3) Baja Karbon Tingg
2.5 Proses Perlakuan Panas
2.5.5 Pertumbuhan Butir ( Grain Growth )
Pertumbuhan butir merupakan gejala anil yang berlangsung dengan baik, batas butir menjadi lurus, butir yang kecil menyusut dan yang lebih besar tumbuh. Pertumbuhan butir adalah faktor terpenting yang mengendalikan proses pada tegangan batas butir. Besar butir rata-rata dalam baja mangan lama kelamaan akan bertambah besar bila temperatur menghasilkan pergerakan atom yang cukup berarti. Gaya pendorong untuk pertumbuhan kristal ialah energi yang dilepaskan sewaktu atom bergerak melintasi batas butir dari arah butir dengan permukaan cembung kepermukaan butir cekung. Atom rata-rata terkoordinir dengan sejumlah atom tetangga yang lebih banyak pada jarak atom antar keseimbangan, hasilnya batas butir akan bergerak ke pusat garis lengkung.
Laju pertumbuhan tergantung sekali pada temperatur. Kenaikan temperatur berakibat meningkatnya energi getaran termal dan butiran yang kecil menuju butiran besar lebih cepat. Penurunan temperatur akan menghambat pergerakan batas butir, dapat dilihat dari Gambar .2.5
Bentuk butir dalam bahan yang padat biasanya diatur oleh adanya butiran-butiran lain disekitarnya. Dalam setiap butir, semua sel satuan teratur dalam satu arah dan satu pola tertentu.
Gambar 2.5 Pergerakan pertumbuhan butir (Van Vlack,1985) Pada batas butir, antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dengan pola dalam kedua butiran tadi sebagaimana yang terlihat pada Gambar 2.6
Gambar. 2.6 Batas butir (Van Vlack,1985)
Ketidakseragaman orientasi antara butiran yang berdekatan menghasilkan tumbukan atom yang sepanjang batas butir (Gambar.2.6) memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat didalam butir. Karena batas butir berpengaruh atas bahan dalam berbagai hal, diketahui besar daerah batas butir persatuan volume adalah Sv. Besarnya dapat dihitung dengan mudah
dengan menarik suatu garis melingkar pada Gambar mikro struktur. Bahan dengan butiran yang lebih halus lebih kuat dari pada baja dengan butiran yang kasar.
2.6. Kekerasan (Hardenability)
Kekerasan suatu logam didefenisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi, memberikan indikasi sifat-sifat deformasinya. Kekerasan merupakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya.
Faktor – faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain ; komposisi kimia, langkah perlakuan panas, cairan pendinginan, temperatur pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di Industri logam. Alat – alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tekanan dan gesekan dari logam lain misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak.
Kekerasan diperhitungkan berdasarkan perbedaan kedalaman penetrasi. Dengan cara Rocwell dapat digunakan beberapa skala, tergantung pada kombinasi jenis indentor dan besar beban utama yang digunakan. Macam skala dan jenis indentor serta besar beban utama dapat dilihat pada Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests.
Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests (Wahid Suherman,1987) Test Load Kilograms Indentor A B C D F G 60 100 150 100 60 150 Brale 1/16” Ball Brale Brale 1/16 ” Ball 1/16” Ball
Dari Tabel 2.1 Load and indentors for Rocwell hardness tests diperoleh untuk logam biasanya digunakan skala B atau skala C, dan angka kekerasannya dinyatakan denga RB dan RC. Untuk skala B harus digunakan indentor berupa
bola baja berdiameter 16
1 ” dan beban utama 100 kg. Kekerasan yang dapat
diukur dengan Rockwell B ini sampai RB 100, bila pada suatu pengukuran
diperoleh angka diatas 100 maka pengukuran harus diulangi dengan menggunakan skala lain. Kekerasan yang diukur dengan skala B relatif tidak begitu tinggi, untuk mengukur kekerasan logam yang keras digunakan Rockwell C (sampai angka kekerasan RC).
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kekerasan logam, seperti : Jenis Logam, Unsur Paduan, Besar Butiran, Perlakuan Panas, Temperatur , Pembentukan.
Langkah-langkah proses pengerasan (hardening) adalah sebagai berikut (Iqbal,2007) :
a. Melakukan pemanasan (heating) diatas temperatur kritis (diatas temperatur 7230C) dengan tujuan untuk mendapatkan struktur austenit, yang salah satu sifat austenitadalah tidak stabil pada temperatur di bawah temperatur kritis, sehingga dapat ditentukan struktur yang diinginkan.
b. Waktu Penahanan (holding time) dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austenit dan difusi karbon dan unsur paduannya.
2.7 Mikrostruktur
Pemilihan bahan baku baja ditentukan oleh faktor komposisi paduan. Faktor komposisi paduan dapat menunjukan sifat fisis dan sifat mekanis dan mikro struktur. Mikrostruktur dapat menginterprestasikan kekerasan dari bahan tersebut. Analisa mikrostruktur adalah salah satu bagian dari metalurgi fisis yang dapat menganalisa mikrostruktur dari baja akibat perlakuan panas dan perlakuan mekanis yang menghasilkan bentuk butir yang nantinya dapat memperbaiki sifat fisis dan sifat mekanis dari baja. andaikan suatu bahan dipanaskan sampai temperatur 800 – 1200 0C, dengan komposisi 0,68 % wt C sampai fasa austenit (Gambar 2.1 Diagram Keseimbangan Besi Karbon Fe-C). Kemudian didinginkan sampai 600 0C fasa yang terbentuk adalah fasa pearlit ( alpha +
sementit) tetapi bila didinginkan sampai batas kritis 738 0C fasa gamma sebahagian akan terdistorsi menjadi fasa alpha, dan bila dilanjutkan pendinginan dibawah sedikit batas kritis ferit akan bergabung didalam pearlit dan austenit akan bertranformasi menjadi karbida (sementit) andaikan didinginkan secara cepat fasa austenit akan bertransfomasi menjadi sementit (Gambar 2.7).
Gambar 2.7 Perubahan Mikrostruktur Baja Karbon Selama Pendinginan Lambat (Adnyana,1994)
Tranformasi sementit tidak terjadi dan produk transformasinya akan berubah menjadi fasa bainit dan martensit. Fasa bainit terbentuk akibat pendinginan
dengan cepat mencapai temperatur 200 0C sampai 400 0C terlihat pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.
Gambar 2.8 Struktur Kristal Martensit (Adnyana,1994)
Dari Gambar 2.10 Mikrostruktur campuran ferit dan pearlit dengan temperatur tinggi akan menghasilkan bainit kasar dan bainit halus sekitar martensit sempurna (Mikrostruktur) berbentuk plat-plat yang runcing (Gambar 2.11).
Gambar 2.10 Perubahan Mikrostruktur dalam baja karbon rendah akibat perbedaan pendinginan (Adnyana,1994)
Fasa martensit, bila austenit didinginkan dengan cepat dibawah temperatur pembentukkan bainit, dimana martensit terbentuk karena transformasi tanpa difusi sehingga atom C seluruhnya terperangkap dalam larutan jenuh dan menghasilkan kekerasan yang sangat tinggi dan menimbulkan distorsi pada struktur kristal FCC menjadi BCC dan tingkat distorsi tergantung pada keadaan paduan (Gambar 2.7 dan Gambar 2.8).
Gambar 2.12 Mikrostruktur Metode Jeffrei (Vander 1984)
dari Gambar 2.12 Mikrostruktur Jeffrei dapat ditentukan diameter butir rata rata dengan antara lain dengan metode Jeffrei ( Rumus) :
Jumlah butir per milimeter persegi (Na) (dapat dihitung dengan persamaan
Na=f
(
n1+ ⎟ ⎠ ⎞ 2 2 n ...(2-1)Dimana f adalah faktor Jeffries
f=
A M2
,...(2-
2)
A(mm2) = (A) = ) (
1
Na ...(2-3)
Diameter butir rata-rata dapat ditentukan dengan persamaan (2-4)
d(mm) = (A)1/2 = 2 1 ) ( 1 Na ...(2-4)
Ukuran butir (G) berdasarkan standard ASTM E112 sebagai berikut :
Sebagai pembanding diameter butir dari mikro struktur dapat dilihat berdasarkan standar ASTM no.112 E pada lampiran E, dengan terlebih dahulu menghitung ukuran butir (G) dengan persamaan 2.5
G = 2 log logNA - 2.95 G=
[
3.322log(NA)]
- 2.95...(2 - 5) Hasil diameter butir perhitungan dibandingkan dengan Tabel data grain size3.1 Diagram Alir Penelitian