8: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

3

Tanda panah menunjukkan fasa sementit berada di antara batas butir ferit (fasa dominan), yang

dilihat menggunakan perbesaran 500x menggunakan cairan etsa Marshall[3].

1.1.2 Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steels)

Baja karbon sedang mengandung karbon dengan konsentrasi antara 0,2 % - 0,5 %

beratnya. Paduan ini dapat diproses perlakuan panas dengan cara austenizing, celup cepat

(quenching) yang diikuti dengan tempering untuk memperbaiki sifat-sifat mekaniknya. Baja plain

carbon sedang ini memiliki mampu keras yang rendah, sehingga untuk mendapatkan hasil

perlakuan panas yang baik hanya dapat dilakukan untuk benda yang tipis dan laju pendinginan

yang cepat. Penambahan crom (Cr), nikel (Ni) dan molibdenum (Mo) akan menaikkan

kemampuannya untuk dapat diproses perlakuan panas. Baja karbon sedang banyak dipakai pada

roda rel kereta api, roda gigi, dan komponen mesin lainnya serta komponen struktur yang

mensyaratkan kombinasi dari kekuatan, ketahanan terhadap gesekan dan ketangguhan yang

tinggi.

1.1.3 Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steels)

Baja karbon tinggi biasanya mengandung karbon antara 0,6 % - 1,4 % beratnya, memiliki

sifat yang paling keras, paling kuat dan keuletan yang paling rendah di antara baja plain carbon

lainnya. Baja ini biasanya dipakai setelah mengalami proses pengerasan dan temper, secara

khusus pada penggunaan ketahanan gesek yang tinggi, dan pisau potong (cutting tools). Alat-alat

potong dan cetakan baja (dies & mould steel) biasanya terbuat dari baja karbon tinggi dengan

penambahan unsur lain seperti krom, vanadium, tungsten dan molibdenum sehingga

menjadikannya sangat keras dan kuat serta memiliki ketahanan terhadap gesekan yang tinggi.

1.2 Baja Paduan Tinggi (High Alloy steels)

Dari keterbatasan-keterbatasan tersebut perlu dilakukan suatu penggabungan (alloying)

dengan unsur-unsur lainnya sehingga dapat memperbaiki sifat-sifatnya. Proses pemaduan baja

pada umumnya lebih mahal dibandingkan dengan baja plain carbon, tetapi agar sesuai dengan

syarat-syarat teknis yang diinginkan maka proses pemaduan harus dilakukan.

Unsur-unsur paduan utama yang ditambahkan antara lain: Mn, Ni, Cr, Mo, Tungsten (W).

Unsur-unsur lain yang kadang-kadang ditambahkan antara lain: V, Co, B, Cu, Al, Sn, Ti, Nb.

Penambahan unsur-unsur tersebut pada diagram Fe-Fe3C keberadaannya perlu dilakukan

penyesuaian terhadap kandungan karbon, yang sering juga disebut sebagai carbon equivalent.

Tabel 5.5 menunjukkan komposisi paduan dari beberapa jenis baja paduan dan standar penamaan

menurut AISI-SAE.

Baja paduan tinggi (high alloy steels) memiliki sifat sangat keras, kuat tetapi dengan

keuletan yang rendah. Biasanya baja jenis ini digunakan pada kondisi yang telah dikeraskan

(hardened) dan di-temper, sehingga memiliki kekerasan yang masih tinggi dan ketahanan aus

yang baik, sehingga dapat berfungsi sebagai pisau potong yang sangat tajam. Peralatan potong

(tools) dan cetakan (die) terbuat dari baja karbon paduan tinggi, yang biasanya terdiri dari unsur:

Cr (chromium), V (vanadium), W (tungten), dan Mo (molybdenum).

Page 9: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

4

1.3 Baja Alat-Potong (Tool Steels).

Mengandung paduan karbon dan unsur lainnya, seperti krom, nikel, tungsten,

molybdenum yang sangat tinggi, sehingga material yang dihasilkan sangat keras dan sesuai untuk

alat potong. Untuk menghasilkan alat potong dengan kualitas baik dan mudah untuk mengontrol

unsur paduannya, biasanya pemaduan dilakukan dengan menggunakan tungku elektrik (electrical

furnace). Karena itu harga alat potong tersebut sangat mahal karena proses pembuatannya yang

juga mahal.

Proses pembuatan alat potong dilakukan dengan cara perlakuan panas, yaitu dipanaskan

sampai temperatur austenit kemudian dicelup cepat (quenching) dan diikuti dengan proses temper,

untuk mendapatkan kekerasan yang dikehendaki dan menghilangkan tegangan sisa yang terjadi

saat proses celup cepat tersebut.

1.4 Diagram Fasa Besi-Besi Carbida

Pada baja, kandungan karbon mulai dari 0,03 - 1,2 % dan 0,25 - 1 % Mn serta sejumlah

kecil unsur-unsur lain seperti: Si, P, dll. Baja dengan kondisi seperti ini disebut sebagai plain

carbon steel. Diagram fasa dibuat dengan laju pendinginan yang sangat lambat, dengan

kandungan karbon mencapai 6,67 %. Gambar 1.3. menunjukkan diagram fasa besi karbon.

Diagram Fe-Fe3C terdiri dari fasa padat sebagai berikut:

• α ferrite, carbon larut padat interstisi di dalam struktur kristal BCC. Kelarutan karbon pada

fasa ini mencapai maksimal 0,02 % pada temperatur 723 OC. Kelarutan karbon di α ferrite

akan turun mencapai 0,005 % pada temperatur 0 OC.

• Austenite (γ), karbon larut padat interstisi di dalam besi γ. Austenite memiliki struktur

kristal FCC dan memiliki kemampuan larut padat dari karbon lebih tinggi dari α ferrite.

Kelarutan karbon di austenite maksimum 2,08 % pada temperatur 1148 OC dan menurun

menjadi 0,8 % pada temperatur 723 OC.

• Cementite (Fe3C), memiliki kelarutan tak terbatas dan komposisinya adalah karbon mulai

dari 6,67 % - 93,3 % Fe. Cementite keras dan getas.

• δ ferrite, adalah karbon larut padat interstisi di dalam besi δ, yang memiliki struktur kristal

BCC seperti α ferrite. Larutan padat dari karbon pada δ ferrite maksimum mencapai 0,09 %,

pada temperatur 1465 OC.

1.4.1 Besi Cor/Tuang (Cast Iron).

Besi cor/tuang umumnya terdiri dari 2 % - 4 % carbon dan 1 % – 3 % silikon, dan unsur-

unsur lainnya dalam jumlah yang sedikit. Secara umum besi cor/tuang menghasilkan produk

coran yang baik, karena mudah dicairkan (temperatur cair antara 1150 OC – 1300 OC) sehingga

biaya produksi lebih murah dibandingkan baja. Besi cor terdiri dari fasa perlit atau ferit

(tergantung dari laju pendinginannya) dan karbon bebas dalam bentuk grafit. Kecenderungan akan

terbentuknya grafit diatur oleh komposisi dan laju pendinginan termasuk di dalamnya proses

perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1

% beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur pembentuk besi cor. Besi

cor digolongankan ke dalam 4 jenis, berdasarkan distribusi karbon di dalam stuktur mikro yaitu

(Gambar 1.3):

- Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron).

- Besi Cor Nodular/Ductile (Nodular Cast Iron).

Page 10: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

5

- Besi Cor Putih (White Cast Iron).

- Besi Cor Maliabel (Malleable Cast Iron).

1.4.1.1 Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron).

Kandungan karbon dan silikon pada gray cast iron antara 2,5 % - 4,0 % dan 1,0 % - 3 %.

Bentuk grafitnya adalah flakes ditunjukkan Gambar 1.4(a). Karena grafit berbentuk flakes

permukaan patahnya berwarna kelabu. Sifat mekanis dari besi cor kelabu adalah getas (brittle),

keras, kekuatan tarik tinggi dan keuletannya lebih besar bila pembebanannya adalah tekanan

(compressive load). Keuntungannya adalah sebagai berikut:

- Dapat menyerap energi getaran (dumping vibrational energy).

- Ketahanan gesek (Wear resistance) tinggi.

- Pada kondisi cair memiliki fluiditas yang tinggi sehingga dapat menghasilkan bentuk-

bentuk benda kerja yang rumit dan kemungkinan terjadinya pengkerutan (shrinkage) kecil,

pada saat dituang atau dicor.

- Biaya pengecoran yang relatif murah.

Gambar 1.3 Diagram Fasa Besi dan Besi Karbida.

Page 11: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

6

1.4.1.2 Besi Cor Nodular atau Ductile (Ductile-Nodular iron).

Penambahkan “sedikit” Magnesium dan atau Cerium pada besi cor kelabu sebelum dicor

akan mengubah bentuk grafit dari flakes menjadi nodular. Nodular berasal dari bahasa latin

nodulus yang berarti bintil. Nodular atau bulatan mengilustrasikan struktur mikro besi cor nodular

seperti ditunjukkan pada Gambar 1.4(b). Hasilnya dinamakan nodular atau ductile iron yang

memiliki sifat–sifat mekanis yang tinggi. Matrik yang terbentuk adalah perlit atau ferit yang

tergantung pada laju pendinginan seperti terlihat pada Gambar 1.5.

Karena bentuk grafit tersebut, sifat mekanik besi cor nodular hampir sama (mendekati)

sifat mekanik baja. Contohnya adaah besi cor nodular feritik yang mempunyai rentang kekuatan

tarik antara 380 MPa sampai dengan 480 MPa (55.000 psi s/d 70.000 psi), dan keuletannya dari

10 % sampai 20 %. Adapun penggunaannya pada katup (valves), rumah pompa (pump bodies),

crankshafts, roda gigi dan komponen–komponen otomotif lainnya.

1.4.1.3 Besi Cor Putih (White Cast Iron)

Besi cor putih terbentuk pada laju pendinginan yang sangat cepat dan kandungan silik on

yang rendah kurang dari 1 % beratnya, seperti ditunjukkan Gambar 1.5. Disebut besi cor putih

karena menghasilkan warna putih atau terang pada permukaan patahannya. Besi cor putih

biasanya sangat baik digunakan untuk struktur yang mengalami gesekan dan abrasi. Sebagai

konsekuensi dari banyaknya fasa sementit yang terbentuk, besi cor putih sangat keras dan getas.

Gambar 1.4 Struktur Mikro Besi Cor. (a) Besi Cor Kelabu;

(b) Besi Cor Nodular; (c) Besi Cor Putih; (d) Besi Cor Maliabel[3]

Page 12: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

7

Tabel 1.1 Komposisi Kimia dari Besi Cor atau Tuang[4]

1.4.1.4 Besi Cor Maliabel (Malleable Cast Iron)

Karena sifat yang tidak diinginkan dari besi cor putih tersebut, maka biasanya dipanaskan

kembali pada temperatur antara 800 OC - 900 OC, akan membentuk besi cor yang lain yang

disebut dengan besi cor maleabel (malleablecast iron) seperti yang ditunjukkan Gambar 1.5.

Matrik yang terbentuk berupa ferit atau perlit yang sangat tergantung dari laju pendinginannya.

Struktur mikronya mirip dengan besi cor nodular, sehingga sifat-sifatnya juga hampir sama

terutama dalam hal kekuatan dan keuletannya. Besi cor putih biasanya dipakai sebagai batang

penghubung (connecting rods), roda gigi transmisi, dan roda gigi differensial untuk transmisi di

industri otomotif; flange, fitting pipa, dan komponen untuk katup (valves) untuk industri maritim

dan industri alat berat lainnya.

Gambar 1.5 Ilustrasi Proses Pembentukan Jenis-Jenis Besi Cor [1,2]

Page 13: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

8

1.5 Proses Perlakuan (Heat Treatment) Panas pada Baja

Proses perlakuan panas didefinisikan sebagai suatu proses atau kombinasi dari beberapa

proses yang meliputi pemanasan dengan laju pemanasan yang spesifik, ditahan selama waktu dan

temperatur tertentu dan kemudian didinginkan dengan laju pendinginan yang sangat spesifik

untuk mendapatkan struktur dan sifat-sifat tertentu (sifat mekanik, sifat fisik sifat magnetik atau

elektrik) yang dikehendaki[2]. Definisi lainnya adalah kombinasi pemanasan dan pendinginan

(dengan atau tanpa pengendalian/kontrol laju pendinginan) pada baja karbon dan paduannya

sehingga menghasilkan sifat mekanik dan fisik yang berbeda dari kondisi awalnya. Proses

pemanasan dan pendinginan ini dinamakan perlakuan panas (heat treatment). Selama proses

perlakuan panas berlangsung akan terjadi perubahan struktur mikro dari baja tersebut. Mengapa

perlu dilakukan proses perlakuan panas? Ada beberapa alasan proses perlakuan panas diadakan,

akan tetapi yang paling fundamental adalah:

- Mempersiapkan material logam sebagai produk setengah jadi agar layak diproses lebih

lanjut.

- Meningkatkan umur pakai material logam sebagai produk jadi.

Beberapa jenis proses perlakukan panas pada baja dan paduannya yang biasa dilakukan di

industri manufaktur untuk mendapatkan hasil yang diinginkan adalah sebagai berikut:

- Annealing dan Normalizing

- Pendinginan cepat (Quenching)

- Tempering

- Martempering

- Austempering

1.5.1 Annealing dan Normalizing

Annealing adalah proses pemanasan baja dan paduannya sampai pencapai temperatur

austenite (A3 atau ACM) kemudian ditahan pada temperatur tersebut untuk mendapatkan fasa yang

sama di permukaan dan di bagian dalam material tersebut. Setelah itu dilakukan pendinginan

secara perlahan-lahan. Pendinginan dilakukan dengan cara mematikan tungku. Ini disebut full

annealing sedangkan didinginkan di udara disebut sebagai normalizing. Tujuan dari proses ini

adalah:

- Menghilangkan tegangan yang terjadi akibat proses pendinginan tiba-tiba (stresses relieve).

- Menaikkan keuletan dan menurunkan kekerasannya.

- Menghilangkan efek proses perlakuan dingin (cold work).

- Menghasilkan struktur mikro yang spesifik.

Proses pendinginan ini biasanya dilakukan di dalam tungku dengan cara mematikan

tungku pemanas sampai mencapai temperatur kamar. Untuk baja hipereutektoid, proses

pemanasan dilakukan pada temperatur 40 0C di atas temperatur eutektoid. Struktur mikro dari baja

hipoeutektoid setelah mengalami proses full annealing adalah proeutektoid ferit dan perlit, seperti

pada grafik proses pemanasan baja plain karbon terhadap kandungan karbon yang ditunjukkan

pada Gambar 1.6.

Page 14: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

9

Gambar 1.6 Proses Pemanasan Baja Karbon[4]

Normalizing adalah proses pemanasan baja sampai mencapai temperatur austenit dan kemudian

didinginkan di udara, ditunjukkan pada Gambar 1.7. Struktur mikro yang terbentuk adalah dari

baja hipoeutektoid plain-carbon adalah proeutektoid ferit dan perlit. Tujuan dari normalizing

adalah sebagai berikut:

• Untuk menghaluskan struktur butir.

• Menaikkan kekuatan baja (dibandingkan dengan baja annealing).

• Untuk mengurangi segregasi akibat proses pengecoran atau proses pembentukan lainnya.

• Meratakan (uniform) butir.

Untuk proses annealing lainnya adalah:

- Spherodizing: dilakuan untuk meningkatkan mampu-mesin (machineability) pada baja yang

akan diproses permesinan (machining process).

- Stress-relief annealing: pemanasan sampai dengan di bawah temperatur kritis 550 – 650 OC

untuk baja karbon dan paduan rendah, sedangkan dipanaskan pada temperatur 600 – 750 OC

untuk baja perkakas. Tujuannya adalah untuk menghilangkan tegangan sisa akibat

deformasi pengerjaan dingin.

- Recrystallization annealing: pemanasan sampai dengan temperatur 600 OC dibawah

temperatur kritis. Proses ini dilakukan pada baja setelah deformasi pengerjaan dingin.

- Quench annealing: dilakukan pada baja jenis austenitik yang di-homogenizing atau di-

recrystallization annealing dimana diikuti dengan pendinginan cepat untuk menghindari

terbentuknya endapan karbida, terutama pada batas butir.

- Isothermal annealing: pendinginan cepat sampai temperatur tepat di bawah daerah

transformasi, ditahan 1 sampai 2 jam, dan diikuti pendinginan di udara.

Page 15: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

10

Gambar 1.7 Struktur Mikro Baja UNS 10080 (low carbon steel) dengan Laju Pendinginan Sangat Lambat.

Gambar 1.7 memperlihatkan matrik ferit dengan fasa perlit yang membentuk pulau di

antara fasa ferit. Gambar tersebut diambil dengan menggunakan perbesaran 500x dan

menggunakan etsa Picral 4%[3].

1.5.2 Pendinginan Cepat (Quenching) dan Tempering

Proses pendinginan cepat dimulai saat material baja karbon dan paduannya dipanaskan

sampai temperatur austenite. Kemudian didinginkan dengan cepat (quenching) ke temperatur

kamar dengan menggunakan media pendingin berupa air, minyak (oil), ataupun larutan garam.

Struktur mikro yang semula adalah austenit akan berubah menjadi martensit. Martensit memiliki

sifat fasa metastabil, dengan struktur kristal BCT (body-centered tetragonal). Sifat mekanik dari

martensit adalah keras dan getas. Kekerasan dari martensit akan meningkat seiring dengan

naiknya kandungan karbon pada baja.

Gambar 1.8 Struktur Mikro Fasa Martensit[3]

Temperatur saat akan terbentuk martensit disebut Martensite Start (Ms) dan temperatur

setelah seluruhnya martensit terbentuk disebut Martensite Finish (Mf) seperti terlihat pada

Gambar 1.8. Pada baja karbon rendah proses celup cepat sulit untuk mendapatkan fasa martensit.

Karena fasa martensit bersifat keras dan sangat getas, maka perlu dilakukan penurunan

kegetasannya dengan cara dipanaskan di bawah temperatur eutectoid sehingga tidak terlalu getas

Page 16: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

11

meskipun efek sampingnya adalah kekerasannya akan turun. Proses ini disebut dengan temper

(tempering). Struktur mikro dari hasil quenched dan tempered ditunjukkan pada Gambar 1.9.

Struktur yang terbentuk adalah bainit (warna gelap) dan martensit (warna abu-abu terang). Etsa

yang dilakukan menggunakan picral 4%+Nital 2% dengan perbesaran 500x [3].

Gambar 1.9 Struktur Mikro Baja Karbon Rendah UNS 43400 yang dicelup Cepat dan Ditemper

Pada proses celup cepat (quenching) sering terjadi distorsi dan ‘retak halus’ (micro

cracking) akibat adanya perbedaan temperatur yang terjadi pada bagian permukaan dan bagian

dalam dari material yang diproses perlakuan panas saat berlangsungnya proses pendinginan,

ditunjukkan pada Gambar 1.10. Karena itu perlu dilakukan modifikasi pada proses celup cepat

dan temper. Modifikasi yang dilakukan akan mendapatkan hasil yang lebih optimal dan yang

lebih penting mengurangi terjadinya retak halus (micro crack) yang cenderung tidak terlihat saat

proses celup cepat berlangsung berlangsung.

Page 17: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

12

Gambar 1.10 Proses Quench-Temper Konvensional

1.5.3 Martempering

Martempering sering juga disebut sebagai marquenching. Proses ini diadakan untuk

menghindari retak ataupun retak halus akibat proses quenching. Prosesnya adalah dengan

melakukan pemanasan sampai dengan temperatur austenite (sekitar 40 OC di atas temperatur A3),

seperti pada Gambar 1.11. Kemudian di-quench ke dalam larutan garam atau oli pada temperatur

sedikit di atas MS (martensit start). Setelah itu ditahan/dibiarkan sampai bagian permukaan dan

tengah dari benda kerja memiliki temperatur yang sama dan sebelum mencapai transformasi

austenit ke bainit dihentikan dengan cara, didinginkan pada laju pendinginan ‘sedang’ sampai ke

temperatur ruang. Kemudian dilakukan proses tempering. Perbedaan antara proses celup cepat

konvensional dengan martempering yaitu pada keseragaman laju pendinginan antara bagian

permukaan dengan bagian dalam dari benda kerja. Struktur akhir dari proses martempering adalah

martensit dengan distribusi martensit yang lebih merata di bagian permukaan dan bagian

dalamnya. Kemudian bila dilakukan proses temper menjadi martensit temper. Perbedaan lainnya

adalah secara kuantitatif pada harga impak (impact value). Dengan demikian proses martempering

akan menghasilkan kegetasan yang lebih rendah dibandingkan proses celup cepat dan temper.

1.5.4 Austempering

Austempering adalah proses perlakuan panas isothermal yang menghasilkan struktur bainit

pada baja karbon. Tahapan prosesnya adalah baja dipanaskan sampai dengan temperatur austenit

kemudian dicelup cepat (quenching) pada larutan garam dengan temperatur sedikit di atas MS

(martensit start) kemudian ditahan untuk memberi kesempatan austenit bertransformasi menjadi

bainit dan kemudian didinginkan di udara, seperti pada Gambar 1.12. Dari gambar 1.12., juga

terlihat bahwa proses transformasi antara bagian permukaan dan bagian tengah benda kerja adalah

Page 18: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

13

sama dan terjadi sedikit di atas temperatur dimulai terbentuknya martensit (martensite start atau

MS), dengan demikian fasa martensit tidak sampai terbentuk.

Keuntungan dari proses austempering dibandingkan dengan proses quench dan tempering

konvensional adalah adanya perbaikan keuletan (ductility) dan ketahanan impak (impact) yang

tidak akan diperoleh pada proses quenching dan tempering biasa (konvensional), serta turunnya

distorsi. Sedangkan kerugiannya adalah diperlukannya wadah atau tempat garam yang khusus,

dan proses hanya dapat dilakukan pada jenis baja tertentu saja.

Setelah ketiga proses perlakuan panas tersebut dilakukan maka diperoleh hasil seperti

data-data yang ditunjukkan Tabel 1.1.[2]:

Tabel 1.1 Perbandingan Hasil Proses Perlakukan Panas[5]

Gambar 1.11 Diagram Proses Martempering

HEAT TREATMENT HRC IMPACT (Ft.Lb) ELONGATION (%)

Water-quench & temper 53 12 0

Water-quench & temper 52,5 14 0

Martemper & temper 53 28 0

Martemper & temper 52,8 24 0

Austemper 52,0 45 11

Austemper 52,5 40 8

Page 19: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

14

Gambar 1.12 Diagram Proses Austempering

Gambar 1.13 Skema Percobaan dan Grafik Hasil Percobaan Jominy Test[1,2]

1.6 Mampu Keras (Hardenability) Baja Karbon

Mampu keras pada baja karbon dan paduannya didefinisikan sebagai sifat yang

menentukan kedalaman dan distribusi kekerasan dari baja dengan cara quenching dari temperatur

austenit. Untuk skala industri, mampu keras baja diukur dengan melakukan percobaan Jominy

(Jominy testing). Menurut ASTM 255/SAE J406, ukuran spesimen adalah diameter 25 mm dan

panjang 100 mm. Prosedur percobaan adalah baja dipanaskan sampai temperatur austenit

kemudian spesimen diletakkan pada tempat yang telah disediakan, dan disemprot air. Setelah

dingin kekerasannya diukur dan hasilnya diplot ke dalam grafik seperti terlihat pada Gambar 1.13.

Page 20: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

15

Mampu keras (hardenability) sangat berbeda dengan kekerasan (hardness). Kekerasan biasanya

dihubungkan dengan ketahanan material terhadap deformasi plastis. Faktor-faktor yang

mempengaruhi sifat mampu keras baja adalah:

• Komposisi paduan.

• Ukuran butir austenit.

• Struktur dari baja sebelum quenching.

Baja karbon biasa (plain karbon steel) pada umumnya memiliki keterbatasan dalam hal

sifat-sifat (properties) yang dimilikinya, sehingga diperlukan suatu penggabungan (alloying)

dengan unsur-unsur lainnya. Penambahan unsur-unsur tersebut akan memperbaiki sifat-sifatnya.

Proses pemaduan baja pada umumnya lebih mahal dibandingkan dengan baja plain karbon.

Unsur-unsur paduan utama yang ditambahkan antara lain Mn, Ni, Cr, Mo, dan Tungsten (W).

Unsur-unsur lain yang kadang-kadang ditambahkan antara lain V, Co, B, Cu, Al, Sn, Ti, Nb.

Penambahan unsur-unsur tersebut pada diagram Fe-Fe3C keberadaannya perlu dilakukan

penyesuaian terhadap kandungan karbon, yang sering juga disebut sebagai carbon equivalent.

Tabel 1.2. menunjukkan komposisi paduan dari beberapa jenis baja paduan dan standar penamaan

menurut AISI-SAE.

Tabel 1.2 Beberapa Jenis Baja Paduan Standard AISI-SAE[4]

13xx Manganese 1.75

4Oxx Molybdenum 0.20 atau 0.25; atau molybdenum 0.25 dan sulfur 0.042

41 xx Chromium 0.50. 0.80, atau 0.95, molybdenum 0.12, 0.20. atau 0.30

43xx Nickel 1.83, chromium 0.50 atau 0.80, molybdenum 0.25

44xx Molybdenum 0.53

46xx Nickel 0.85 atau 1.83, ,molybdenum 0.20 atau 0.25

47xx Nickel 1.05, chromium 0.45, molybdenum 0.20 atau 0.35

48xx Nickel 3.50, molybdenum 0.25

5Oxx Chromium 0.40

51xx Chromium 0.80, 0.88, 0.93, 0.95, atau 1.00

51xxx Chromium 1.03

52xxx Chromium 1.45

61xx Chromium 0.60 atau 0.95, vanadium 0.13 atau min. 0.15

86xx Nickel 0.55, chromium 0.50, molybdenum 0.20

87xx Nickel 0.55, chromium 0.50, molybdenum 0.25

88xx Nickel 0.55, chromium 0.50, molybdenum 0.35

92xx Silicon 2.00; atau silicon 1.40 dan chromium 0.70

5Obxx* Chromium 0.28 atau 0.50

51 Bxx* Chromium 0.80

81Bxx* Nickel 0.30, chromium 0.45, molybdenum 0.12

94Bxx* Nickel 0.45. chromium 0.40, molybdenum 0.12

Kode *B menunjukkan baja Boron.

Sumber: Alloy Steel: Semifinished; Hot-Rolled and Cold-Finished Bars, American Iron and Steel Institute, 1970.

Page 21: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

16

Baja paduan tinggi (high alloy steels) memiliki sifat sangat keras dan kuat tetapi memiliki

keuletan yang rendah. Biasanya baja jenis ini digunakan pada kondisi yang telah dikeraskan

(hardened) dan di-temper, sehingga memiliki kekerasan yang masih tinggi dan ketahanan aus

yang baik, serta dapat berfungsi sebagai pisau potong yang sangat tajam. Peralatan potong (tools)

dan cetakan (die) terbuat dari baja karbon paduan tinggi, yang biasanya terdiri dari unsur Cr

(chromium), V (vanadium), W (tungten) dan Mo (molybdenum).

Penambahan unsur paduan menggeser temperatur eutektoid (semula adalah 723 OC) ke

temperatur yang lebih tinggi atau lebih rendah tergantung dari jenis unsurnya. Demikian juga

halnya dengan posisi titik eutektoid (pada awalnya sebesar 0,77% C) juga mengalami perubahan

dengan penambahan unsur paduan lainnya. Gambar 1.14 (a) dan (b) menunjukkan pengaruh

penambahan unsur paduan terhadap temperatur dan titik eutektoid pada diagram Fe-Fe3C.

Penggabungan antara paduan baja dan peroses perlakuan panas akan mendapatkan baja dengan

sifat-sifat yang dikehendaki meskipun sebagai konsekuensinya harganya akan lebih mahal.

Karena itu, perlu pertimbangan yang matang sebelum memilih material yang dikehendaki.

1.7 Kekerasan (Hardness)

Kekerasan didefinisikan sebagai suatu kemampuan material menahan deformasi plastis[2,3].

Kekerasan tersebut diukur melalui gaya yang bekerja pada indentor di permukaan logam. Indentor

terbuat dari material yang lebih keras dari material yang akan diuji dan biasanya berbentuk bola,

piramid atau kerucut. Prosedur pengujian dimulai dari memberikan beban yang telah diketahui

besarnya secara perlahan-lahan dalam arah tegak lurus permukaan logam yang akan diuji. Setelah

dilakukan penekanan maka akan menimbulkan bekas penekanan pada logam uji. Untuk mesin

yang masih manual bekas penekanan tersebut yang akan diukur, sedangkan untuk saat ini nilai

kekerasan dapat langsung dibaca pada mesin uji keras. Tabel 1.4, menunjukkan jenis-jenis uji

keras.

Gambar 1.14 (A) Pengaruh Unsur Paduan terhadap

Temperatur Eutektoid[1,2]

Gambar 1.14 (B) Pengaruh Unsur Paduan

terhadap Posisi Eutektoid[1,2]

Page 22: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

17

Tabel 1.3 Jenis Pengujian Kekerasan Mateial

Kekuatan tarik dan kekerasan merupakan tanda ketahanan suatu logam terhadap deformasi

plastis, kecuali material tersebut diproses secara khusus misalnya pada perlakuan panas atau

pemaduan (alloying). Tabel 1.4. menunjukkan hubungan antara kekerasan Brinell (BHN) dengan

kekuatan tarik (TS). Konsekuensinya kekuatan berbanding lurus dengan kekerasan suatu material.

Untuk kebanyakan baja hubungan antara kekerasan Brinell (HB) dengan kekuatan tarik adalah:

TS (MPa) = 3,45 X HB atau TS (psi) = 500 X HB

Page 23: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

18

Tabel 1.4 Hubungan antara BHN dengan TS

Proses identifikasi fasa yang terbentuk saat proses metalografi, dilakukan dengan cara

mengetahui proses apa yang sebelumnya dialami oleh material tersebut atau dengan melakukan

pengujian kekerasan secara mikro. Pengujian kekerasan mikro tersebut digunakan untuk

mengetahui kekerasan di fasa yang terbentuk. Prinsipnya sama dengan metode kekerasan biasa

tetapi dalam hal ini skalanya yang kecil. Gambar 1.15. adalah contoh alat uji keras mikro.

Page 24: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

19

Gambar 1.15 Contoh Alat Uji Kekerasan Mikro (Micro Hardness)

2. Aluminium dan Paduannya

Aluminium yang disingkat Al memiliki berat jenis yang ringan yaitu 2,70 g/cm3

dibandingkan dengan baja yang 7,8 g/cm3, serta memiliki ketahanan korosi yang tinggi pada

lingkungan biasa. Al murni memiliki sifat kekuatan yang rendah, tetapi dengan adanya paduan

dengan unsur-unsur lainnya akan meningkatkan kekuatannya. Al memiliki sifat non toxic

sehingga dapat dipakai sebagai pembungkus dan tempat makanan. Sifat elektrik yang baik

menjadikan Al banyak dipakai pada industri elektronik. Paduan Al dibuat dalam bentuk : sheet,

plate, extrusion, rod dan wire, serta diklasifikasikan berdasarkan unsur paduan utama yang

membentuknya. Empat angka bilangan digunakan untuk mengidentifikasi Al paduan kasar

(Wrought Al Alloys), seperti terlihat pada Tabel 1.3. Angka pertama menunjukkan unsur paduan

utama, sedangkan dua angka terakhir menunjukkan paduan Al.

Tanda temper (temper-designation) untuk paduan aluminium kasar ditulis di belakang

empat angka terakhir dengan menggunakan tanda penghubung (-), yang berupa huruf kapital

(misalnya: F = difabrikasi; O = dianil; H = pengerasan regangan; T = temper) dan diikuti satu

sampai dengan tiga angka. Paduan Al kasar biasanya dibagi kedalam dua kelompok yaitu:

- Paduan Al yang dapat diproses perlakuan panas (heat-treatable)

- Paduan Al yang tidak dapat diproses perlakuan panas (non-heat-treatable)

Paduan Al yang tidak dapat diproses dengan perlakuan panas tidak dapat dilakukan penguatan

presipitat (precipitation-strengthened), tetapi dapat ditingkatkan kekuatannya dengan cara

pengerjaan dingin (cold work).

Paduan Al yang tidak dapat diproses perlakuan panas adalah dari grup:

- Paduan 1XXX: paduan yang memiliki kandungan Al min 99,00%, dan besi serta silikon

sebagai unsur utama pembentuk ketidakmurnian (impurities). Penambahan unsur Cu 0,12%

akan menaikkan kekuatannya.

Page 25: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

20

- Paduan 3XXX: Mn adalah unsur paduan utama. Peningkatan kekuatan dilakukan dengan

larutan padat (solid-solutin strengthen). 3003 adalah paduan utama yang penting di dalam

kelompok ini dengan kekuatan tarik mencapai 16 ksi (110MPa).

- Paduan 5XXX: Mg adalah unsur paduan utama pada kelompok ini. Salah satu paduan yang

penting pada kelompok ini adalah 5052 yang terdiri dari 2,5% Mg dan 0,2% Cr. Pada

kondisi anil 5052 memiliki kekuatan tarik 28 ksi (193 MPa).

Paduan Al yang dapat diproses perlakuan panas adalah dari grup:

- Paduan 2XXX: unsur paduan utamanya adalah Cu, tetapi kadang-kadang juga ditambahkan

Mg dalam jumlah sedikit. Salah satu paduan yang penting adalah 2024, yang terdiri dari 4,5

% Cu, 1,5 % Mg dan 0,6 % Mn. Paduan ini ditingkatkan kekuatannya dengan cara larutan

padat (solid-solution) dan penguatan presipitasi (presipitation strengthening). Al 2024T6

memiliki kekuatan tarik 54 ksi (442 MPa) dan banyak dipakai pada struktur pesawat

terbang.

- Paduan 6XXX: unsur paduan utamanya adalah Mg dan Si. Paduan 6061 adalah salah satu

paduan yang penting pada kelompok ini dengan komposisi unsurnya 1,0 % Mg, 0,6 % Si,

0,3 % Cu dan 0,2 % Cr.

- Paduan 7XXX: unsur paduan utamanya adalah Zn, Mg dan Cu. 7075 adalah salah satu

paduan utama yang penting dengan komposisi 5,6 % Zn, 2,5 % Mg, 1,6 % Cu dan 0,25 %

Cr dengan kekuatan tarik mencapai 73 ksi (504 MPa) dan biasanya digunakan pada struktur

pesawat terbang.

Pada umumnya paduan Al dibuat dengan cara dicor. Proses pengecoran yang umum

dilakukan pada paduan Al adalah pengecoran pasir (sand casting); pengecoran permanen

(permanent mould); pengecoran dengan cetakan tetap (die casting). Al paduan dibuat lebih dari

tiga ratus unsur yang dipadu untuk menghasilkan berbagai variasi paduan yang dikembangkan

oleh pabrik pembuatnya. Semua Al paduan yang dijual dipasaran mengandung unsur Fe dan Si

baik sendiri-sendiri maupun bersama-sama untuk memberikan efek peningkatan pada sifat-

sifatnya (properties). Paduan unsur utamanya adalah seperti pada gambar 1.16. Penambahan Cu,

Mg, Mn, Si, dan Zn akan meningkatkan kekuatannya saat dikaitkan dengan proses perlakuan

panas atau pengerasan regangan (strain hardening) atau gabungan dari kedua proses tersebut.

Perbedaan yang jelas dapat dilihat pada struktur mikro Al, yang ditunjukkan pada Gambar 1.17

(a) dan (b).

Tabel 1.6 Kelompok Paduan Al Kasar (Wrought Alloys)[1,2]

Al, kandungan minimum 99.00%, atau lebih 1XXX

Paduan dengan unsur utama ; Cu 2XXX

Mn 3XXX

Si 4XXX

Mg 5XXX

Mg & Si 6XXX

Zn 7XXX

Elemen lainnya 8XXX

Unused series 9XXX

Page 26: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

21

Gambar 1.16 Prinsip Pemaduan (Alloying) Unsur Lainnya di Dalam Al[3]

Gambar 1.17 Struktur Mikro dan Morfologi Al[3]

(a). Al -cor 390 Paduan dengan Endapan Primer Silikon (abu-abu terang).

(b). Al -cor 384,0 Paduan dengan Endapan Utama dari Al-Fe-Si.

Kedua Al di-etsa Menggunakan 0,5% HF dan Perbesaran100x

Page 27: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

22

BAB II

PROSES METALOGRAFI

Objektif:

1. Mengenal prinsip-prinsip dasar metalografi

2. Mengenal peralatan yang dipakai pada proses metalografi

Metalografi adalah ilmu yang mempelajari struktur mikro suatu logam dan

karakteristiknya[6]. Metalografi sangat penting untuk mengetahui ukuran butir, distribusi fasa, dan

untuk mengetahui adanya inklusi (kotoran) dalam suatu logam. Hasil dari metalografi tersebut

akan menjadi acuan untuk menentukan suatu material telah sesuai dengan spesifikasi yang

diminta atau untuk mengetahui proses yang sudah dialami oleh material yang bersangkutan.

Faktor yang sangat mempengaruhi keberhasilan suatu proses metalografi menggunakan

mikroskop optik adalah persiapan permukaan spesimen yang akan dilihat. Ini adalah prinsip dasar

yang dilakukan oleh bapak metalografi Henry Clifton Sorby (1826 – 1908) yang adalah orang

pertama yang mendapatkan hasil polishing dan etsa yang benar dari suatu spesimen. Klasifikasi

dari metalografi ada 2 yaitu:

a. Makrografi (Macroexamination/Macroscopy/Macrography)

b. Mikrografi (Microexamination/Microscopy/Micrography)

Makrografi mempelajari struktur logam dan paduannya menggunakan mata telanjang atau

menggunakan lensa dengan perbesaran yang kecil sampai dengan 15 kali. Hasil pengamatannya

dinamakan makrostruktur. Tujuannya adalah untuk:

- Memunculkan ukuran, bentuk dan pengaturan butir kristal yang ada di dalam logam

- Memunculkan retakan yang mungkin ada selama proses fabrikasi logam

- Memunculkan serat/alur logam yang mengalami deformasi

- Memunculkan adanya pengkerutan (shrinkage), porositas dan lubang akibat adanya gas

yang terjebak saat proses pengecoran

- Mencari tahu penyebab kegagalan suatu komponen (part)

Mikrografi mempelajari struktur logam dan paduannya menggunakan mikroskop dengan

perbesaran mulai dari 20 kali sampai dengan 2000 kali. Hasil pengamatannya disebut

mikrostruktur. Sedangkan tujuannya adalah untuk:

- Menentukan kandungan unsur kimia yang ada di dalam paduan

- Menemukan cacat mikro

- Menentukan ukuran dan bentuk butir kristal

- Menunjukkan kualitas dari proses perlakuan panas (heat treatment), dll

Adapun langkah-langkah dalam mendapatkan mikrografi adalah sebagai berikut:

- Persiapan sampel/spesimen

- Proses pengamplasan menggunakan kertas amplas

- Proses poles (polishing) menggunakan larutan

- Proses etsa

- Pengamatan di bawah mikroskop optik dan melakukan interpretasi atas hasilnya

Page 28: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

23

2.1 Persiapan Sampel

Sampel atau spesimen harus disiapkan dengan seksama dan secermat mungkin.

Pengambilan posisi yang akan diamati menjadi faktor penting dalam menentukan interpretasi

hasilnya. Proses perlakuan benda kerja/benda uji sebelum merupakan informasi yang penting

dalam menentukan sampel spesimen. Berikutnya adalah melakukan mounting. Tujuannya adalah

agar spesimen yang kecil tidak menyulitkan saat melakukan pengamplasan (sanding). Kemudian

proses pengamplasan, proses ini dimulai dari mesh yang paling kasar sampai dengan yang paling

halus secara bertahap. Yang perlu diperhatikan adalah saat pergantian kertas amplas ke nomor

yang lebih tinggi maka arah pengamplasannya juga harus diubah. Lamanya proses pengamplasan

setiap ukuran kertas amplas sangat tergantung dari jenis dan kekerasan material spesimen yang

diproses. Ukuran kertas amplas (grid size) yang umum digunakan adalah 60, 80, 120, 220, 320,

400, 600, 800 1000 dan 2500. Berikutnya adalah proses polishing, biasanya menggunakan cairan

alumina agar dihasilkan permukaan yang sangat halus menyerupai cermin (mirror like finish).

Lamanya proses polishing sangat tergantung dari jenis dan kekerasan material spesimen tersebut.

Terakhir adalah proses etsa (etching) dengan tujuan untuk memunculkan batas butir dan fasa yang

ada. Proses etsa ini menggunakan cairan khusus, sehingga memunculkan fasa atau batas butir yng

ingin dilihat. Berikut ini adalah beberapa jenis etsa dan pemakaiannya:

• NITAL (HNO3-asam nitrat dicampur dengan alkohol) 2 % atau NITAL 3 %. Ini adalah

jenis etsa yang umum dipakai untuk baja karbon dan paduannya. Proses pencelupannya

hanya beberapa detik (sekitar 15 detik).

• Asam pikrik (Picric acid) berupa campuran asam pikrik 4g dengan ethyl alcohol 100 ml.

Jenis ini juga dipakai untuk cairan etsa baja karbon dan paduannya. Proses pencelupannya

hampir sama dengan NITAL (sekitar 15 detik).

• Hydrofluoric acid berupa campuran HF (konsentrat) 0.5 ml dengan H2O 99.5 ml. Etsa ini

dipakai untuk material aluminium dan paduannya. Proses pencelupannya sekitar 15 detik.

Setelah proses di atas seluruhnya selesai baru dilakukan pengamatan di bawah mikroskop

optik untuk mendapatkan hasil yang diharapkan berikut interpretasinya. Alat utama yang dipakai

untuk melakukan pengambilan gambar pada proses metalografi adalah mikroskop optik.

Mikroskop optik secara umum dipakai untuk melihat:

a. Ukuran, bentuk dan distribusi dari berbagai fasa yang ada.

b. Menentukan ukuran butir dan distribusinya di dalam fasa.

c. Memperkirakan sifat-sifat mekanik dari material yang diuji.

d. Melihat adanya fasa kedua dan distribusinya akibat proses perlakuan panas.

e. Inklusi non metalik.

f. Segregasi dari unsur-unsur yang ada selama proses pengecoran.

g. Heterogenitas fasa dan unsur-unsur yang ada.

h. Ketidaknormalan struktur yang terbentuk.

i. Orientasi arah butir akibat proses pengerjaan (working process).

j. Pengaruh perlakuan panas terhadap material.

Page 29: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

24

2.2 Peralatan yang Digunakan

Peralatan yang umum digunakan untuk proses metalografi adalah sebagai berikut:

2.2.1 Mesin Potong

Mesin ini digunakan untuk memotong spesimen yang ingin diuji, seperti yang terlihat pada

Gambar 2.1. Pemotongannya harus memperhatikan posisi yang akan diamati. Hal lainnya

adalah jangan sampai terjadi panas yang berlebihan saat pemotongan berlangsung.

Gambar 2.1 Mesin potong (abrasive fine cutter)

2.2.2 Mesin Mounting

Pada umumnya ukuran spesimen yang akan diproses relatif kecil sehingga perlu dibuatkan

pemegangnya agar mudah dalam proses selanjutnya. Pembuatan alat pemegang (mounting)

menjadi penting agar proses selanjutnya dapat berjalan dengan baik dan benar. Proses ini

menggunakan resin dengan jenis yang spesifik. Untuk contoh mesin mounting dan hasilnya

dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Proses Mounting (a). Mesin mounting

(b). Proses memasukkan Resin ke dalam Cetakannya (c) Contoh hasil mounting

2.2.3 Mesin amplas (sanding) dan poles (Polishing)

Proses pengamplasan dimulai dari grade kertas amplas yang paling kasar biasanya ukuran

60 mesh sampai dengan yang paling halus ukuran 4000 mesh secara bertahap. Proses

pengamplasan menggunakan mesin dimana spesimen diam sedangkan kertas amplasnya

(c) (b) (a)

Page 30: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

25

berputar. Sedangkan proses pemolesan menggunakan cairan khusus, biasanya adalah alumina

(Al2O3). Mesin amplas dan poles biasanya menjadi satu kesatuan seperti Gambar 2.3. Apabila

pengamplasan dan pemolesan dilakukan bersamaan maka yang perlu diperhatikan adalah

bagian poles ditutupi dengan penutupnya supaya geram ataupun pasir yang ada di kertas

amplas tidak berpindah ke proses poles sehingga dapat menggores permukaan spesimen yang

sedang dipoles.

Gambar 2.3 Mesin Amplas dan Poles

2.2.4 Etsa

Etsa berupa larutan yang berfungsi untuk memunculkan fasa dan atau batas butir. Larutan

ini berupa cairan kimia yang umumnya dicampur dengan aquades ataupun alkohol. Tabel 2.1.

menjelaskan perbedaan beberapa jenis cairan etsa. Khusus untuk baja biasanya digunakan

cairan Nital 2 % ataupun 3 %. Lamanya pencelupan spesimen ke dalam larutan etsa sangat

tergantung dari jenis spesimen dan proses yang telah dialami sebelumnya.

Tabel 2.1 Beberapa Jenis Etsa

2.2.4 Mikroskop Optik

Prinsip dasar dari mikroskop optik adalah dengan menggunakan pantulan cahaya ke

permukaan spesimen dan kemudian diterima oleh lensa mata (eyepiece lens), seperti Gambar

2.4., dimana Gambar 2.4(a) adalah struktur mikro yang terlihat (akibat pantulan) di layar

monitor. Gambar 2.4(b) ilustrasi tiga jenis kekasaran permukaan akibat etsa yang

menghasilkan tiga jenis orientasi warna. Apabila pantulannya tegak lurus ke arah lensa maka

dihasilkan warna yang terang. Dengan demikian degradasi terang dan gelap menghasilkan

(usually 2%) HNO3 1-5 ml

(nitric acid) Ethyl alcohol 100ml

Picric acid 4g

Ethyl alcohol 100ml

HF (conc.) 0.5ml

H2O 99.5mlAluminum

Hydrofluoric

acid

Swab for 15

sec.

Sample Material Etchant Composition Remarks

Carbon steelFew seconds

(15 Sec)

Carbon steel Picric AcidFew seconds

(15 Sec)

Page 31: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

26

gambar struktur mikro yang harus diartikan sebagai fasa yang terbentuk. Gambar 2.4(c)

contoh struktur mikro polikristalin yang dihasilkan. Dengan menggunakan perangkat lunak

(software) yang spesifik dapat langsung diteruskan ke monitor.

Gambar 2.4 Prinsip dasar pengamatan menggunakan mikroskop optik

Gambar 2.5. merupakan contoh mikroskop optik dan komponennya. Saat ini lensa untuk

melihat hasil pembesaran (eyepiece lens) telah dipindahkan ke layar monitor dengan

menggunakan perangkat lunak.

Gambar 2.5 Mikroskop Optik

Keterangan gambar:

1. Eyepiece lens

2. Binocular head

3. Revolving objective lenses

4. Filter support

5. Truss

6. Subject-table

7. Condenser height adjustment

8. Condenser

9. Aperture adjustment

10. Condenser centralizer

11. Subject movement x- direction

12. Subject movement y- direction

13. Illumination aperture

14. Rough contrast adjustment

15. Fine contrast adjustment

16. Lamp housing

Page 32: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

27

2.3 Contoh Proses Metalografi

Baja S45C dengan proses pemanasan pada temperatur 850 OC, kemudian dicelup cepat

dengan media air. Sampel berukuran 12,3 mm x 12,3 mm dengan panjang 150 mm, dengan etsa

Nital 3 %. Posisi pengambilan sampel untuk dibuatkan mounting adalah seperti pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Ilustrasi Pengambilan Spesimen

Hasil pengamatan adalah menggunakan foto makro dengan perbesaran 10x. Untuk melihat

perubahan warna yang terjadi kemudian dilakukan foto mikro (gambar 2.7).

Gambar 2.7 Foto Makro, Perbesaran 10x

Keterangan gambar 2.7:

• Bagian A dengan perbesaran 200x, merupakan daerah transisi antara perlit dan bainit.

Secara detail dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Foto Makro Bagian A, Perbesaran 10x

A

A

A

C

B

Page 33: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

28

• Bagian B bagian tengah dengan fasa perlit dan ferit dengan perbesaran 200x. Secara detail

dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Foto Makro Bagian B, Perbesaran 10x

• Bagian C, bagian permukaan spesimen yang pertama kali bersentuhan dengan air,

perbesaran 500x. Terlihat fasa martensit yang sangat mendominasi. Secara detail dapat

dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Foto Makro Bagian C, Perbesaran 10x

Page 34: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

29

BAB 3

PRAKTEK METALOGRAFI

Objektif:

1. Mengetahui alur proses metalografi.

2. Mengetahui mesin dan perlengkapan yang digunakan untuk proses metalografi.

3. Mengetahui tahapan tiap proses metalografi.

4. Mampu mengaplikasikan proses metalografi (Struktur Mikro).

Cakupan Material Uji:

1. Besi cor.

2. Baja dan paduannya.

Berikut adalah tahapan proses metalografi, seperti dijabarkan dalam Gambar 3.1 di bawah ini.

Gambar 3.1 Alur Proses Metalografi

Cutting

Mounting

Grinding & Polishing

Etching

Mikroskop Optik

Metalografi

Page 35: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

30

3.1. Proses Cutting

Dalam metalografi proses cutting adalah proses pemotongan material yang akan

dianalisis struktur mikro. Proses ini menggunakan mesin cutting seperti yang terlihat pada

Gambar 3.2.

Mesin dan peralatan:

1. Mesin cutting.

• Cutting wheel (Tipe H, N, W)

2. Cairan pendingin.

3. Pompa.

4. Tangki pemampungan dan filter.

Alat Pelindung Diri (APD):

1. Sarung tangan kain.

2. Masker.

3. Kacamata pengaman.

Tahapan Proses Cutting:

1. Persiapan material

a. Posisi pemotongan (teknik sampling).

b. Jenis material sample.

c. Pastikan area observasi.

d. Pastikan area pencekaman.

2. Persiapan mesin cutting

a. Jenis material cutting wheel.

b. Tipe pendinginan.

c. Baca dan Pahami Standar Operasional Mesin.

3. Setting material

a. Buka cover mesin cutting.

b. Bersihkan area kerja pemotongan.

c. Bersihkan area pencekaman.

d. Proses clamping material (pastikan material tercekam dengan baik dan benar).

e. Trial gerakan proses cutting (mesin off).

f. Pastikan gerakan pemotongan bebas/tidak membentur/memotong benda lain selain

material sample.

4. Proses cutting

a. Tutup cover mesin cutting.

b. Hidupkan mesin dan putar cutting wheel.

c. Hidupkan sistem cooling.

d. Turunkan tuas untuk mendekatkan cutting wheel ke material.

e. Proses potong dengan perlahan (jangan dihentak).

f. Proses cutting perlahan sampai material terpotong.

g. Buka cover mesin.

h. Lepas pencekaman dan bersihkan material sample.

Gambar 3.2 Abrasive Fine Cutter -

AbrasiMet® 250

Page 36: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

31

i. Bersihkan area kerja pemotongan.

j. Bersihkan area pencekaman.

5. Deburring

a. Bersihkan sisa pemotongan yang tajam.

b. Debured dengan kikir/gerinda/amplas kasar.

c. Pastikan tidak terdapat lagi sisi tajam.

6. Material siap diproses mounting

a. Bersihkan material dengan air.

b. Keringkan dengan angin kompresor.

c. Material siap diproses mounting.

d. Agar tidak cepat berkarat, simpan material di plastik vakum (wrap)

Ilustrasi Proses Cutting:

Gambar 3.3 Ilustrasi Proses Cutting

Page 37: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

32

3.2. Proses Mounting

Proses mounting adalah proses penambahan material (resin) pada material atau sample

untuk memudahkan dan mengamankan proses grinding dan polishing. Proses ini menggunakan

mesin cutting seperti yang terlihat pada Gambar 3.4.

Mesin dan Peralatan:

1. Mesin Press Mounting.

2. Resin

• Keras.

• Sedang (umum).

• Lunak.

3. Release agent.

4. Air

5. Pompa

6. Tangki penampungan dan filter

Alat Pelindung Diri (APD):

1. Kacamata pengaman.

Tahapan Proses Mounting:

1. Persiapan material

a. Pastikan area material yang ingin dianalisis.

b. Persiapkan resin yang digunakan.

2. Persiapan mesin

a. Bersihkan area kerja mesin.

b. Pahami Standar Operasional Mesin.

3. Proses Mounting

a. Hidupkan mesin mounting.

b. Buka penutup silinder.

c. Naikkan silinder mounting press ke permukaan.

d. Bersihkan permukaan dan tutup silinder.

e. Lapisi permukaan dan area silinder mounting press dengan release agent.

f. Letakkan material pada silinder mounting press.

g. Area yang ingin dianalisis menghadap ke bawah permukaan silinder.

h. Turunkan silinder mounting press.

i. Tambahkan resin (±1,5 scoop sendok) pada mounting press.

j. Ratakan resin sehingga sampel tertutup resin.

k. Kemudian tutup slinder mounting press.

l. Proses mounting (cycle start program) - Heating 1 menit & Cooling 3 menit.

m. Pressure 290 bar heating 150 °C.

n. Tunggu ± 15 menit sampai program selesai.

o. Buka penutup silinder mounting press.

p. Ambil sample.

q. Bersihkan area kerja & matikan mesin.

Gambar 3.4 Hot Mounting Press Machine-Buehler

Simplimet® 1000

Page 38: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

33

Ilustrasi Proses Mounting:

Gambar 3.5 Ilustrasi Proses Mounting

Page 39: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

34

3.3. Proses Grinding dan Polishing

Proses grinding dan polishing pada dasarnya adalah proses penghalusan permukaan pada

material untuk memudahkan observasi. Tujuan dalam proses penghalusan permukaan ini adalah

supaya permukaan sample yang akan diproses grinding dan polishing berada dalam kondisi

mirror like finish atau tidak ada goresan. Proses ini menggunakan mesin grinding dan polishing

seperti yang terlihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Mesin Grinding Polishing - Buehler Metaserv @250

Mesin dan peralatan:

1. Mesin grinding dan polishing.

2. Amplas.

(#60, #80, #120, #240, #320, #400, #600, #800, #1000, #1200, #1500, #2500, dan #4000)

3. Kain beludru atau pad poles.

4. Cairan Alumina

• Perbandingan campuran adalah aquades + 10 gr Al2O3 = 250 ml.

• Penyimpanan Al2O3 di dalam lemari pendingin.

5. Air.

6. Angin kompresor.

7. Pengering udara (air dryer).

8. Pompa.

9. Tangki pemampungan dan filter.

Alat Pelindung Diri (APD):

1. Kacamata pengaman.

2. Masker.

Tahapan Proses Grinding dan Polishing:

1. Persiapan material dan mesin

a. Bersihkan area kerja mesin.

b. Pahami Standar Operasional Mesin.

c. Persiapkan peralatan yang dibutuhkan.

2. Proses Grinding (amplas) material sample

a. Buka ring pengunci amplas.

b. Bersihkan area amplas dengan air.

c. Pasang amplas pada pad mesin.

Page 40: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

35

d. Pasang ring pengunci amplas.

e. Hidupkan mesin.

f. Lakukan proses pengamplasan

• Tekan material ke permukaan amplas.

• Pastikan posisi material sample dengan amplas tegak lurus.

g. Proses amplas mulai dari amplas (#) terendah sampai tertinggi

• #60, #80, #120, #240, #320, #400, #600, #800, #1000, #1200, #1500, #2500,

dan #4000.

h. Pada saat penggantian amplas lakukan pengulangan proses a sampai e.

i. Setiap penggantian amplas putar material sample 90° dari posisi semula

• Agar alur amplas berpotongan dan meratakan permukaan.

j. Setiap penggantian amplas bersihkan material sample dengan angin.

k. Setelah selesai matikan mesin.

l. Pengecekan hasil proses amplas dapat dilihat secara visual atau dibandingkan

dengan lampiran gambar makro struktur.

3. Persiapkan material sample dan mesin

a. Bersihkan material sample dengan angin.

b. Persiapkan cairan alumina untuk proses poles.

c. Bersihkan permukaan kain beludru atau pad poles pada mesin

• Bersihkan dengan air dan disikat.

• Pastikan permukaan pad poles tidak ada cacat atau kasar.

4. Proses polishing (poles) material sample

a. Nyalakan mesin.

b. Matikan aliran air

• Proses poles tidak menggunakan air tetapi menggunakan cairan alumina.

c. Lakukan proses poles

• Tempelkan material sample ke permukaan pad poles dengan sedikit tekanan.

• Perhatikan posisi material sample dengan pad poles tegak lurus.

• Putar material sample 90° dari posisi semula.

• Lakukan berulang sampai goresan amplas hilang sepenuhnya.

d. Setelah selesai matikan mesin.

e. Lakukan pembersihan material sample dengan sabun dan air.

f. Keringkan dengan angin atau air dryer.

g. Material sample siap untuk proses etsa.

Page 41: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

36

Ilustrasi Proses Grinding dan Polishing:

Gambar 3.7 Ilustrasi Proses Grinding dan Polishing

Page 42: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

37

Tabel 3.1 Struktur Makro setelah Proses Grinding dan Polishing

Page 43: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

38

3.4. Proses Pembuatan Nital 2% dan Proses Etsa (Etching)

Proses etsa adalah proses yang bertujuan untuk memunculkan struktur mikro pada

logam atau material sample dengan menggunakan cairan etsa. Setiap jenis material logam

menggunakan cairan etsa yang berbeda-beda. Untuk besi dan baja secara umum, cairan etsa yang

digunakan adalah Nital 2 %. Cairan etsa Nital seperti pada Gambar 3.8, dihasilkan dari

pencampuran asam nitrat (HNO3) sebesar 2 % dengan Etanol sebesar 98 %.

• Proses Pembuatan Cairan Nital 2%

Gambar 3.8 Cairan Etsa dalam Botol Reagent

Gambar 3.9 Peralatan Pembuatan Cairan Nital

Labu ukur

Pipet volume

Botol pereaksi Labu semprot

Ethanol

Bulb

Page 44: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

39

Kebutuhan Peralatan:

1. Ruang Asam.

2. Labu ukur 250 ml.

3. Bulb.

4. Pipet volume 10 ml.

5. Labu semprot Ethanol.

6. Ethanol kandungan 96 %.

7. Nitric acid kandungan 65 %.

8. Botol pereaksi atau reagent 250 ml.

Alat Pelindung Diri (APD):

1. Kacamata pengaman.

2. Masker.

3. Sarung tangan karet.

Tahapan Proses Pembuatan Cairan Nital 2%:

1. Persiapan peralatan, APD, dan cairan kimia

a. Bersihkan peralatan tersebut sebelum digunakan.

b. Keringkan peralatan.

c. Cairan Ethanol kandungan 96 %.

d. Cairan Nitrid Acid kandungan 65 %.

2. Persiapan ruangan asam

a. Perhatikan prosedur operasional ruangan asam.

b. Bersihkan area kerja pencampuran cairan kimia (asam).

c. Lakukan proses pembuatan pada lokasi pencampuran.

• Pastikan area tersebut dilengkapi dengan penghisap udara khusus.

3. Proses Pembuatan atau pencampuran dalam labu ukur 250 ml

a. Masukkan 100 ml Ethanol dalam labu ukur.

b. Masukkan 5 ml Nitrid Acid dalam labu ukur.

c. Tambahkan 145 ml Ethanol.

d. Tutup Labu ukur.

e. Goyang perlahan labu ukur untuk proses mixing.

4. Tuang cairan pada labu ukur ke botol reagent

a. Beri label nama cairan reagent tersebut.

b. Pastikan production and expired date.

c. Pastikan jenis limbah cairan tersebut.

5. Nital 2 % 250 ml dalam botol reagent siap digunakan.

Page 45: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

40

Ilustrasi Pembuatan Cairan Nital 2 %:

Gambar 3.10 Ilustrasi Proses Pembuatan Cairan Nital 2%

• Proses Etsa

Kebutuhan Peralatan:

1. Cawan Petri.

2. Cairan Nital 2 %.

3. Tempat Cuci Tangan atau Wastafel.

4. Sabun.

5. Aliran air.

6. Labu ukur 250 ml.

7. Angin kompresor.

8. Pengering Udara (Air Dryer).

Alat Pelindung Diri (APD):

1. Kacamata pengaman.

2. Masker.

3. Sarung tangan karet.

Page 46: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

41

Tahapan Proses Etsa:

1. Persiapan peralatan dan APD

a. Bersihkan peralatan dan material sample.

b. Semprot dengan angin kompresor.

c. Keringkan dengan pengering udara.

2. Proses Etching material sample (besi dan baja paduannya)

a. Tuang nital 2% dalam cawan petri secukupnya.

b. Gunakan sarung tangan karet.

c. Buka keran air wastafel.

d. Celupkan permukaan material sample yang ingin diobservasi.

e. Pastikan seluruh area terlumuri oleh cairan nital.

f. Lakukan pencelupan selama ± 5 detik.

g. Cek visual material sample berubah buram dan warna keabu-abuan.

h. Angkat material sample bersihkan dengan air di wastafel.

i. Cuci material sample dengan sabun.

j. Matikan keran air wastafel.

k. Semprot dengan angin dan keringkan dengan pengering rambut.

l. Pastikan tidak ada butiran air menempel atau tersisa dan keseluruhan permukaan

kering.

3. Material sample siap diobservasi untuk pengecekan struktur mikro

a. Proses etching tersebut di atas adalah proses etching secara umum.

b. Untuk jenis material yang berbeda membutuhkan cairan etsa yang berbeda pula,

dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Jenis Cairan Etsa

Page 47: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

42

Ilustrasi Proses Etching:

Gambar 3.11 Ilustrasi Proses Etching

Page 48: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

43

3.5. Mikroskop Optik

Mikroskop Optik adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan analisis melalui

pengamatan material, seperti struktur fasa, butir, orientasi butir, jarak atom, dislokasi, topografi,

perpatahan, dan sebagainya. Pada metalografi, secara umum yang akan diamati adalah dua hal

yaitu macrostructure (stuktur makro) dan microstructure (struktur mikro). Untuk struktur makro

menggunakan mikroskop stereo dengan perbesaran maksimal 50x, seperti yang terlihat pada

Gambar 3.12. Sedangkan untuk struktur mikro menggunakan mikroskop metalografi dengan

perbesaran 50x sampai 1000x, seperti yang terlihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.12 Stereo Microscope - SMZ745T

Gambar 3.13 Metallographic Microscope - Meiji Technology (IM7200)

Page 49: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

44

• Pengamatan Struktur Mikro

Kebutuhan Peralatan:

1. Mikroskop metalografi

Tahapan Proses Pengamatan Struktur Mikro:

1. Persiapan peralatan

a. Bersihkan peralatan dan material sample.

b. Hidupkan lampu mikroskop.

c. Hidupkan PC, dan jalankan software kamera pengamatan mikroskop.

2. Letakkan material sample pada area pengamatan (specimen stage).

3. Seting lensa perbesaran yang akan digunakan 50x, 100x, 200x, 500x, atau 1000x.

4. Seting kecerahan cahaya yang diinginkan.

5. Seting fokus lensa dan kamera dengan memutar Fine Focusing Control.

6. Tekan Capture pada software jika ingin mengambil dan menyimpan gambar.

7. Dari gambar tersebut dapat kita lakukan analisis:

• Struktur mikro material.

• Bentuk fasa material.

• Pengukuran coating, layer atau lapisan material.

• Identifikasi patahan atau crack.

Ilustrasi Proses Pengamatan Struktur Mikro:

Gambar 3.14 Ilustrasi Proses Pengamatan Struktur Mikro

Page 50: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

45

Tabel 3.3 Contoh Struktur Mikro – Raw Materials

Page 51: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

46

Tabel 3.3 Contoh Struktur Mikro S45C – After Heat Treatment Process

Page 52: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

47

Tabel 3.3 Contoh Struktur Mikro SKD 61 – After Heat Treatment Process

Page 53: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Daftar Pustaka:

1. Callister, William D, Material Science and Technology: An Introduction, John Wiley &

Son, Singapore, 2007.

2. Callister, William D, Jr, Fundametal of Materials Science and Engineering, 2nd edition,

John Wiley & Son, USA, 2005.

3. Metals handbook, Metallography and Microstructures, Volume 9, ASM International 2004

4. Smith, William F, Principles of Material Science and Engineering, 3th edition, McGraw-

Hill, Singapore, 1996.

5. http://sembach.com/uploads/images/brevier/bild18.gif

6. http://www.springerimages.com/img/Images/Springer/JOU=11661/VOL=2011.42/ISU=9/

ART=688/MediaObjects/MEDIUM_11661_2011_688_Fig26_HTML.jpg

7. http://www.springerimages.com/img/Images/Springer/JOU=11661/VOL=2011.42/ISU=11

/ART=749/MediaObjects/MEDIUM_11661_2011_749_Fig1_HTML.jpg

8. http://www.sfsa.org/tutorials/uplock/images/Grains.Jpg

9. http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0043164804002364-gr11.jpg

10. http://www.buau.com.au/media/1045_2013.pdf, S45C.

11. http://www.bucanada.ca/media/W302Superior.pdf, SKD61.

12. http://www.buau.com.au/media/Cast_Iron_2013.pdf, Grey Cast Iron.

Page 54: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

LAMPIRAN

Page 55: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

LAMPIRAN 1 Lembar Kerja Mahasiswa

Page 56: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Form Laporan Praktikum

Note: Harap melampirkan hasil metalografi

Nama :

Nim :

Tanggal :

(TTD)

Material :

Dimensi :

Proses :

Sketsa Produk :

“Tentukan dan buat ilustrasi titik pengukuran

kekerasan”

Hasil Test Kekerasan

Analisis dan Kesimpulan:

Page 57: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

LAMPIRAN 2 Spesifikasi Material

Page 58: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

S45C (K1045 – Medium Carbon Steel)[10]

Page 59: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 60: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

SKD 61 (BOHLER W302 – Superior®)[11]

Page 61: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 62: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 63: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 64: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur
Page 65: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Besi Tuang (2P - Grey Iron)[12]

Page 66: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Besi Tuang (3P – Ductile Iron) [12]

Page 67: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Besi Tuang (4E – Grey Iron) [12]

Page 68: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

LAMPIRAN 3 Larutan Etsa

Page 69: PANDUAN METALOGRAFI...perlakuan panas. Di samping itu adanya unsur silikon dengan kandungan yang lebih besar dari 1 % beratnya turut mempengaruhi. Tabel 1.1 menunjukkan unsur-unsur

Jenis Larutan Etsa[3]