Pengaruh Lama Penahanan Suhu ( Holding Time Temperature ) Terhadap Kekuatan Tarik Dan Kekerasan Baja Karbon Menengah NS 1045 Dengan Menggunakan Media Pendingin NaCl

(1)

PENGARUH LAMA PENAHANAN SUHU (HOLDING TIME TEMPERATURE) TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KEKERASAN BAJA KARBON MENENGAH NS 1045 DENGAN MENGGUNAKAN MEDIA

PENDINGIN NaCl

SKRIPSI

EFDIANUS SINURAT 050801050

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENDINGIN NaCl

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains

EFDIANUS SINURAT 050801050

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH LAMA PENAHANAN SUHU

(HOLDING TIME TEMPERATURE)

TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN

KEKERASAN BAJA KARBON MENENGAH NS

1045 DENGAN MENGGUNAKAN MEDIA

PENDINGIN NaCl

Kategori : SKRIPSI

Nama : EFDIANUS SINURAT

NIM : 050801050

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM(FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Dilaksanakan di :

Medan, September 2012

Diketahui/disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua Pembimbing

(4)

PERNYATAAN

PENDINGIN NaCl

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, September 2012

(5)

PENGHARGAAN

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,karena berkat kasih karunianya dan berkat penyertaan Tuhan yang selalu senantiasa menjaga dan membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.Sungguh Tuhan maha kasih,Maha baik dan Maha murah hati.Terimakasih buat kasih-Mu yang selalu menyertai aku dalam setiap langkahku dalam sepanjang kehidupanku.

Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana Strata satu (S1) pada jurusan fisika bidang Material, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.

Dalam penyusunan tugas akhir ini,penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun material. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr.Perdinan Sinuhaji,Ms selaku Dosen pembimbing yang telah banyak memberikan banyak bimbingan dan masukan dan juga telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam tugas akhir ini.

2. Juga untuk Bapak Ir.Sabar Situmorang dan buk Fitri dan juga semua asisten Laboratorium Material Test PTKI yang telah memberi saya masukan-masukan dan berbagai bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian.

3. Ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU.

4. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku Dekan FMIPA USU.

5. Bapak/ibu seluruh staf pengajar di jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam yang telah membimbing saya mulai dari semester awal semasa perkuliahan sampai pada selesainya Tugas Akhir ini dan seluruh jajaran staf dan pegawai penulis ucapkan terima kasih.

6. Yang terutama dan yang terpenting saya ucapkan banyak terima kasih kepada kedua orang tua saya S.Sinurat dan R.Sihotang yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu memberikan penulis motivasi-motivasi yang sangat berguna kepada saya dan segala perhatian baik berupa moril maupun materi dan juga yang tidak henti-hentinya mendoakan saya.

7. Juga untuk kedua abangku Kismer Sinurat, Polmer Sinurat dan kakakku Kandida Ramsi Sinurat dan keluarga dari laeku J. Sitanggang/L. boru Sinurat yang selalu sabar mendukung dan mendoakan saya.

(6)

9. Tidak lupa saya ucapkan pada Jupento Sinaga.S.Si, Marianto Purba, Fitri, Martin Pipin, Abang/kakak senior maupun alumni Fisika USU dan adik Stambuk Fisika USU terimakasih atas dukungan dan doanya. Semoga Tuhan Memberkati kita semua.

Menyadari akan keterbatasan ilmu yang dimiliki penulis dan juga keterbatasan waktu, saya merasa bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi menyempurnakan tugas akhir ini.

Medan, Juli 2012

(7)

ABSTRAK

PENDINGIN NaCl

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh lama penahanan suhu terhadap kekuatan tarik dan kekerasan baja karbon NS 1045 dengan hardening temperature 830°C dengan menggunakan media pendingin NaCl 30%.

(8)

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF HOLDING TIME TEMPERATURE TO THE TENSILE STRENGTH AND HARDNESS OF MEDIUM CARBON STEEL NS 1045

USING NaCl COOLING MEDIA.

Has done research on the effect of detention time and temperature on tensile strength of carbon steel hardness NS 1045 with hardening temperature 830°C using cooling media NaCl 30%.

(9)

DAFTAR ISI

2.3 Lama WaktuPemanasan (Holding Time Temperature) ………… 12

2.4. Pengerasan (Hardening) ……….. 13

2.4.1 Pengerasan baja ………. 15

2.5 Pendinginan Secara Cepat (Quenching) ……… 17

2.6.2.2. KekuatanTarikMaksimum (Ultimate Tensile Strenght) .. 23

(10)

3.2.2 Bahan …………... 26

3.3 Diagram Alir Penelitian ……… 27

3.4 Prosedur Penelitian ………. 28

3.4.1 Pembuatan Sampel ………. … 29

3.4.2 Pengujian Sampel ……… 29

3.4.2.1. Uji Kekuatan Tarik ………. 29

3.4.2.1. Uji kekerasan ………. 30

Bab 4 Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1 Hasil Penelitian ……… 32

4.1.1 Kekerasan (Hardness) ……….. 32

4.1.2 Kekuatan Tarik ………. 34

4.2 Pembahasan ………. 36

4.2.1 Kekerasan(Hardness) ………. 36

4.2.1 Pengujian Kekuatan Tarik ………. 37

Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 38

5.2 Saran ... 38

Daftar Pustaka ... 39

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram Keseimbangan ………. 14

Gambar 2.2 Hubungan Antara Kandungan Karbon dengan Kekerasan baja.. 16

Gambar 2.3 Hubungan Antara Kandungan Karbon dengan Suhu …………. 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ……….. 27

Gambar 3.2 Sampel Bahan Uji Tarik JIS 2201 -8A………... 29

Gambar 3.3 l Alat Uji Tarik ……….. 29

Gambar 3.4 Sampel Bahan Uji Kekerasan ……… 30

Gambar 3.5 Alat Uji Kekerasan ………. 31

Gambar 4.1 Hubungan Antara Holding Time Temperature dengan Kekerasan bajakarbon menengah NS 1045 ……… 33

(13)

ABSTRAK

PENDINGIN NaCl

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh lama penahanan suhu terhadap kekuatan tarik dan kekerasan baja karbon NS 1045 dengan hardening temperature 830°C dengan menggunakan media pendingin NaCl 30%.

(14)

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF HOLDING TIME TEMPERATURE TO THE TENSILE STRENGTH AND HARDNESS OF MEDIUM CARBON STEEL NS 1045

USING NaCl COOLING MEDIA.

Has done research on the effect of detention time and temperature on tensile strength of carbon steel hardness NS 1045 with hardening temperature 830°C using cooling media NaCl 30%.

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan bahan logam dalam pembuatan alat – alat dan sarana

kehidupan semakin meningkat. Mulai dari peralatan yang paling sederhana sampai

pada peralatan yang paling rumit, misalnya perabot rumah tangga, jembatan,

bangunan, kendaraan, dan konstruksi pesawat terbang (Amanto, 1999).

Untuk memenuhi kebutuhan ini, diperlukan upaya pengembangan teknologi

untuk menghasilkan logam dengan kualitas yang lebih baik, terutama baja. Hal ini

dikarenakan baja merupakan salah satu elemen terpenting dalam konstruksi dan

industri. Tingginya permintaan konsumen akan baja yang berkualitas tinggi

mendorong pabrik harus memproduksi baja yang sesuai dengan permintaan

konsumen. Kekuatan tarik dan kekerasan baja merupakan kualitas yang mutlak yang

tidak bisa diabaikan.

Baja adalah logam campuran yang terdiri dari besi (Fe) dan karbon (C). Jadi baja

berbeda dengan besi (Fe), alumunium (Al), seng (Zn), tembagga (Cu), dan titanium

(Ti) yang merupakan logam murni. Secara sederhana, fungsi karbon adalah

meningkatkan kualitas baja, yaitu daya tariknya (tensile strength) dan tingkat

kekerasannya (hardness). Selain karbon, sering juga ditambahkan unsur chrom (Cr),

nikel (Ni), vanadium (V), molybdaen (Mo) untuk mendapatkan sifat lain sesuai

aplikasi dilapangan seperti antikorosi, tahan panas, dan tahan temperatur tinggi. Baja

juga dapat diartikan sebagai campuran besi, dimana unsur logam menjadi dasar

campurannya. Selain itu baja juga mengandung unsur campuran lain, seperti sulfur

(S), posfat (P), silikon (Si) dan mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi (Amanto,

(16)

Kekuatan tarik dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk

menahan deformasi. Deformasi yang akan terjadi jika suatu bahan diberikan uji tarik

biasanya perubahan ukuran dan bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan pada

benda tersebut. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis. Deformasi

elastis adalah suatu perubahan yang segera hilang kembali apabila beban ditiadakan.

Deformasi plastis adalah suatu perubahan bentuk yang tetap ada meskipun benda yang

menyebabkan deformasi ditiadakan

Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi atau

kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan indentasi dan penetrasi. Nilai

kekerasan berkaitan dengan kekuatan tarik atau luluh logam karena selama

penjejakan, logam mengalami deformasi plastis sehingga terjadi regangan dengan

penerasi tertentu. Kekerasan juga berhubungan dengan ketahanan aus dari logam

(Smallman, 1991).

Dari penelitian sebelumnya (Dalil dkk, 1999), diperoleh kekerasan baja amutit

yang dilakukan dengan lama waktu penahanan suhu untuk menahan suhu supaya

pemanasan homogen sehingga kekerasan maksimum dapat diperoleh. Penelitian

tersebut menunjukkan bahwa pada lama waktu penanahan suhu 10 menit kekerasan

naik menjadi 60,08 HRc dari 34,24 HRc sebelum dilakukan proses perlakuan panas

kemudian naik menjadi 62,693 HRc pada lama waktu penahanan suhu 20 menit dan

meningkat mencapai maksimum pada lama waktu penahanan suhu 40 menit yaitu

65,146 HRc. Sehingga dapat diketahui bahwa tingkat kekerasan logam baja amutit

dipengaruhi oleh lama waktu penahanan suhu di samping temperature pemanasan dan

laju pendinginan.

Setelah memperhatikan perkembangan dari jurnal yang telah dipaparkan di

atas, penulis tertarik melakukan penelitian untuk mengamati hal – hal yang terjadi

karena perlakuan panas dengan sistem lama waktu penahanan suhu pada baja

NS-1045 dilihat dari tingkat kekerasan dan kekuatan tarik karena perlakuan panas

(17)

1.2 Rumusan Masalah

Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam pengerjaan penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh lama waktu penahanan suhu terhadap kekuatan

tarik dan kekerasan baja karbon menengah NS-1045.

2. Bagaimana pengaruh perlakuan quenching terhadap kekuatan tarik dan

kekerasan baja karbon NS 1045

1.3 Batasan Masalah

Untuk menghindari kesalahpahaman dan menimbulkan masalah baru yang

menyimpang dari tujuan, maka diberikan pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Proses perlakuan panas dilakukan dengan lama waktu penahanan

dengan waktu yang bervariasi 10, 20, 30, 40 dan 50 menit.

2. Pengujian sampel yang dilakukan adalah uji kekuatan tarik dan uji

kekerasan baja NS-1045 (tidak termasuk struktur mikro).

3. Media pendingin yang digunakan dalam penelitian ini adalah NaCl

dengan konsentrasi NaCl 30% sebanyak 3 Liter.

4. Baja karbon yang diuji dalam penelitian ini adalah baja karbon

menengah NS 1045.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh lama

penahanan suhu terhadap kekuatan tarik dan kekerasan baja karbon menengah

(18)

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat pelaksanaan penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini diharapkan bermanfaat sebagai bahan acuan bagi berbagai pihak

seperti merancang suatu alat atau komponen dengan kekerasan dan waktu

tertentu sesuai dengan penggunaannya.

2. Penelitian ini diharapkan sebagai bahan acuan untuk menghasilkan baja

dengan kualitas tinggi yang mempunyai kekuatan tarik dan kekerasan yang

baik.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, rumusan

masalah, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan

penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi

acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta

pembahasan.

Bab III Metodologi Penelitian

Bab ini membahas tentang waktu dan tempat penelitian,

peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan

prosedur penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan

(19)

Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari

penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baja

Baja adalah istilah umum yang mempunyai referensi yang luas, termasuk baja-baja

‘lunak’, beberapa di antaranya sangat keras dan yang lain sangat kuat, sedangkan yang

lain spesial untuk pembuatan perkakas pemotong; yang lain adalah pegas dan

baja-baja dengan kekuatan tarik yang tinggi, baja-baja otomat yang mudah dikerjakan dengan

mesin, berbagai jenis baja tahan karat deep-drawing steels untuk pengerjaan kempa

(misalnya karoseri mobil) dan sejumlah besar baja khusus, yang semuanya diperlukan

untuk memenuhi kebutuhan teknologi modern yang kesemuanya ini mulai dari besi

kasar.

Walaupun baja dapat didefinisikan sebagai campuran karbon dan besi, tetapi

perlu diketahui bahwa tidak ada satu jenis baja pun yang hanya terdiri dari dua elemen

ini. Karena proses pembuatan dan sifat-sifat alamiah dari bahan-bahan mentah yang

digunakan, semua baja mengandung bahan lain yang tidak murni dalam jumlah kecil

yang bervariasi, seperti posfor, belerang, mangan, dan silikon, bercampur dengan

elemen-elemen sisa lainnya. Kotoran-kotoran ini tidak mungkin dapat dihilangkan

seluruhnya dari logam.

Menurut Suharto, 1991 “Pada 723ºC baja mulai menunjukkan perubahan

struktur dan pada 1550ºC baja melebur”.

Menurut Van Vlack, 1991 “mengingat pentingnya peran karbon dalam baja,

dalam berbagai cara identifikasi baja dicantumkan kadar karbonnya”. Digunakan

(21)

perseratusan persen. Dua digit pertama menunjukkan jenis elemen paduan yang

ditambahkan pada besi dan karbon.

Kandungan karbon dalam baja sekitar 0,1-1,7% sedangkan unsur lain dibatasi

persentasenya. Persentase dari unsur-unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat dasar

dari logam baja yang dihasilkan.

Produk baja sangat banyak digunakan dalam bidang teknik maupun industri.

Hal ini meliputi 95% dari seluruh produksi logam baja. Untuk penggunaan tertentu

baja merupakan satu-satunya logam yang memenuhi persyaratan teknis maupun

ekonomi. Sebelum baja digunakan perlu diketahui komposi dari unsur-unsur baja

tersebut agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaannya (Amanto, 1999).

2.1.1 Baja Karbon

Menurut komposisi kimianya baja dapat dibagi dua kelompok besar yaitu: baja karbon

dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung

unsur lain, selain besi dan karbon. Baja karbon masih mengandung sejumlah unsur

lain tetapi masih dalam batas-batas tertentu yang tidak banyak berpengaruh pada sifat

dasar baja. Unsur-unsur ini biasanya merupakan ikatan yang berasal dari proses

pembuatan besi/baja seperti mangan dan silikon dan beberapa unsur pengotoran,

seperti belerang, posfor, oksigen, nitrogen dan lain-lain yang biasanya ditekan sampai

kadar yang sangat kecil.

Baja dengan kadar mangan kurang dari 0,8%, silikon kurang dari 0,5 dan

unsur lain yang sangat sedikit, dapat dianggap sebagai baja karbon. Mangan dan

silikon sengaja ditambahkan dalam proses pembuatan baja sebagai deoxidizer/

mengurangi pengaruh buruk dari beberapa unsur pengotoran. Baja karbon diproduksi

dalam bentuk balok, profil, lembaran dan kawat.

Baja karbon dapat digolongkan menjadi tiga bagian berdasarkan jumlah

kandungan karbon yang terdapat di dalam baja tersebut. Penggolongan yang dimaksud

(22)

a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Stell)

Baja ini disebut baja ringan (mild stell) atau baja perkakas, baja karbon

rendah bukan baja yang keras, karena kandungan karbonnya rendah

berkisar 0,05-0,30%. Baja ini mempunyai sifat seperti lunak, mudah

dibentuk, dilas, dan dikerjakan dengan mesin sehingga dapat dijadikan

mur, baut, batang tarik dan perkakas silinder (Alexander, 1991).

b. Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Stell)

Baja karbon menengah mengandung karbon 0,3 – 0,6% dan kandungan

karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan

pengerjaan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon menengah

digunakan untuk sejumlah peralatan mesin seperti roda gigi otomotif,

batang torak, rantai, pegas dan lain-lain.

c. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 – 1,5% dibuat dengan cara

mengerindra permukaannya, misalnya bor dan batang dasar. Ini digunakan

untuk peralatan mesin-mesin barat, batang pengontrol dan lain-lain

(Alexander 1991).

2.1.2 Baja Paduan

Pada umumnya baja paduan dihasilkan dengan biaya yang lebih mahal dari baja

karbon karena bertambahnya biaya untuk penambahan unsur khusus yang dilakukan

dalam industri atau pabrik. Baja paduan didefinisikan sebagai suatu baja yang

dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran.

Suatu kombinasi antara dua atau lebih unsur campuran, misalnya baja yang

dicampur dengan unsur kromium dan molibden, akan menghasilkan baja yang

mempunyai sifat keras yang baik dan sifat kenyal (sifat logam ini membuat baja dapat

dibentuk dengan cara dipalu, ditempa, digiling dan ditarik tanpa mengalami patah atau

retak-retak). Jika baja dicampur dengan kromium dan molibden akan menghasilkan

(23)

Baja paduan digunakan karena adanya keterbatasan baja karbon saat

dibutuhkan sifat-sifat yang spesial dari pada logam khususnya baja. Keterbatasan dari

baja karbon adalah reaksinya terhadap pengerjaan panas dan kondisinya. Sifat-sifat

spesial yang diperoleh dari pencampuran meliputi sifat kelistrikan, magnetis dan

koefisien spesifik dan pemuaian panas dan tetap keras pada pemanasan yang

berhubungan dengan pemotongan logam (Amanto, 1999).

2.1.3 Unsur Campuran Pada Baja

1. Unsur Campuran Dasar (Karbon)

Unsur karbon adalah unsur campuran yang paling penting dalam pembentukan

baja. Jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang amat besar terhadap

sifatnya. Tujuan utama penambahan unsur lain ke dalam baja adalah untuk mengubah

pengaruh dari karbon. Unsur karbon dapat bercampur dalam besi dan baja setelah

didinginkan secaa perlahan-lahan pada temperatur kamar dalam bentuk sebagai

berikut :

a) Larut dalam besi untuk membentuk larutan pada ferit yang mengandung

karbon di atas 0,006 pada temperatur sekitar 725 ºC. Ferit bersifat lunak, tidak

kuat dan kenyal.

b) Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sebagai sementit

(Fe3C) yang mengandung 6,67% karbon. Sementit bersifat keras dan rapuh.

2. Unsur Campuran Lain

Di samping campuran kimia dan besi, juga terdapat unsur-unsur campuran lainnya

yang jumlah persentasenya dikontrol. Unsur-unsur tersebut adalah posfor, sulfur,

mangan dan silikon. Pengaruh unsur tersebut pada baja adalah sebagai berikut :

a) Unsur posfor

Unsur posfor membentuk larutan besi fosfida. Baja yang mempunyai titik cair

yang rendah tetap menghasilkan sifat yang keras dan rapuh. Baja mengandung

unsur fosfor sekitar 0,05%.

(24)

Unsur sulfur membahayakan sulfida yang mempunyai titik cair rendah dan

rapuh. Kandungan sulfur harus dijaga agar serendah-rendahnya sekitar 0,05%.

c) Unsur Silikon

Silikon membuat baja tidak stabil, tetapi unsur ini menghasilkan lapisan grafit

yang menyebabkan baja tidak kuat. Baja mengandung silikon sekitar 0,1 –

0,3%.

d) Unsur Mangan

Unsur mangan yang bercampur dengan sulfur akan menghasilkan mangan

sulfida dan diikuti pembentukan besi sulfida. Baja mengandung mangan lebih

dari 1%.

2.2 Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Untuk memperbaiki sifat-sifat mekanis logam, perlu adanya suatu perlakuan.

Perlakuan yang dimaksud adalah perlakuan panas (Heat Treatment). Perlakuan panas

adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam keadaan padat untuk

mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut. Baja dapat dikeraskan seingga tahan aus dan

kemampuan memotong meningkat dan dapat juga dilunakkan untuk memudahkan

pemesinan lebih lanjut.

Perlakuan panas (heat treatment) pada baja mempunyai peran yang sangat

penting dalam upaya mendapatkan sifat-sifat tertentu yang diinginkan sesuai dengan

kebutuhan. Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu tertentu dan dipertahankan

pada waktu tertentu serta didinginkan pada media tertentu pula. Perlakuan panas

mempunyai tujuan untuk meningkatkan kuat tarik, kekerasan, keuletan,

menghilangkan tegangan internal (internal stress), dan menghaluskan ukuran butir

Kristal. Beberapa factor yang dapat mempengaruhi perlakuan panas, yaitu suhu

pemanasan, waktu yang diperlukan pada suhu pemanasan, laju pendinginan dan

lingkungan atmosfir.

Untuk meningkatkan perlakuan panas yang tepat, susunan kimia baja harus

diketahui.Hal ini dikarenakan perubahan komposisi kimia khususnya karbon dapat

(25)

Perlakuan panas pada baja dapat dilakukan sebagai berikut:

1. Pemanasan pada temperatur rendah

Pengerjaan ini adalah tidak akan menghasilkan suatu perubahan dalam struktur

baja. Yang terjadi hanya perubahan kecil pada sifat mekaniknya. Apabila

dalam pengerjaan ini dihasilkan suatu permukaan baja yang keras, maka dapat

dihilangkan dengan cara penuangan. Pengerjaan penuangan dapat dilakukan di

dalam mesin perkakas.

2. Pemanasan dalam suhu tinggi

Apabila baja dipanaskan terus-menerus yang mengakibatkan suhu pemanasan

naik dan mencapai suhu tertentu, maka terjadi pembentukan butiran-butiran

baru yang bentuk dan ukurannya kecil dan halus. Pembentukan butiran dapat

terjadi walaupun ukuran original sebelumnya besar dan kasar, karena

perubahan terjadi sebelum pengerjaan dingin. Proses tersebut dikenal dengan

proses pengkristalan kembali. Temperatur pengkristalan kembali untuk

beberapa logam dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Pengkristalan kembali pada beberapa logam Jenis Logam Temperatur (ºC)

Pengkristalan

Pada pemansan baja yang dilakukan secara terus menerus, terjadi penyerapan

unsur lainnya (terutama unsur karbon) oleh butiran-butiran besi yang

(26)

sebagai peoses pertumbuhan butiran (grain grouth). Jadi, pemanasan pada

temperatur tinggi akan menyebabkan terjadi pertumbuhan butiran melalui

pengkristalan kembali pada baja yang mengakibatkan perubahan bentuk dan

ukuran butiran-butiran. Selain itu, pertumbuhan butiran-butiran akan terjadi

terus-meners selama dilakukan pendinginan. Pengkristalan kembali dan

perumbuhan butiran yang terjadi terhadap baja akibat pengerejaan panas,

berpengaruh pada sifat-sifat mekanik baja.

Proses yang dilakukan dalam perlakuan panas terdiri dari pelunakan

(annealing), penormalan (normalising), pengerasan (hardening) dan

menemper (tempering).

a. Pelunakan (annealing) merupakan proses pemanasan yang diikuti

dengan pendinginan perlahan-lahan di dalam tungku.

b. Normalisasi dilakukan untuk mendapatkan struktur mikro dengan

butir yang halus dan seragam. Proses ini dapat diartikan sebagai

pemanasan dan mempertahankan pemanasan pada suhu yang sesuai

diatas batas perubahan diikuti dengan pendinginan secara bebas

didalam udara luar supaya terjadi perubahan ukuran

butiran-butiran.

c. Pengerasan (hardening) merupakan perlakuan panas pada baja dari

titik kritis atas kemudian dilakukan pendinginan cepat (quenching).

d. Menemper (tempering) merupakan pemansan kedua dimana baja

dipanaskan sampai di bawah titik kritis bawah kemudian dilakukan

pendinginan.

2.3 Lama Waktu Pemanasan (Holding Time Temperature)

Lama waktu penahanan suhu dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari

suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan pada

(27)

austenitnya homogen. Atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austeit dan difusi

karbon dan unsur paduannya.

Pedoman untuk menetukan lama waktu penahanan suhu dari berbagai jenis

baja:

1. Baja Kontruksi dari Baja Karbon dan Baja Paduan Rendah

Yang mengandung karbida mudah larut, diperlukan lama waktu penahanan

suhu yang singkat, 5 - 15 menit setelah mencapai temperatur pemanasannya

dianggap sudh memadai.

2. Baja Kontruksi dari Baja Paduan Menengah

Dianjurkan menggunakan lama waktu penahanan suhu 15 - 25 menit, tidak

tergantung ukuran benda kerja.

3. Alat Baja Campuran Rendah (Low Alloy Tool Steel)

Memerlukan lama waktu penahanan suhu tetap, agar kekerasan yang

diinginkan dapat tercapai. Dianjurkan menggunakan 0,5 menit per millimeter

tebal benda atau 10 – 30 menit.

4. Baja Campuran Kromium Tinggi (High Alloy Chrome Steel)

Membutuhkan lama waktu penahanan suhu yang paling panjang antara semua

baja perkakas, juga tergantung pada temperatur pemanasannya. Juga

diperlukan kombinasi temperatur holding time yang tepat. Biasanya dianjurkan

menggunakan 0,5 menit per millimeter tebal benda dengan minimum 10 menit,

maksimum 10 jam.

5. Alat Baja Kerja Panas (Hot Work Toll Steel)

Mengandung karbida yang sulit larut, baru akan larut pada 1000ºC. Pada

temperatur ini kemungkinan terjadinya pertumbuhan burit sangat besar, karena

itu lama waktu penahanan suhu harus dibatasi 15 – 30 menit.

6. Baja Kecepatan Tinggi (High Speed Steel)

Memerlukan temperatur pemanasan yang sangat tinggi 1200 – 1300ºC. Untuk

mencegah terjadinya pertumbuhan butir lama waktu penahanan suhu diambil

(28)

2.4 Pengerasan (Hardening)

Pengerasan biasanya dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi atau

kekuatan yang lebih baik. Pengerasan dilakukan dengan memanaskan baja sampai ke

daerah austenit lalu mendinginkanya dengan cepat, dengan pendinginan yang cepat ini

terbentuk martensit yang kuat. Temperatur pemanasanya, lama waktu tahan dan laju

pendinginan untuk pengerasan banyak tergantung pada komposisi kimia dari baja.

Kekerasan maksimum yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja.

Kekerasan yang terjadi pada benda akan tergantung pada temperatur pemanasan,

waktu tahan dan laju pendinginan yang dilakukan pada proses laku panas, disamping

juga pada harden ability baja yang dikeraskan.

Pengerasan adalah proses pemanasan baja samapai suhu di atas daerah kritis,

disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui, suhu

pemanasannya dapat dibaca dan diagram keseimbangan seperti gambar 2.1. Akan

tetapi, bila komposisi baja tidak diketahui perlu dilakukan percobaan untuk

mengetahui daerah pemanasannya.

Sumber : Love, 1982

(29)

Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada persentasekadar karbon dalam

baja. Kekerasan juga tergantung pada temperatur pemanasan (autenintising

temperature), lama waktu penahanan suhu dan laju pendinginan yang dilakukan serta

seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras bergantung pada herdenability.

Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras) maka pada saat

pemanasan harus dapat dicapai struktur austenit, karena hanya austenit yang dapat

bertransformasi menjadi martensit. Bila pada saat pemanasan masih terdapat struktur

lain maka pada saat didinginkan akan diperoleh struktur yang tidak seluruhnya terdiri

dari martensit. Bila struktur lain itu bersifat lunak, misalnya ferit maka tentunya

kekerasan yang tercapai juga tidak akan maksimum. Untuk menentukan temperatur

pemanasan yang baik untuk proses pengerasan yang dilakukan terhadap suatu baja

perlu dilakukan suatu percobaan pemanasan dan quenching pada beberapa temperatur

dan dianalisis struktur yang terjadi.

Pada beberapa literatur dan juga pada brosur dari pabrik pembuatan baja dapat

diperoleh daerah temperatur pemanasan untuk hardening yang jugaakan saling

tergantung pada beberapa faktor lain, antara lain lama waktu penahanan suhu (Dalil

dkk, 1999

2.4.1 Pengerasan Baja

Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja dipanaskan untuk

menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan. Pembentukan sifat-sifat

dalam baja bergantung pada kandungan karbon, temperatur pamanasan, sistem

pendinginan serta bentuk dan ketebalan bahan.

1. Pengaruh unsur karbon

Supaya dihasilkan suatu perubahan sifat-sifat baja, maka unsur karbon yang

larut dalam padat harus secukupnya setelah dilakukan pendinginan untuk

menghasilkan perubahan lapisannya. Jika kandungan karbon kurang dari

0,15%, maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah didinginkan.

Kenaikan kandungan karbon berhubungan dengan kenaikan kekuatan dan

kekerasan sebagai hasil dari pendinginan. Tetapi kenaikan tersebut akan

mengurangi kekenyalan pada baja seperti Gambar 2.2.

(30)

Supaya terjadi palarutan yang lengkap sebagai hasil dari pendinginan, maka

penting adanya pelarutan unsur karbon dalam jumlah yang cukup laruatan

padat sebgai hasil dari pemanasan. Baja yang mengandung karbon kurang dari

0,83% dipanaskan di atas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh unsur karbon

masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja dengan

kandungan karbon lebih dari 0,83% biasanya dipanaskan hanya sedikit di atas

titik kritis terendah (bawah). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan perlit

menjadi austenit. Pendinginan yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk

martensit, seperti Gambar 2.3. Sewaktu kandungan karbon di atas 0,83% tidak

terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit karena larutannya telah

menjadi keras. Sehingga perlu dilakukan pemanasan pada suhu tinggi untuk

mengubahnya dalam bentuk austenit. Austenit akan menghasilkan struktur

berbentuk kasar tanpa mengalami penambahan yang cukup besar pada

kekerasan dan kekuatannya. Akan tetapi menyebabkan baja menjadi lebih

rapuh setelah didinginkan. Lamanya pemanasan tergantung pada ketebalan

bahan, tetapi bahan tidak berukurn panjang karena akan menghasilkan struktur

yang kasar.

Dari jurnal sebelumnya telah dilakukan penelitian terhadap Struktur

Mikro Baja C-Mn pada pengelasan busur terendam dengan variasi masukan

panas. Besarnya masukan panas (heat input) sangat tergantung pada kecepatan

pengelasan, ternyata hal itu memberikan pengaruh yang cukup signifikan

terhadap luasan yang terpengaruh oleh panas, baik luasan di daerah lasan

(fusion zone) maupun pada daerah heat affected zone (HAZ). Jika masukan

panas terlalu besar, maka laju pendinginan dari proses pengelasan menjadi

lambat, dan akibatnya struktur yang terbentuk didominasi oleh ferit batas butir

(31)

Sumber : Amanto, 1999

Gambar 2.2. Hubungan antara kandungan karbon dengan kekerasan baja

Sumber :Amanto, 1999

Gambar 2.3 Hubungan antara kandungan karbon dengan suhu pemanasan

3. Pengaruh pendinginan

Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan

kecepatan pendingin kritis, maka seluruh austenit akan berubah ke dalam

bentuk martensit. Sehingga dihasilkan kekerasan baja yang maksimum.

Kecepatan pendingin kritis tergantung pada komposisi kimia baja. Bila

kecepatan pendingina sedikit lebih rendah dari kecepatan pendingin kritis,

akan terbentuk “toorsit”. Toorsit dan sorbit lebih keras dan kuat daripada baja

yang mempunyai struktur yang seimbang. Kecepatan pendinginan bergantung

(32)

2.5 Pendinginan Secara Cepat (Quenching)

Pendinginan baja secara mendadak dari 700ºC lebih adalah suatu pengerjaan yang

sangat drastis dan quenching sering mengakibatkan keretakan dan pergeseran benda

kerja. Karena pendinginan itu mulai dari luar sewaktu pencelupan, penyusutan dan

pengerasan dengan cepat terbentuk pada lapisan sekitar teras yang tidak terjadi

pendinginan dan penyusutan dalam waktu yang sama. Waktu panas merambat keluar

teras tersebut mulai dingin dan ketika melalui titikkritis atas, terjadilah ekspansi (berhubungan dengan perubahan dari besi γ ke besi α). Lapisan keras telah dipengaruhi oleh perubahan ini lalu terjadilah penyusutan, sedangkan pada teras

sedang berlangsung sedikit ekspansi. Hal inilah yang menyebabkan keretakan.

Sejumlah media digunakan dalam quenching untuk mendapatkan variasi

pendinginan. Larutan soda akustik 5% memberikan pendinginan yang sangat dahsyat

ditambah dengan air asin dan air dingin. Air hangat, minyak mineral, minyak binatang

dan sayur-sayuran memberikan pendinginan yang lambat.

Satu efek pendinginan yang lambat pada teras terutama untuk benda-benda

yang besar adalah bagian dalam baja hampir tidak sekeras bagian luarnya. Oleh

karena itu akan terjadi pengendapan karbon dan bagian tengah baja akan mengandung

pearlite. Hal ini tidak merugikan karena teras yang sedikit lebih lunak akan mengubah

keadaan menjadi tidak rapuh dan lebih kuat.

Sebagai media pendinginan yang umum dipakai tergantung dari pembentukan

sifat serta sesuai proses pemanasan yang dilakukan adalah sebagai berikut :

a. Udara

Pendinginan di udara adalah merupakan suatu pendinginan serta

perlahan-lahan di ruangan terbuka yang bertujuan untuk menormalkan kembali struktur

logam karena adanya efek pengerjaan terhadap bahan baja. Pada pendinginan

di udara terjadi pada fasa autenisasi, 50ºC samapai 60ºC di dalam daerah

(33)

yang berlebihan da terbentuknya struktur mikro perlit yang halus. Proses ini

disebut normalising.

Pendinginan secara perahan-lahan dengan media pendinginnya udara terjadi

pada proses annealing pendinginan dilakukan pada furnance (tungku) atau di

ruangan yang agak tertutup sehingga jumlah udara yang masuk agak terbatas

yang akan mempengaruhi kecepatan pendinginan.

b. Oli, NaCl, NaOH dan air.

Pendinginan dengan oli, NaCl, NaOH dan air merupakan suatu pendinginan

dengan kecepatan setelah dilakukan pemansan sampai 50ºC di atas temperatur

titik kritis selama beberapa waktu. Proses pendinginan ini biasanya juga

disebut dengan quenching (celup langsung). Pendinginan dengan kecepatan

akan menghasilkan martesit yang keras dan agak rapuh. Pada proses

pendinginan ini akan terbentuk austenit yang lebih padat daripada martensit

dan juga lebih padat daripada ferit ditambah dengan karbida, hal ini yang

merupakan masalah pada pendinginan secara celup langsung dari austenit ke

martensit karena bagian tengah yang lebih lambat pendinginannya

bertransformasi dan muai. Setelah permukaannya lebih cepat pendinginannya

menjadi martensit yang rapuh jadi retak dapat terjadi pada baja dengan ukuran

lembaran atau kawat khususnya bila kadar karbon lebih besar dari 0,5%.

Adapun sifat-sifat dari NaCl dapat kita lihat pada tabel 2.2 berikut ini:

Tabel 2.2 Sifat-sifat dari Natrium Klorida (NaCl)

No Variabel Nilai

Pendinginan dengan menggunakan larutan air dan garam (NaCl) bertujuan untuk

mengetahui kekuatan tarik baja yang diuji tersebut. Dengan persentase yang berbeda

(34)

perubahan yang terjadi pada bahan uji. Dari perendaman tersebut akan menghasilkan

terak-terak di permukaan logam. Jika terak itu rusak dan tidak mampu memperbaiki

diri maka korosi akan terjadi pada permukaan logam.

Bahan yang kita gunakan adalah garam dapur yang dapat dituliskan proses

kimianya sebagai berikut:

Na Na+ + e+……… 2.1

Cl + e+ Cl- ………. 2.2

Dari proses kimia di atas maka diperoleh keseluruhannya, dimana garam

dicampur dengan air maka akan menghasilkan lauran NaCl :

Na + Cl Na+ + Cl- ……….. 2.3

Oleh karena timbulnya korosi tersebut akibat adanya proses perendaman maka

perlu dilakukan pengujian tarik pada bahan tersebut. Pengujian tarik merupakan suatu

tindakan yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik suatu bahan.

Setiap bahan-bahan yang akan dilakukan pengujian tarik telah dipengaruhi

oleh adanya korosi misalnya : pencampuran air dan garam yang dapat mengakibatkan

sifat mekanik bahan tersebut menjadi berkurang. Oleh karena itu permukaan bahan

semakin kecil dan mengalami kerusakan. Untuk mengetahui dan mengatasinya perlu

dilakukan pengujian mekanik sampai seberapa besar perubahan yang terjadi pada hasil

pengujian dan bagaimana hasil grafik yang akan diperoleh baik itu yang mengalami

korosi maupun dan tidak mengalami korosi atau standar (Dewi, 2002).

2.6 Sifat Mekanik Logam

Sifat mekanik suatu logam adalah kemampuan atau kelakuan logam untuk menahan

beban yang diberikan baik bebas statis atau dinamis pada suhu kamar, suhu tinggi

maupun di bawah suhu 0ºC. Beban statis adalah beban yang tetap besar dan arahnya

setiap saat. Sedangkan beban dinamis adalah beban yang besar dan arahnya bisa

(35)

Beban statis dapat berupa beban tarik, tekan lentur, puntir, geser, dan

kombinasi dari beban tersebut. Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban yang

tiba-tiba berubah-ubah. Sifat mekanik logam meliputi : kekuatan, kekerasan,

kegetasan, keuletan, aus dan lain-lain.

2.6.1 Kekerasan (Hardness)

Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis, karena pembebanan

setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat ini banyak

berhubungan dengan kekuatan, daya tahan aus dan kemampuan dikerjakan dengan

mesin (mampu mesin). Cara pengujian kekerasan ada tiga yaitu dengan menggores,

menjatuhkan dan dengan melakukan penekanan (uji tekan).

Kekerasan suatu bahan dapat berubah bila dikerjakan dengan pengerjaan

dingin (cold worked) seperti pengerolan, penarikan, serta kekerasan dapat dicapai

sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas (Surdia, 1995)

Kererasan baja sangat dipengaruhi oleh kerusakan atau kegagalan material

yang disebababkan oleh reaksi material tersebut dengan lingkungan. Baja adalah

bahan konstruksi yang paling rawan dalam lingkungan atmosfer, air, air laut, dalam

tanah yang tidak atau mengandung bakteri. Kekerasan baja yang dipercepat oleh

bakteri dapat terjadi pada dasar tangki timbun BBM, dasar dan dinding bak air laut

sebagai media pendingin, dan pada struktur yang dilapisi oleh boifilm. Kekerasan baja

dapat diantisipasi glutaraldehid sebagai biosida terhadap SRB (Jalaluddin), 2005.

Kekerasan suatu bahan dapat diketahui dengan pengujian kekerasan memakai mesin

uji kekerasan (hardness tester) menggunakan tiga cara atau metode yang telahb

banyak dilakukan yaitu metode brinel, rockwell dan vickers.

2.6.1.1 Metode Rockwell

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan

kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa

(36)

Pengujian kekerasan Rockwell adalah salah satu cara pengujian kekerasan

yang cocok digunakan untuk semua material yang keras dan lunak. Dalam pengujian

Rockwell dengan standar JIS Z-2245 pada skala C digunakan kerucut intan sebagai

indentor.

Pengujian dengan Rockwell C memakai penetrator speroconical diamond

(permata berbentuk kerucut) dengan sudut puncak kerucut permata 120º dengan beban

minor 10 kg dan beban mayor 150 kg atau beban awal Fo = 10 kg, beban tambahan F1

= 140 kg, sehingga beban total 10 + 140 = 150 kg.

Kekerasan Rockwell C dapat ditulis dengan rumus:

HRc = ( ) ………. 2.4

dimana :

k = 0,2 untuk kerucut diamond dan 0,2 untuk bola baja

h1 = kedalaman penetrasi sesudah pembebasan beban (mm)

h = kedalaman penetrasi pada beban primer (mm)

C = nilai bagian skala = 0, 002 mm

Mesin uji kekerasan Rockwell dipakai karena:

a. Digunakan untuk mengukur benda kerja yang dikeraskan (di-treatment).

b. Mesin uji kekerasan Rockwell dapat memberikan harga kekerasan secara

langsung dari beban kerja yang diset pada petunjuk (indikator) sehingga

membuat waktu pengujian relatif cepat (Dalil, 1999).

2.6.2 KekuatanTarik

Kekuatan tarik merupakan sifat mekanik yang sangat penting dari suatu logam,

terutama untuk perhitungan-perhitungan konstruksi. Untuk memperoleh informasi

(37)

Dalam pengujian tarik, batang uji dikenai beban aksial yang ditambah secara

berangsur-angsur secara kontinu. Pada saat yang bersamaan dilakukan

pengukuran-pengukuran yang diperlukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan.

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan mengalami deformasi, yaitu

perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan pada benda

tersebut. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis (Sumanto, 1996).

Deformasi elastis adalah suatu perubahan yang segera hilang kembali apabila

beban ditiadakan. Deformasi plastis adalah suatu perubahan bentuk yang tetap ada

meskipun benda yang menyebabkan deformasi ditiadakan.

2.6.2.1Prinsip Pengujian Tarik

Pengujian tarik biasanya dilakukan terhadap spesimen atau batang uji yang standar.

Batang uji tarik tersebut dipasang pada mesin tarik, dijepit dengan mesin tarik pada

kedua ujung bahan dan ditarik memanjang secara perlahan-lahan. Selama penarikan

setiap saat dicatat dengan grafik yang tersedia dalam mesin tarik. Besarnya gaya

pertambahan panjang yang terjadi adalah sebagai akibat dari gaya tarik tersebut.

Penarikan terus dilakukan sampai benda terputus.

2.6.2.2Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Kekuatan tarik maksimum dinyatakan sebagai beban maksimum yang dapat diterima

oleh bahan dibagi luas penampang semula bahan uji tanpa menjadi rusak atau putus.

Kekuatan tarik maksimum (UTS) dinyatakan dengan rumus :

UTS =

=

……….. 2.5

Dimana :

= kekuatan tarik bahan (N/m²)

= beban maksimum (N)

(38)

2.6.2.3Regangan (ϵ)

Akibat tarikan, bagian panjang batang L mengalami ulur atau perpanjangan sebesar ΔL. Perpanjangan relatif yaitu pertambahan panjang persatuan panjang awal,

didefinisikan sebagai regangan (Strain) normal dan dapat ditulis sebagai berikut :

ϵ

=

Δ

=

( – ) ………. .. 2.6

dimana:

ϵ = Regangan

ₒ = panjang batang uji mula-mula (m)

L = panjang batang uji setelah menerima beban (m)

2.6.2.4 Modulus Elastisitac (E)

Modulus elastisitas adalah kemiringa kurva dari diagram tegangan dan regangan

dalam daerah elastisitas linier. Modulus elastisitas dapat dihitung dengan membagi

tegangan ( ᵤ) dan regangan ( ) .

E =

є ……… 2.7

Di mana :

E = modulus elastisitas (N/ m²)

= kekuatan tarik (N/ m²) ϵ = Regangan.

2.7 Pengaruh Suhu Terhadap Benda

Suhu atau temperatur merupakan ukuran panas atau dinginnya suatu benda. Benda

mempeunyai suhu lebih tinggi dikatakan lebih panas. Benda mempunyai suhu lebih

rendah dikatakan lebih dingin. Banyak sifat-sifat zat yang berubah terhadap perubahan

(39)

air bila dipanaskan dari 0ºC - 4ºC akan menyusut dan setelah 4ºC memuai. Gejala ini

disebut anomali air. Sebatang besi akan lebih panjang ketika panas dari pada saat besi

itu dingin (Tim Fisika Dasar, 2002).

Ada beberapa sifat zat yang berubah bila dipanaskan. Di antara sifat-sifatnya

yang berubah itu adalah warnanya (besi yang panas pijar), volumnya, tekanannya dan

daya hantar listriknya atau hambatannya (Kertiasa, 1994). Sifat-sifat zat yang berubah

bila dipanaskan itu disebut sifat termometrik zat. Sifat termometrik ini dapat

digunakan sebagai dasar untuk pengukuran suhu. Misalnya, pada besi menggunakan

warna pijaran besi sebagai ukuran cukup atau tidak cukupnya suhu besi untuk

ditempa.

Sifat suatu bahan akan berubah apabila suhunya berubah. Perlakuan panas pada bahan

akan meningkatkan kekerasan pada logam. Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja

dangan cara mengubah ukuran dan bentuk butiran-butirannya. Bentuk butirannya

dapat berubah dengan cara dipanaskan pada suhu di atas suhu pengkristalan kembali.

Ukuran butiran dapat dikontrol melalui suhu dan lama pemanasannya. Tetapi pada

perlakuan panas, adanya pemanasan tidak sampai pada inti bahan yang dipanaskan

sehingga kekerasan yang diperoleh tidak maksimum.

Penahanan suhu dilakukan untuk memperoleh kekerasan maksimum dari suatu

bahan pada proses pengerasan dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk

memperoleh pemanasan yang homogen. Pemanasan yang homogen menghasilkan

struktur austenit yang homogen sehingga dapat dicapai kekerasan yang maksimum

(40)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI Medan mulai dari 22

April sampai 02 Juni 2012.

3.2Alat dan Bahan Penelitian

Adapun alat yang dipakai dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut:

3.2.1 Alat

1. Tungku pemanas (oven)

2. Jangka sorong dengan ketelitian 0, 02

3. Alat uji tarik (Maekawa Testing Machine MEG.co)

4. Alat uji kekerasan Rockwell

3.2.2 Bahan-bahan

1. Baja karbon NS-1045

(41)

3.3Diagram Alir Penelitian

Berikut ini adalah diagram alir tentang penelitian ini:

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Baja KarbonMenengah NS 1045

Pembentukan sampel dengan standar JIS

Sampel uji tarik JIS Z 2001-8A Sampel Uji Kekerasan JIS Z - 2245

Sampel tanpa perlakuan panas Sampel dipanaskan dalam oven dengan suhu 8300C

Holding Time 10, 20, 30, 40,50 menit

Didinginkan di dalam media 3 Liter NaCl 30%

Pengujian

Kekerasan Uji Tarik

Data

Analisis Data

(42)

3.4Prosedur Penelitian

3.4.1 Pembuatan Sampel

1. Menyediakan bahan yang berbentuk silinder dengan ukuran panjang 10 mm,

diameter 16 mm, sebanyak 16 buah dan bahan berbentuk test peacee sebanyak 18

buah.

2. Pada benda uji diberi perincian masing-masing 1 bahan berbentuk silinder dan 3

buah berbentuk test peacee diberi tanda dengan penomoran yang sama. Sampel

akan dibagi menjadi 6 bagian, dimana penomoran bagian dimulai dari nomor satu

sampai lima ( No.1,2,3,4,5,6), dengan perincian sebagai berikut:

1 = Bahan Original

2 = Bahan yang dipanaskan dan suhunya ditahan 10 menit

3. Sampel dipanaskan pada suhu 8300C.

4. Setelah sampel tersebut dipanaskan dikeluarkan dari oven dan didinginkan di

dalam larutan NaCl dengan konsentrasi 30% sebanyak 3 liter.

3.4.2 Pengujian Sampel

3.4.2.1Uji Kekuatan Tarik

1. Sampel berbentuk test peacee diuji dengan menggunakan alat uji kekuatan tarik.

2. Sampel uji tarik diletakkan pada penjepit atas dan bawah yang dikendalikan

dengan control jepit, dengan memutar control dengankelajuan angular 0,2 rpm.

Maka penjepit akan bergerak bersamaan dengan bergeraknya penunjuk yang

menunjukkan berat beban yang digunakan hingga sampel uji patah ( putus ).

(43)

Gambar 3.2 Bahan Uji Tarik JIS 2201-8A

(44)

3.4.2.2Uji Kekerasan

Pengujian metode Kekerasan Rockwell dilakukan dengan menggunakan alat uji

Rockwell yang dapat secara langsung membaca kekerasan sampel berdasarkan

kedalaman yang diukur oleh alat Rockwell.

Gambar 3.4 Sampel Uji kekerasan

Sampel diuji diletakkan tegak lurus diantara penyangga dan indentor kemudian

dengan menekankan indentor kerucut intan kepada sampel uji (logam), maka secara

otomatis angka yang menunjukkan harga kekerasan sampel akan terlihat pada skala

(45)

(46)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Telah dilakukan pengujian kekerasan dan kekuatan tarik dari beberapa bahan uji

dengan variasi lama penahanan suhu untuk baja karbon menengah NS-1045. Variasi

penahanan suhu yang dilakuakan adalah mulai dari 10, 20, 30, 40 dan 50 menit. Data

yang didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan melakukan perhitungan dan hasil

perhitungan tertera pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.

Nilai kekerasan bahan uji dari hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4.1. dimana

nilai tersebut dapat dilihat langsung pada alat uji kekerasan yang langsung mengukur

kekerasan bahan uji berdasarkan kedalaman yang diukur. Data hasil pengujian di

(47)

Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan

Dari data pada Tabel 4.1 di atas, dapat dibuat hubungan antara lama penahanan

suhu dengan kekerasan seperti pada gambar di bawah ini:

(48)

Dari grafik pada Gambar 4.1 diatas, dapat dianalisis bahwa setiap penambahan

lama penahanan terjadi perubahan pada kekerasan. Dimana dalam hal ini kekerasan

maksimum terjadi pada lama penahanan suhu 20 menit yaitu 60,7 HRc. Dari 0-10

menit berlaku Hukum Hooke, dimana kenaikan lama waktu penahanan suhu

berbanding lurus dengan kenaikan kekerasan baja. Dari waktu penahanan 10-20 menit

terjadi kelelahan baja karbon. Pada lama penahanan suhu 30-40 terjadi necking

(pengecilan), dan pada lama penahanan suhu 50 menit baja mengalami penurunan

nilai kekerasan yang lebih kecil dari sebelumnya.

4.1.2 Kekuatan Tarik

Nilai kekuatan tarik ditentukan dengan menggunakan persamaan (2.5) dan data yang

didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan melakukan perhitungan (pada lampiran

1), untuk masing variasi dilakukan tiga kali pengujian dan hasil perhitungan tertera

pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2. Data hasil Pengujian dan Perhitungan untuk Kekuatan Tarik.

(49)

Dari data pada Tabel 4.2 di atas, dapat dibuat hubungan antara lama penahanan

suhu dengan Kuat Tarik seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Lama Waktu Penahanan Suhu

dengan Kuat Tarik Baja karbon Menengah NS 1045.

Dari grafik pada Gambar 4.2 diatas, dapat dianalisis bahwa setiap penambahan

lama penahanan suhu terjadi perubahan pada kekuatan tarik pada Baja. Dimana dalam

hal ini kuat tarik maksimum terjadi pada lama penahanan suhu 40 Menit yaitu 1354,7

MPa. Kuat tarik pada lama penahanan suhu 0-40 menit berbanding lurus. Dimana kuat

tarik akan bertambah seiring dengan pertambahan lama waktu penahanan suhu.

Namun kuat tarik menurun pada lama penahanan suhu 50 menit. Ini sesuai dengan

teori bahwa tidak mungkin semakin lama waktu penahanan suhu kuat tarik akan naik

terus-menerus karena adanya keterbatasan lama waktu penahanan suhu.

Dari kedua pengujian dan dari data-data yang dihasilkan dapat diambil hubungan

kekerasan dengan kuat tarik yaitu bahwa kekerasan dan kuat tarik akan bertambah

seiring bertambahnya waktu penahanan suhu.

(50)

4.2 Pembahasan

Dari Tabel data 4.1. dapat diketahui bahwa dengan melakukan proses pemanasan

dengan lama penahanan suhu 10 menit, 20 menit, 30 menit, 40 menit dan 50 menit

diperoleh hasil pengujian kekerasan pada tiap bahan uji yang bervariasi. Pada lama

penahanan suhu 10 menit didapat nilai kekerasan baja rata-rata sebesar 51,6 HRc dari

22,9 HRc sebelum dilakukan proses perlakuan panas, dengan lama penahanan suhu 20

menit diperoleh kekerasan maksimum sebesar 60,7 HRc kemudian menurun pada

lama penahanan suhu 30 menit yaitu 60,6 HRc, kemudian pada lama penahanan suhu

40 menit nilai kekerasan baja sebesar 57,2 HRc dan pada lama penahanan suhu 50

menit nilai kekerasan baja sebesar 54,9 HRc.

Data di atas menunjukkan bahwa kekerasan baja karbon NS-1045 mengalami

kenaikan setelah dilakukan perlakuan panas dengan lama penahanan suhu. Di mana

kekerasan tersebut mencapai maksimum pada lama penahanan suhu 20 menit dan

mengalami penurunan pada lama penahanan suhu 30,40 dan 50 menit.

Kenaikan kekerasan baja tersebut disebabkan oleh waktu penahanan suhu yang

akan memberikan kesempatan kepada atom-atom untuk berdifusi menghomogenkan

austenit yang baru terbentuk. Tetapi apabila waktu penahanan suhu yang diberikan

terlalu lama maka akan terjadi pertumbuhan butir-butiran yang menyebabkan

turunnya kekerasan. Ini sesuai dengan teori bahwa tidak mungkin semakin lama waktu

penahanan suhu kekerasan dan kekuatan tarik akan naik terus menerus. Ini disebabkan

(51)

4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik

Dari data Tabel 4.2. dapat diketahui bahwa dengan memvariasikan waktu penahanan

suhu 10 menit, 20 menit, 30 menit, 40 menit dan 50 menit diperoleh hasil pengujian

kuat tarik pada tiap bahan uji yang berbeda. Pada lama penahanan suhu 10 menit di

dapat nilai kekuatan tarik baja karbon rata-rata sebesar 1155,7 MPa dari 710,4 MPa

sebelum dilakukan proses perlakuan panas. Pada lama penahanan suhu 20 menit

diperoleh kekuatan tarik sebesar 1285,03 MPa dan pada lama penahanan suhu 30

menit diperoleh kekuatan tarik 1324,9 MPa dan mencapai maksimum pada lama

penahanan suhu 40 menit yaitu 1354,7 MPa. Kemudian pada lama penahanan suhu 50

menit nilai kekuatan tarik baja mengalami penurunan yaitu sebesar 884,8 MPa.

Data di atas menunjukkan bahwa kekuatan tarik baja karbon NS-1045

mengalami kenaikan setelah dilakukan proses perlakuan panas dengan lama

penahanan suhu. Di mana kenaikan kekuatan tarik baja tersebut mencapai maksimum

pada waktu penahanan suhu 40 menit dan mengalami penurunan kekuatan tarik pada

waktu penahanan suhu 50 menit.

Kenaikan kekuatan tarik baja tersebut disebabkan oleh waktu penahanan suhu

yang akan memberikan kesempatan kepada atom-atom untuk berdifusi

menghomogenkan austeit yang baru terbentuk. Tetapi apabila waktu penahanan suhu

yang diberikan terlalu lama, maka terjadi pertumbuhan butiran-butiran. Butiran inilah

yang menyebabkan turunnya kekuatan tarik baja. Ini sesuai dengan teori bahwa tidak

mungkin semakin lama waktu penahanan suhu kekersan dan kekuatan tarik akan naik

(52)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari data dan hasil-hasil pengujian kuat tarik dan kekerasan baja karbon menengah

NS 1045 yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

a. Proses waktu penahanan suhu berpengaruh terhadap kekerasan dan kekuatan tarik

baja karbon NS 1045.

b. Kekerasan maksimum pada baja karbon menengah NS-1045 dicapai pada waktu

penahanan suhu 20 menit yaitu 60,7 HRc.

c. Kekuatan tarik maksimum baja karbon menengah NS-1045 dicapai pada waktu

penahanan suhu 40 menit yaitu 1354,7 MPa.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian dan setelah melihat data dan pembahasan maka

disarankan :

a. Perlu kiranya dilakukan penelitian selanjutnya dengan skala waktu penahanan

suhu diperkecil (kelipatan 5) agar dapat diketahui pada waktu penahanan suhu

berapa nilai kekerasan dan kekuatan tarik maksimum.

b. Untuk memperbaiki hasil kekuatan tarik baja karbon NS-1045 (lebih ulet dan

kekuatan tarik lebih baik) sebaiknya dilakukan pemanasan kedua (tempering)

antara suhu 200ºC sampai 300 ºC, karena pada suhu tersebut difusi lambat dan

hanya sebagian karbon yang dilepaskan.

(53)

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, W.O., Davies, Heslop, S., (1991), Dasar Metaluargi untuk

Rekayasawan,terjemahan : Dr.Ir.Sriati Djaprie, M.Met, Penerbit PT. Gramedia

Pustaka Utama, Jakarta.

Amanto, H., dan Daryanto, (1999), Ilmu Bahan, penerbit Bumi Aksara, Jakarta

Amstead, B, H., Philip, F.O., dan Myron, L.,B, (1999), Teknologi Melanik, Edisi

Ketujuh, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dalil, M., Prayitno,A., Innou,I., (1999), Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Suhu

Stabil (Holding Time) Terhadap Kekerasan Logam, Jurnal nature Indonesia II,

UNRI.

Dewi Sativa, (2007), Pengaruh Konsntrasi NaCl Terhadap Sifat Mekanik Baja

Karbon Sedang, Skripsi, FMIPA, Universitas Negeri Medan, Medan.

Jalaluddin, (2005) Pengaruh Hardness Pada Baja yang Terendam dalam Air Laut

yang Mengandung Bakteri Pereduksi Sulfat (SRB), Jurnal Keilmuan dan

Penggunaan terhadap Sistem Teknik Industri, Volume 6, Teknik Industri

Universitas Sumatera Utara.

Japanese Standard Association, (1987), JIS Hand Book Ferrous Material and

Metalurgi, JSA, Japan.

Kertiasa, N., (1994), Fisika I, Penerbit Balai Pustaka, Jakarta

Love,G., (1982), Teori dan Praktek Kerja Logam, edisi ketiga, terjemahan Harun A.R,

(54)

Smallman, R.E., (1991), Metalurgi Fisik Modern, Edisi ke empat, Penerbit Gramedia,

Jakarta.

Suharno., Ilman M. Noer., Jamasri (2005), Struktur Mikro Las Baja C-Mn Pada

Penegelasan Busur Terendam Dengan Variasi Masukan Panas, Jurnal

Teknosains, Jilid 18, Nomor 1, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada,

Yokyakarta.

Suharto, (1991), Dinamika dan Mekanika untuk Perguruan Tinggi, Penerbit PT

Rineka Cipta, Jakarta.

Sumanto, (1996), Pengetahuan Bahan, Penerbit Andi Offset, Yokyakarta.

Surdia Tata, (1995), Bahan Teknik Pengetahuan, Penerbit Pradya Paramita, Jakarta.

Tim FisikaDasar., (2002), FisikaDasar I, FmipaUniversitasNegeri Medan

Van Vlack, L.H., (1991), Ilmu dan Teknologi Bahan, terjemahan : Dr.Ir.Sriati Djaprie,

(55)

Lampiran 1

Data yang diperoleh dari pengujian kekuatan tarik dapat dillihat pada tabel yang

tertera di bawah ini :

Tabel Pengujian Kekuatan Tarik dan Kekerasan Baja Karbon NS 1045

(56)

1. Perhitungan untuk sampel Original

- Kekuatan tarik

a. Untuk kode sampel B1

σ = =

, = 739,6 Mpa

b. Untuk kode sampel B2

σ = =

, = 715,7 Mpa

c. Untuk kode sampel B3

σ = =

, = 675,94 Mpa

- Regangan

ɛ = = , = 0,16

ɛ = =

,

= 0,16

2. Penghitungan untuk sampel pada lama penahanan suhu 10 menit.

- Kekuatan tarik

σ = =

, ² = 1245,2 Mpa

σ = =

, ² = 986,8 Mpa

σ = =

, ² = 1230,2 Mpa

- Regangan

ɛ = =

,

(57)

ɛ = =

,

= 0,03

ɛ = =

,

= 0,03

3. Perhitungan untuk sampel pada lama penahanan suhu 20 menit.

- Kekuatan tarik

σ = =

, ² = 1046,9 Mpa

σ = =

, ² = 1391,6 Mpa

σ = =

, ² = 1416,6 Mpa

- Regangan

ɛ= =

,

= 0,13

ɛ = =

,

= 0,10

ɛ= =

,

= 0,06

- Kekuatan tarik

σ = =

, ² = 1371,7 Mpa

σ = =

(58)

σ = =

, ² = 1094,2 Mpa

- Regangan

ɛ = =

,

= 0,10

ɛ = =

,

= 0,03

ɛ = =

,

= 0,13

- Kekuatan tarik

σ = =

, ² = 1132,4 Mpa

σ = =

, ² = 1491,3 Mpa

σ = =

, ² = 1440,5 Mpa

- Regangan

ɛ = =

,

= 0,13

ɛ = =

,

= 0,06

ɛ = =

,

(59)

- Kekuatan tarik

σ = =

, ² = 947,6 Mpa

σ = =

, ² = 835,4 Mpa

σ = =

, ² = 871,6 Mpa

- Regangan

ɛ = =

,

= 0,03

ɛ= =

,

= 0,13

(60)

Lampiran 2

Gambar 1. Sampel Uji

(61)

Gambar 3. Peneliti sedang melakukan uji Kekuatan Tarik