Laporan Praktikum Metalografi

LAPORAN PRAKTIKUM

TKI 238 - Praktikum Pengetahuan Material

Nama

: Regina Andriani

NIM

: 2013-043-087

Kelompok

: A

Tanggal Praktikum

: 3 Maret 2015

Asisten

: Wira

LABORATORIUM KARAKTERISASI & REKAYASA MATERIAL

PRODI TEKNIK MESIN - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KATOLIK INDONESIA ATMA JAYA

JAKARTA

I.

TUJUAN

1. Mengubah sifat mekanik baja melalui transformasi fasa; dan

2. Mengamati struktur mikro baja hasil proses transformasi fasa serta hubungannya dengan sifat mekanik baja tersebut.

II.

TEORI DASAR

Proses perlakuan panas merupakan kombinasi dari proses pemanasan dan pendinginan dari suatu logam untuk memperoleh sifat mekanik yang diinginkan. Secara sederhana terdapat tiga tahapan dalam perlakuan panas yang harus dilalui yaitu pemanasan (heating), penahanan pada temperatur pemanasan (holding) dan selanjutnya dilakukan pendinginan (cooling rate). Laju pendinginan sangat berperan dalam menentukan fasa yang terbentuk sebagai hasil dari transformasi fasa, yang akan menentukan sifat mekanik dari baja. Secara umum ada tiga alasan mengapa proses perlakuan panas dilakukan, yaitu melunakkan baja sebelum dilakukan pembentukan, menghilangkan energi yang tersimpan di dalam baja akibat strain hardening, mendapatkan kekuatan dan keuletan tertentu dari baja sesuai dengan perancangan.

Pemanasan pada proses perlakuan panas dilakukan sampai temperatur austenit, tinggi rendahnya pemanasan sangat bergantung pada kadar karbon di dalam baja, yang dapat diperkirakan melalui diagram fasa Fe-C, Gambar 1. Penahanan pada temperatur austenit dimaksudkan sebagai proses homogenisasi. Ditinjau dari laju pendinginannya, proses perlakuan panas dikelompokkan atas laju pendinginan cepat (Quenching) dan laju pendinginan lambat yang dibedakan atas Normalizing (laju pendinginan lambat) dan laju

Annealing (laju pendinginan sangat lambat), seperti yang tertera pada Gambar 2. Proses

quenching dapat dilakukan dengan cara mencelupkan spesimen dalam medium pendingin (air, air garam, dan oli). Kemampuan suatu medium untuk mendinginkan suatu media berbeda-beda, bergantung dari temperatur, kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pendingin. Adapun normalizing dilakukan dengan cara pendinginan di udara, sedangkan annealing dilakukan dengan pendinginan di dalam tungku itu sendiri. Perbedaan laju pendinginan akan menghasilkan transformasi fasa yang berbeda , artinya akan memberikan struktur mikro yang berbeda pula, demikian halnya dengan sifat mekaniknya.

Gambar 1. Diagram Fasa Fe-C [2]

Gambar 2. Skema Proses Perlakuan Panas Pada Laju Pendinginan Berbeda

Transformasi fasa hasil pendinginan cepat lebih dikenal sebagai Transformasi Martensit (Mastensitic Transformation), yang bertujuan untuk peningkatan kekuatan baja. Adapun transformasi fasa pada pendinginan lambat dikenal sebagai pembentukan perlit (Pearlite Formation), yang bertujuan untuk pelunakan baja. Dari skema proses

perlakuan panas pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa makin lambat laju pendinginan maka akan dihasilkan baja dengan kekuatan yang makin rendah. Pembentukan fasa hasil proses perlakuan panas dapat diamati dengan metalografi.

Banyak buku referensi menyatakan bahwa metalografi merupakan panduan antara seni dan ilmu (art and science). Selanjutnya metalografi didefinisikan sebagai sutau kajian tentang struktur mikro logam dan panduannya dengan bantuan mikroskop, untuk dapat memperkirakan atau menjelaskan mengenai sifat mekaniknya. Melalui pengamatan metalografi daoat diperoleh informasi mengenai bentuk dan ukuran butir, distribusi fasa, ada/tidaknya cacat mikro seperti: segregasi, retakan mikro, inklusi non logam.

Dalam pengamatan metalografi diperlukan serangkaian persiapan spesimen agar struktur mikro dapat teramati dengan seksama. Untuk itu diperlukan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Sectioning (pemotongan)

Penentuan/pemilihan bagian yang dapat mewakili logam/paduan yang akan diamati dan selanjutnya dilakukan pemotongan.

2. Mounting (pembingkaian)

Spesimen yang telah dipotong dibingkai dengan polimer menggunakan cetakan. 3. Grinding (pengampelasan)

Permukaan spesimen harus bebas dari goresan, karat maupun cacat lain yang cenderung akan merusak permukaan spesimen, dengan cara pengampelasan permukaan spesimen menggunakan kertas abrasif dari ukuran rendah berturut-turut sampai ukuran tinggi.

4. Polishing (pemolesan)

Tahap akhir dari perataan spesimen dilakukan dengan media yang lebih halus dari kertas abrasif, dengan tingkat kehalusan berkuruan mikron, tahop ini disebut sebagai pemolesan. Media poles yang umum digunakan adalah serbuk alumina, untuk kebutuhan khusus dapat digunakan pasta intan.

5. Etching (pengetsaan)

Tahap akhir dalam persiapan spesimen yaitu memunculkan struktur mikro dengan cara mereaksikan permukaan spesimen dengan larutan kimia tertentu, disebut sebagai larutan etsa, tahap ini disebut sebagai pengetsaan. Selanjutnya spesimen siap diamati dengan mikroskop.

III.

ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Mikroskop optik model Olympus B061, Gambar 5.

2. Spesimen dapat terdiri dari: baja karbon, baja paduan, atau besi cor kelabu (ditentukan oleh asisten).

3. Tungku dan medium pendingin.

4. Ampelas dengan tingkat kekasaran berturut-turut 180, 220, 320, 400, 600, 800, 1000, dan 1500 mesh.

5. Mesin ampelas dan poles. 6. Larutan etsa.

7. Cold mounting Buehler Cast N’Vac 1000.

IV.

PROSEDUR PENGUJIAN

1. Panaskan spesimen sampai temperatur austenit, tahan spesimen pada temperatur austenit.

2. Dinginkan spesimen dengan laju oendinginan tertentu, sesuai dengan petunjuk asisten: quenching, normalizing, intercritical annealing.

3. Spesimen kemudian dibigkai (mounting) dengan menggunakan alat cold mounting Buehler Cast N’ Vac 1000.

a. Campurkan resin dan katalis dengan perbandingan sesuai petunjuk asisten. b. Masukan spesimen ke dalam cetakan, usahakan spesimen terletak pada

tengah-tengah cetakan.

c. Atur posisi cetakan pada alat cold mounting agar posisinya tepat saat resin dituangkan.

d. Pasang pressure gauge dan pastikan tidak terjaid kebocoran.

e. Tekan tombol pompa pada posisi ON, biarkan tekanan naik sampai -25 inc.Hg. Setelah tekanan tercapai diamkan selama 2 menit. Alat cold mounting siap digunakan.

f. Tuangkan resin ke dalam cetakan secara perlahan. g. Tekan tombol pompa pada posisi OFF.

h. Kendurkan pressure gauge dengan cara memutar berlawanan arah dengan arah jarum jam, dan biarkan teknana turun secara perlahan.

a. Ratakan permukaan spesimen menggunakan kertas abrasif (ampelas) berturut-turut dari kekasaran 180, 220, 320, 400, 600, 800, 1000 hingga 1500 mesh, menggunakan grinding machine, mengikuti arah sebagai berikut:

Gambar 3. Skema Arah Pengampelasan Spesimen Metalografi

Pengampelasan dimulai dari ampelas yang terkasar, 180 mesh, dilakukan dalam satu arah, sampai goresan yang terjadi searah. Bila goresan telah searah, lanjutkan dengan ampelas dengan kekasaran satu tingkat lebih halus, 220 mesh, dengan arah pengampelasan tegak lurus arah goresan semula, seperti skema pada Gambar 3. Langkah tersebut dilakukan berturut-turut hingga ampelas yang terhalus, 1500 mesh. Pada proses pengampelasan agar diperhatikan agar tidak terjadi panas pada saat gesekan antara spesimen dengan abrasif, air pendingin harus mengalir dengan baik, Gambar 4.

Gambar 4. Mesin Poles

b. Tahap selanjutnya, permukaan spesimen dipoles dengan media abrasif yang sangat halus menggunakan mesin pemoles, hingga permukaan benar-benar rata, bebas dari gangguan.

c. Proses pengetsaan dilakukan segera setelah permukaan spesimen selesai dipoles. Gunakan larutan etsa sesuai dengan logam dan struktur mikro yang akan dimunculkan. Ikuti petunjuk asisten dalam melakukan proses pengetsaan.

d. Segera lakukan pengamatan permukaan spesimen yang telah dietsa menggunakan mikroskop optik, Gambar 5. Apabila pengamatan dilakukan hari yang berbeda maka sebaiknya spesimen dipoles dan dietsa kembali. Atur pembesaran mikroskop agar struktur mikro dapat teramati dengan jelas dan lakukan analisis.

Gambar 5. Mikroskop Optik Model BHM

V.

TUGAS DAN PERTANYAAN

1. Dari data yang diperoleh berikan analisis struktur mikro yang teramati serta kaitan dengan sifat mekanik logamnya!

Dari permukaan spesimen yang telah dietsa menggunakan mikroskop optik oleh praktikan, terdapat lebih banyak daerah gelap daripada daerah terang pada spesimen tersebut. Dalam hal ini, daerah gelap menunjukkan fasa perlit ( α +Fe3C) dan

daerah terang menunjukkan fasa ferrit. Fasa perlit merupakan merupakan elektroid yang terdiri dari dua fasa yaitu terit dan sementit. Kedua fasa ini tersusun dari bentuk yang halus. Perlit hanya dapat terjadi di bawah 723 C. Sifatnya kuat dan tahan terhadap korosi serta kandungan karbonnya 0,83%. Sedangkan fasa ferrit merupakan larutan padat karbon dalam besi dan kandungan karbon dalam besi maksimum 0,025% pada temperatur 723 C. Pada temperatur kamar, kandungan karbonnya 0,008%. Sifat ferit adalah lunak, ulet dan tahan korosi. Karena data menunjukkan bahwa fasa perlit dalam spesimen tersebut lebih banyak, maka spesimen tersebut sudah pasti bersifat kuat dan tahan terhadap korosi.

2. Jelaskan mengapa kajian metalografi menjadi bagian penting dari suatu analisis kegagalan komponen?

Dengan dilakukannya metalografi, fasa, butir, komposisi kimia, orientasi butir, jarak atom, dan dislokasi sebuah komponen dapat diamati dan diperbaiki dengan perlakuan-perlakuan khusus. Karena jika dilihat dari definisinya, metalografi adalah gambaran mikro pada permukaan logam yang sudah dipreparasi, atau dapat juga

dijelaskan sebagai pengujian dan pengamatan terhadap struktur butir suatu logam. Kemudian, pengamatan biasanya dilakukan di bawah lensa mikroskop optik. Dengan mikroskop optik, suatu kegagalan komponen dapat dilihat secara mikro, meskipun seharusnya kegagalan komponen ini juga sudah dapat dilihat secara langsung tanpa menggunakan mikroskop, yang akan terlihat seperti patahan. Karena itulah mengapa kajian metalografi menjadi bagian penting dari suatu analisis kegagalan komponen.

3. Jelaskan mengapa pemotongan spesimen menjadi bagian penting dalam menentukan struktur mikro?

Proses pemotongan dibutuhkan setelah menentukan atau memilih bagian yang dapat mewakili logam/paduan yang diamati. Jika proses pemotongan tersebut tidak tepat, maka struktur mikro pada spesimen tersebut akan berubah sehingga sulit untuk diamati di bawah lensa mikroskop. Diketahui bahwa kerusakan pada material dapat terjadi karena beberapa hal seperti tidak baiknya alat yang digunakan untuk memotong, atau kesalahan kecepatan pemotongan dan kecepatan makan. Namun dalam beberapa kasus, kerusakan pada spesimen tidak terlalu parah sehingga dapat diperbaiki pada saat pengampelasan dengan membuang bagian yang rusak tersebut.

4. Jelaskan ada berapa cara pembingkaian spesimen dan mengapa demikian? Serta sebutkan syarat yang harus dimiliki dari suatu bahan dasar untuk

mounting?

Mounting dilakukan untuk memudahkan penanganan terhadap spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan yang akan sulit ditangani khususnya pada saat pengamplasan dan pemolesan apabila tidak dilakukan pembingkaian, media mounting harus sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang digunakan. Ada dua jenis teknik mounting, yaitu:

a. Hot mounting, yaitu mounting yang digunakan untuk jumlah sampel yang banyak, hasil mounting akan memiliki kualitas yang baik, seragam dalam bentuk dan ukuran, serta waktu proses yang pendek.

b. Cold mounting, yaitu mounting yang digunakan untuk sampel yang ukurannya besar dan untuk sampel tunggal.

Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan mounting adalah: a. Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material dan zat etsa)

b. Sifat eksoterimis rendah c. Viskositas rendah

d. Penyusutan linier rendah e. Sifat adhesi baik

f. Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel

g. Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan yang terdapat pada sampel

h. Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus kondusif

5. Jelaskan bagaimana cara kerja mikroskop optik sehingga struktur mikro dapat teramati?

Mikroskop adalah suatu benda yang berguna untuk memberikan bayangan yang diperbesar dari benda-benda yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Mikroskop terdiri dari beberapa bagian yang memiliki fungsi tersendiri. Mikroskop pada prinsipnya terdiri dari dua lensa cembung yaitu sebagai lensa objektif (dekat dengan benda) dan lensa okuler (dekat dengan mata). Baik objektif maupun okuler dirancang untuk perbesaran yang berbeda. Lensa objektif biasanya dipasang pada roda berputar, yang disebut gagang putar. Setiap lensa objektif dapat diputar ke tempat yang sesuai dengan perbesaran yang diinginkan. Sistem lensa objektif memberikan perbesaran mula-mula dan menghasilkan bayangan nyata yang kemudian diproyeksikan ke atas lensa okuler. Bayangan nyata tadi diperbesar oleh okuler untuk menghasilkan bayangan maya yang kita lihat.

VI.

LEMBAR DATA, PERHITUNGAN DAN ANALISIS

VI.1 Lembar Data

VI.2 Analisis

Dari struktur mikro yang telah diamati menggunakan mikroskop optik, dapat diketahui bahwa spesimen baja yang diamati memiliki fasa perlit, yaitu dua fasa dalam satu butir. Dapat dilihat contoh-contoh struktur mikro yang terdapat pada lembar data, bahwa struktur mikro spesimen yang telah diamati tersebut lebih mirip dengan fasa perlit, dimana dalam struktur tersebut terdapat dua butiran, yaitu butiran yang terang dan gelap. Butiran terang menunjukkan fasa ferrit dan butiran gelap menunjukkan fasa perlit (α+Fe3C). Fasa ferrit merupakan larutan padat karbon dalam besi dan kandungan karbon dalam besi maksimum 0,025% pada temperatur 723 C. Pada temperatur kamar, kandungan karbonnya 0,008%. Sifat ferit adalah lunak, ulet dan tahan korosi. Sedangkan fasa perlit merupakan merupakan elektroid yang terdiri dari dua fasa yaitu terit dan sementit. Kedua fasa ini tersusun dari bentuk yang halus. Perlit hanya dapat terjadi di bawah 723 C. Sifatnya kuat dan tahan terhadap korosi serta kandungan karbonnya 0,83%.

Sebelum melakukan pengamatan terhadap spesimen baja tersebut, harus dilakukan tahapan-tahapan tertentu telebih dahulu seperti sectioning (pemotongan),

mounting (pembingkaian), grinding (pengampelasan), polishing (pemolesan), dan

etching (pengetsaan). Setiap tahapan perlu dilakukan dengan sangat hati-hat agar memperoleh hasil yanng maksimal. Misalnya saja pada proses pengampelasan. Posisi dan kekuatan tekanan tangan saat memegang spesimen harus sangat diperhatikan agar tidak terjadi patahan pada spesimen dan menyebabkan permukaannya menjadi tidak rata karena akan sulit diamati dengan mikroskop. Kemudian arah pengampelasan spesimen juga salah satu hal penting yang harus diperhatikan. Selain itu, benda kerja yang sudah diberi larutan etsa harus disiram terlebih dahulu dengan sabun sebelum diamati. Hal ini dikarenakan larutan etsa merupakan larutan asam kuat yang bersifat korosif sehingga dikhawatirkan dapat merusak baja, oleh sebab itu perlu dinetralkan terlebih dahulu dengan larutan basa seperti sabun.

VII.

SIMPULAN

Dari praktikum yang telah dilaksanakan, dapat disimpulkan bahwa:

 Proses perlakuan panas merupakan kombinasi dari proses pemanasan dan pendinginan dari suatu logam untuk memperoleh sifat mekanik yang diinginkan.

 Secara sederhana terdapat tiga tahapan dalam perlakuan panas yang harus dilalui yaitu pemanasan (heating), penahanan pada temperatur pemanasan (holding) dan selanjutnya dilakukan pendinginan (cooling rate).

 Sebelum melakukan pengamatan terhadap spesimen baja, harus dilakukan tahapan-tahapan tertentu telebih dahulu seperti sectioning (pemotongan), mounting

(pembingkaian), grinding (pengampelasan), polishing (pemolesan), dan etching

(pengetsaan).

 Struktur mikro spesimen yang telah diamati memiliki fasa perlit, dimana dalam struktur tersebut terdapat dua butiran, yaitu butiran yang terang (fasa ferrit) dan gelap (fasa perlit).

 Dengan dilakukannya metalografi, fasa, butir, komposisi kimia, orientasi butir, jarak atom, dan dislokasi sebuah komponen dapat diamati dan diperbaiki dengan perlakuan-perlakuan khusus.

VIII.

DAFTAR PUSTAKA

[1] ---, (2000): ASM Metals Hnadbook Volume 8: Mechanical Testing and

Evaluation, ASM International, Ohio.

[2] Caliister, W. D., (2000): Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Willey & Sons, New York.

[3] ---, (1991): Annual Book of ASTM Standards, Setion 3: Metal Test Methods

and Analytical Procedure, Philadelphia.

[4] Dieter, G. E., (1988): Mechanical Metallurgy, McGraw Hill Book Co., London. [5] Davis, H. E., et al., (1964): The Testing and Inspection of Engineering Materials,

McGraw Hill Book Co., London.

[6] Callister, William D., (2014): An Introduction, 6th _{Edition: Materials Science and}

IX.

LAMPIRAN

Gambar 6. Mikroskop Optik Model Olympus

Gambar 7. Mesin Ampelas dan Poles