5.1 Sifat Kemampukerasan (Hardenability) Baja
Kemampukerasan adalah sifat yang menentukan kedalaman dan distribusi kekuatan pada baja bila dilakukan quenching dari kondisi austenite. Berbeda dengan kekerasan yaitu kemampuan suatu material untuk menahan beban tanpa mengalami deformasi plastis. Sedangkan sifat kemampukerasan baja adalah kemampuan baja untuk mencapai fase 50% martensite.
5.2. Macam – Macam Metode Pengujian Kemampukerasan
1. Metode Grossman
Merupakan metode untuk mengetahui pengaruh pendinginan cepat terhadap sifat mampukeras baja. Pada metode ini baja yang diuji sifat mampu kerasnya dibuat menjadi spesimen berbentuk batang silindris dengan panjang minimal 5 kali dari diameter.
Selanjutnya semua spesimen dipanaskan hingga mencapai temperatur austenite kemudian quenching dalam suatu media pendingin. Setelah itu untuk setiap spesimen dipotong melintang dan dilakukan pengamatan mikroskopik untuk struktur yang terbentuk pada proses pendinginan, selain itu juga dilakukan proses pengukuran kekerasan sepanjang penampang batang dari sisi sehingga digambarkan distribusi kekerasannya. Distribusi kemampukerasan dari pengujian Grossman bisa dilihat pada grafik berikut:
Gambar 5.1 Grafik Hardness Penetration
Sumber: Introduction to Physical Metallurgy , Sidney Avner(1974;294) 2. Appearance of Fracture
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Material Testing Book Semester Ganjil 2015/2016
Kelompok 21
Pengujian Kemampukerasan
55 Pada metode ini sifat kemampukerasan baja dapat dilihat dari patahan pada baja tersebut. Patah pada material dapat dibagi menjadi 3 yaitu :
a. Patah ulet : disebabkan oleh tegangan geser. Ciri-cirinya antara lain terdapat garis-garis benang serabut, menyerap cahaya, terjadi deformasi plastis.
b. Patah getas : disebabkan oleh tegangan normal. Ciri-cirinya permukaan patah berbentuk granular, berkilat, memantulkan cahaya dan tidak didahului deformasi plastis.
c. Patah campuran : merupakan campuran antara patah getas dan patah ulet. Baja yang mempunyai sifat kemampukerasan yang baik adalah baja yang, mengalami patah getas. Karena biasanya material yang mengalami patah getas ini adalah material yang memiliki komposisi karbon yang sangat tinggi sehingga memiliki kemampukerasan yang baik.
3. Metode Jominy
Pada uji jominy di material dipanaskan dalam tungku sampai suhu transformasinya (austenite) dan terbentuk sedemikian rupa sehingga dapat dipasangkan pada apparatusJominy. Kemudian air disemprotkan dari bawah, sehingga menyentuh permukaan bawah spesimen. Dengan ini didapatkan kecepatan pendinginan di setiap bagian berbeda-beda. Pada bagian yang terkena air mengalami pendinginan yang cepat dan semakin menurun ke bagian yang tidak terkena air. Dari hasil pengukuran, kita akan mendapatkan nilai kekerasan yang berbeda-beda pada tiap bagian.
Gambar 5.2 Hubungan antara jarak pendinginan dan kekerasan
Sumber :Comprehensive Materials Processing, Saleem Hashmi(2014;56)
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Material Testing Book Semester Ganjil 2015/2016
Kelompok 21
Pengujian Kemampukerasan
56
Metode Pengujian Kelebihan Kekurangan
Grossman Pengamatan kekerasan
berdasarkan diameter spesimen
Pengamatan dilakukan dengan mikroskop sehingga data yang diperoleh akurat
Adanya pemotongan Spesimen
Butuh banyak Spesimen sehingga pengujian berkali-kali
AppearanceofFracture Mudah karena pengamatan dilakukan dengan visual
Pengamatan kekerasan hanya berdasarkan retakan yang ada
JominyTest Menggunakan satu
Spesimen
Tanpa melakukan pemotongan
Pengamatan kekerasan berdasarkan jarak ujung pendinginan
Butuh alat uji kekerasan
Sumber : Dokumentasi Pribadi
5.3 Faktor – faktor yang Mempengaruhi Kemampukerasan Baja
1. Kadar Karbon
Meliputi kandungan karbon dan unsur paduan.Semakin tinggi kandungan karbon maka semakin keras baja tersebut.Karena kandungan karbon sendiri berfungsi untuk menjalankan reaksi-reaksi kimia seperti substitusi (pergantian), adisi (penambahan), dan eliminasi (pengurangan). Begitu juga dengan unsur- unsur paduan baja, semakin banyak unsur kimia yang menyusun baja maka semakin keras baja tersebut.
2. Ukuran Butir
Dengan bentuk butiran yang kecil maka menyebabkan tingkat kekerasan material lebih tinggi karena kerapatan butiran lebih tinggi sehingga ikatan antar butiran lebih kuat. Sedangkan bentuk butiran yang lebih besar akan menyebabkan tingkat kekerasan material lebih rendah karena kerapatan butiran lebih rendah sehingga ikatan antar butiran kurang kuat.
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Material Testing Book Semester Ganjil 2015/2016
Kelompok 21
Pengujian Kemampukerasan
57 3. Homogenitas Butiran
Suatu logam yang memiliki struktrur homogen akan memiliki sifat kemampukerasan (hardenability) lebih rendah dibandingkan dengan yang memiliki struktur heterogen
4. Dimensi Baja
Laju pendinginan pada benda yang besar lebih lambat dari benda kerja dengan ukuran kecil. Suatu baja yang dibuat dengan ukuran yang kecil dapat mencapai kekerasan yang lebih tinggi sampai bagian tengahnya. Jadi pada baja yang dimensinya lebih kecil memiliki kecepatan pendinginan lebih besar sehingga kemampukerasanakan lebih besar.
5. Konduktivitas Termal Bahan
Semakin tinggi kemampuan benda menghantarkan panas yang diterima akan menyebabkan laju pendinginan semakin cepat sehingga benda yang memiliki sifat konduktivitas termal yang tinggi lah yang dapat mempercepat laju pendinginan sehingga material semakin keras.
6. Kecepatan Pendinginan
Setelah logam dipanaskan, lalu didinginkan secara cepat maka kekerasan logam tersebut akan semakin meningkat karena banyaknya martensit yang terbentuk pada material.
7. Media Pendingin
Setiap media pendingin yang dipakai akan menghasilkan kekerasan yang berbeda juga. Semakin tinggi kekentalan (viskositas) maka semakin lambat proses pendinginannya sehingga semakin berkurang sifat kemampukerasannya. Begitupun sebaliknya, semakin encer media pendinginan maka semakin cepat waktu pendinginannya.
8. Holding Time
Semakin optimal waktu holding baja pada termperatur teratur, semakin besar pula nilai kemampukerasannya.
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Material Testing Book Semester Ganjil 2015/2016
Kelompok 21
Pengujian Kemampukerasan
58 9. Unsur Paduan
Adanya unsur paduan akan mempengaruhi sifat kemampukerasan seperti chromium dan mangan yang dapat meningkatkan sifat kemampukerasan suatu bahan.
a. Nikel (Ni), fungsi:
1) Meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja, 2) Meningkatkan ketahanan korosi,
3) Meningkatkan keuletan dan tahan gesek. b. Chromium (Cr), fungsi:
1) Menambah kekerasan baja, 2) Membentuk karbida,
3) Menambah keelastisan, sehingga baik buat pegas. c. Mangan (Mn), fungsi:
1) Meningkatkan kekerasan,
2) Meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi, 3) Membuat baja mengkilap.
d. Silicon (Si), fungsi:
1) Meningkatkan kekenyalan dan kekeransan,
2) Meningkatkan kekerasan dan menaikan titik kritis. e. Molibdenum (Mb), fungsi:
1) Dalam jumlah 0,1%-0,6% meningkatkan kekuatan yang dimiliki baja. f. Vanadium (V), fungsi:
1) Menaikan kekuatan dan kekerasan baja, 2) Menurunkan kandungan karbon eutectoid,
3) Jika bercampur Cr akan membuat baja jadi tahan aus. g. Cobalt (Co), fungsi:
1) Meningkatkan kekerasan dan tahan aus. h. Boron (B), fungsi:
1) Menaikkan kekerasan,
2) Pada kadar karbon kurangdari 0,6% akan menyebabkan rapuh. i. Titanium (Ti), fungsi:
1) Efektif menambah pertumbuhan butiran serta meningkatkan kekerasan baja.