L/O/G/O OLEH : DIDA MAULIDA DOSEN PEMBIMBING : BUDI AGUNG K, ST, M.Sc Ir. WAHID SUHERMAN.

(1)

L/O/G/O

www.themegallery.com

PRESENTASI SIDANG TUGAS AKHIR

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN DAN

MEDIA PENDINGIN TERHADAP STRUKTURMIKRO DAN

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH A 36

OLEH :

DIDA MAULIDA 2706 100 009

DOSEN PEMBIMBING : BUDI AGUNG K, ST, M.Sc Ir. WAHID SUHERMAN

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

(2)

ABSTRAK

Pengerasan pada baja karbon rendah memang jarang dilakukan. Biasanya

dilakukan untuk tujuan penormalan atau sedikit menambah kekerasan agar mudah di machining

Salah satu peningkatan sifat mekanis baja karbon rendah dapat dilakukan dengan cara memanaskan baja hingga temperature austenisasi diikuti pendinginan cepat, hot work dan continous annealing yang diikuti quenching dan tempering. Dengan

memvariasikan temperature pemanasan pada daerah dua fasa A₁ – A₃ dan pada

temperature austenisasi maka didapatkan kekerasan dan kekuatan yang beragam. Dalam penelitian ini akan digunakan baja karbon rendah dengan kandungan

0,17%C yang akan di panaskan pada temperature 730,860 dan 960˚C diikuti dengan

pendinginan dalam 3 media berbeda yakni air,oli dan udara. Kemudian akan dianalisa pengaruh variasi temperature pemanasan terhadap pembentukan strukturmikronya, kekerasan serta sifat mekanik baja karbon rendah setelah diberi perlakuan panas

dengan melihat hasil pengujian tariknya. Hasil yang didapatkan bahwa pemanasan pada temperature 860˚C dengan pendinginan air menghasilkan peningkatan paling optimal baik kuat tarik dan kekerasannya sebesar 616,3 MPa dan 159 HVN.

(3)

PENDAHULUAN

Topik yang melatarbelakangi dilakukannya penelitian ini : LATAR BELAKANG SIFAT BAJA KARBON RENDAH YANG ULET & TANGGUH, NAMUN SUSAH DIMACHINING KEBUTUHAN BAJA KARBON RENDAH DALAM INDUSTRI OTOMOTIF DENGAN MODIFIKASI PERLAKUAN PANAS DASAR PERLAKUAN UNTUK MENDAPATKAN STRUKTUR DUAL PHASE FERRITE-MARTENSIT

(4)

ACUAN PENELITIAN

Wear Structure Tensile & Work Hardening Tensile & Microstructure Effect of water quenching process on microstructure and tensile properties of low alloy cold rolled

dual-phase steel

Qingge Meng , Jun Li , Jian Wangc,Zuogui Zhang , Lixiang

Zhang (China,2008)

The Effect Of Variation Heating Temperatures And Quenching Media

On Microstructure, Hardness and Mechanical Properties

Of Low Carbon Steel A36

An evaluation of the wear behaviour of a dual-phase low-carbon

steel

M. Aksoy , M.B. Karamq, E. Evin (Turki,1995)

Influence carbon and/or iron carbide

on the structure and

properties of dual-phase steels

I.A. Sesy ,Z.M. El-Baradie (Cairo,2002)

The effect of intercritical heat treatment temperature on the tensile properties and work hardening behavior of ferrite–

martensite dual phase steel sheets

P. Movaheda, S. Kolahgara, S.P.H. Marashia, M. Pouranvari , N. Parvina (Iran,2009)

Tensile & Hardness

(5)

Bagaimana kadar karbon dapat mempengaruhi pembentukan strukturmikro baja karbon rendah

setelah pemanasan dan pendinginan cepat?

Bagaimana pengaruh variasi temperatur pemanasan dan pendinginan terhadap strukturmikro daerah dua fasa baja karbon

rendah?

Bagaimana pengaruh perbedaan perlakuan panas dan pendinginan yang dilakukan terhadap sifat

(6)

1. Material uji yang digunakan

mempunyai komposisi kimia yang

dianggap homogen

2. Pengaruh variasi tebal specimen dan

atmosfer saat pemanasan diabaikan.

BATASAN

MASALAH

(7)

TUJUAN

menganalisa pengaruh variasi

temperatur pemanasan dan

media pendingin pada daerah

dua fasa terhadap sifat

mekanis, struktur mikro dan

kekerasan baja karbon rendah.

(8)

TINJAUAN PUSTAKA

(9)

DIAGRAM TRANSFORMASI ISOTHERMAL

• Seiring dengan meningkatnya kadar karbon dalam paduan besi, kurva akan semakin bergeser ke kanan. Saat kurva semakin ke kanan, pendinginan akan cenderung melambat meski masih ada struktur martensit yang terbentuk.

(10)

CCT DIAGRAM

diagram ini akan menunjukkan secara grafis transformasi fasa pada saat pendinginan lanjut (continous cooling) dan temperatur

berlangsungnya transformasi tersebut. Seiring dengan meningkatnya kadar karbon dalam paduan besi, kurva akan

semakin bergeser ke kanan. Saat kurva semakin ke kanan, pendinginan akan cenderung melambat meski masih ada struktur

martensit yang terbentuk .

TIME TO_C CCR CRW A3 A1 MF MS γ γ+ α PEARLITE

CCT untuk Low Carbon

TIME TO_C CCR CRW A3 A1 MF MS γ γ+α PEARLITE

(11)

Pengaruh Perlakuan Panas

• Normalizing

• Annealing

– Diffusion Annealing

– Softening

– Phase-recrystallisation Annealing atau full

annealing

– Stress Relief Annealing

(12)

• Normalizing

Normalising dapat diartikan sebagai pemanasan pada temperatur

austenisasi yang diikuti dengan pendingan sangat lambat dalam

media udara baik udara diam maupun udara bergerak. Umumnya

pemanasan sekitar

55˚C diatas

upper critical line

pada diagram fasa

besi karbon.

• Annealing

baja dipanaskan pada temperatur tinggi mencapai temperatur

austenitenya kemudian didinginkan lambat hingga temperatur sedikt

di bawah titik kesetimbangannya

(13)

Critical Temperature (Temperatur Kritis):

temperatur mulai dan selesainya transformasi austenite selama

pemanasan berlangsung, yang ditunjukkan oleh garis AC

₁

dan AC

₃

pada baja hypoeutectoid atau garis AC

₁

dan A

_cm

pada baja

hypereutectoid.

• Temperatur kritis dapat dihitung menggunakan komposisi kimia

actual dari suatu baja. untuk baja hypoeutectoid menggunakan

persamaan seperti dibawah ini (ASM vol

4: “Heat Treating”)

• AC1(°C) = 723 - 20.7(% Mn) - 16.9(%Ni) + 29.1(%Si) - 16.9(%Cr).

Standard deviation = ± 11.5 °C.

• AC3(°C) = 910 - 203 %

C

- 15.2(% Ni) + 44.7(% Si) + 104 (% V) +

31.5(% Mo). Standard deviation = ± 16.7 °C.

(14)

• Diffusion Annealing

untuk mengurangi ketidakhomogenan yang disebabkan oleh komposisi kimia, atau bahkan ketidakhomogenan likuisasi yang terjadi selama

kristalisasi paduan. Proses ini dilakukan pada temperatur 1100-1300˚C saat berbentuk larutan padat γ. Struktur ditunjukkan dengan adanya goresan-goresan (smearing) dendrite yang diakibatkan peningkatan temperatur dan waktu pemanasan.

• Softening

dilakukan untuk mendapatkan struktur pearlite yang lebih merata. Metode sederhana pada proses ini adalah dengan memanaskan baja pada

temperatur sedikit di atas A₁ dan menahannya selama beberapa jam

(15)

• Phase-recrystallisation Annealing atau full annealing

Pemanasan baja yang semakin mendekati temperatur A₃ dengan laju pendinginan yang lebih singkat, struktur yang terbentuk akan semakin halus. Untuk perlakuan jenis ini, pendinginan dilakukan dalam media udara.

• Stress Relief Annealing

Pada proses ini, temperatur pemanasan tidak mencapai A₁. Untuk baja karbon biasanya tidak lebih dari 550-650˚C. Stress-relief annealing

dimaksudkan untuk menghilangkan tegangan dalam yang timbul sebagai akibat dari proses pengerjaan dingin atau machining yang dialami

sebelumnya.

(16)

• Intercritical Anneal

Bila temperatur austenisasi dekat dengan A

₁

atau waktu

austenisasinya pendek, karbida yang belum sepenuhnya terlarut

akan masih tersisa sehingga menyebabkan austenite tidak

homogen. . Kehomogenan struktur austenite mempengaruhi

terbentuknya lamellar carbide saat pendinginan.

(17)

PENDINGINAN

QUENCHING

• Quenching diartikan sebagai pendinginan cepat atau sangat cepat suatu baja dari temperatur austenisasinya yakni sekitar 815 - 870˚C. Proses quenching bertujuan untuk memperbaiki penyebaran ferrite pada

kebanyakan baja karbon, baja paduan, dan baja perkakas. Selain itu quench juga berguna untuk mengontrol jumlah martensite dalam

mikrostrukturnya.

• Proses quench dapat dilakukan pada media cair maupun gas. Media pendingin (quenchant) cair yang umum dipakai antara lain Oli dengan

berbagai kekentalan, air, Larutan polimer encer, larutan garam atau larutan soda abu. Sedangkan media pendingin gas yang biasa dipakai yakni gas mulia seperti helium, argon dan nitrogen. Media gas ini terkadang

(18)

DUAL PHASE

STEEL

baja yang memiliki perpaduan dua fasa yakni

ferrite dan martensit. Strukturmikronya berupa

sekelompok martensit yang tersebar dalam ferrite. Struktur dua fasa

tersebut didapatkan dengan austenisasi pada temperatur sedikit di atas

A₃ kemudian didinginkan hingga daerah dua fasa

(two phase region) selanjutnya pendinginan cepat sampai temperatur

kamar. • Good Formability • Low Yield Strength • High Strain Hardening

(19)

LOW CARBON 0,1-0,2% C

1. Interkritikal austenisasi (Intercritical

austenization)  rapid cooling

2. Hot-rolling dengan kandungan penghambat transformasi seperti Cr,

Mn dan Mo.

3. Continous annealing  quenching&tempering.

(20)

METODOLOGI

MULAI PERSIAPAN SPESIMEN PEMOTONGAN SPESIMEN ANNEAL PADA 730°C , T=30 MENIT (Water Quench,Oil Quench, Air Cooling) AC-1,OQ-1,WQ-1

ANNEAL PADA 860°C, T=30 MENIT

(Water Quench,Oil Quench, Air Cooling)

AC-2,OQ-2,WQ-2

ANNEAL PADA 960°C, T=30 MENIT (Water Quench,Oil Quench, Air Cooling) AC-3,OQ-3,WQ-3 ANALISA STUKTURMIKRO PENGUJIAN KEKERASAN PENGUMPULAN DATA

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN SELESAI PEMOTONGAN SPESIMEN PENGUJIAN TARIK MATERIAL TANPA PERLAKUAN KESIMPULAN

(21)

METODE PENELITIAN

• Dalam penelitian ini digunakan metode pengujian strukturmikro

(ASTM E 3), pengujian kekerasan (ASTM E 18), dan pengujian tarik

(JIS 2201/5).

• BAHAN : 3 set material (ukuran 300mm x 50mmx8mm).Spesimen

yang akan digunakan pada percobaan ini yaitu baja A 36 dengan

tebal 5-8 mm.

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Ni (%) Cr (%) Cu (%) 0,17 0,15 0,85 0,028 0,20 0,036 0,10 0,34

(22)

PROSEDUR PELAKSANAAN

PROSEDUR PERLAKUAN PANAS

Masing-masing specimen yang telah dipotong akan diberi perlakuan

yang beda. Penentuan temperatur pemanasan untuk baja

hypoeutectoid berdasarkan ASM volume 4 yaitu :

• AC

₁

(˚C)= 723 - 20.7(% Mn) - 16.9(%Ni) + 29.1(%Si) - 16.9(%Cr).

Standar deviasi = +

11.5 ˚C

• AC

₃

(˚C) = 910 - 203 %

C

- 15.2(% Ni) + 44.7(% Si) + 104(% V) +

31.5(% Mo). Standar Deviasi = +

16.7˚C

Sehingga didapatkan batas temperatur AC

₁

= 710,85 ≈ 711˚C dan

AC

₃

= 883˚C

(23)

nama Perlakuan 2 Holding Time Pendinginan AC-1 Anneal 730˚C 30 menit Udara OQ-1 Anneal 730˚C 30 menit Oli WQ-1 Anneal 730˚C 30 menit Air AC-2 Anneal 860˚C 30 menit Udara OQ-2 Anneal 860˚C 30 menit Oli WQ-2 Anneal 860˚C 30 menit Air AC-3 Anneal 960˚C 30 menit Udara OQ-3 Anneal 960˚C 30 menit Oli WQ-3 Anneal 960˚C 30 menit Air

(24)

PENGUJIAN

• Pengujian Metalografi mikrostruktur dan makrostuktur

Dilakukan dengan sesuai standar ASTM E 3. Proses

meliputi:

• Pemotongan spesimen

• Mounting spesimen (bila diperlukan)

• Grinding dan polishing

• Pemolesan dari grade 100-2000

• Etsa

• Pengetsaan dilakukan menggunakan larutan nital

• (5%HNO

₃

,95%Alkohol) selama 3 – 4 detik

.

(25)

• Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian dan pengukuran material ini dilakukan sesuai standar

ASTM E18. Indentor dalam pengujian kekerasan menggunakan

metode Rockwell A adalah indentor intan berbentuk kerucut.

• Spesifikasi pengujian hardness :

• Bentuk Indentor

: kerucut

• Material indentor

: intan

• Sudut Puncak Indentor

: 120

• Beban

: 588 N

• Temperatur Pengujian

: 25 ºC

PENGUJIAN

1 2 3 4 5

(26)

• Pengujian Tarik

Untuk pengujian tarik ini digunakan standar pengujian JIS 2201 / 5

untuk baja karbon rendah berbentuk plat Informasi yang dapat

diambil dari grafik ini meliputi besarnya beban tarik, terjadinya yield,

besarnya tegangan dan regangan.

• Panjang keseluruhan (L) : 320 mm • Gage length (G) : 50 + 0,25 mm • Lebar (w) : 25 + 3 ( -6 ) mm • Tebal (t) : 8 mm • Jari-jari ( r ) : 13 mm • B : 10 mm • C : 50 mm

PENGUJIAN

t G L A B W r C

(27)

Spesimen Uji Tarik

Mesin Uji Tarik Proses Uji Tarik

(28)

(29)

Angka Kekerasan (dalam HRA) Titik Uji Spesim en Awal

Air Cooling Water Quench Oil Quench

1*) ₂**) ₃***) ₁ ₂ ₃ ₁ ₂ ₃ 1 40 39.5 41 42 49 54 54 41 44 46 2 43 43 41 42 41 53 53 45 44 47 3 37 35 42 43 41 50 50 41 46 46 4 39 31 42 41 46 49 49 44 43 47 5 39 37 43 41 46 50 50 43.5 47 46 Rata-rata 39.6 37.1 41.8 41.8 44.6 51.2 51.2 42.9 44.8 46.4

DATA UJI KEKERASAN

Note : *) _{: dipanasakan pada} T=730˚C **)_{: dipanaskan pada} T=860˚C ***)_{: dipanaskan pada} T=960˚C

(30)

(31)

(32)

No Code Material Spesification Sample W₁ (mm) Th₁ (mm) L₁ (mm) A₁ (mm2 ) ΔL (mm) F. Yield (kN) F. Ultimat e (kN) Width (mm) Thick (mm) Lo (mm) Ao (mm2₎ 1. SA 24.22 7.79 50 188.6 17.37 3.57 66.83 62.01 16,83 63 86 2. WQ-1 24.23 7.75 50 187.8 18.64 3.85 60.41 71.76 10.41 77 114 3. WQ-2 25.14 7.68 50 193.1 18.86 3.85 60.81 72.61 10.81 73 119 4. WQ-3 25.27 7.68 50 194.1 18.10 3.52 64.13 63.71 14.13 76 104.5 5. OQ-1 23.96 7.74 50 185.4 17.19 3.86 68.24 66.35 18.24 71 90.5 6. OQ-2 24.34 7.65 50 186.2 16.53 3.20 66.44 52.89 16.44 72 90 7. OQ-3 24.65 7.65 50 188.6 17.80 3.70 65.14 65.86 15.14 75 92.5 8. AC-1 24.94 7.71 50 192.3 17.62 3.49 68.07 61.49 18.07 68 84.5 9. AC-2 24.94 7.81 50 194.8 17.49 3.71 66.39 64.88 16.39 59 81.5 10 AC-3 25.19 7.63 50 192.2 18.06 3.63 65.06 65.55 15.06 54 80.5

DATA UJI TARIK

(33)

No Code Material F. Yield (kN) F. Ultimate (kN) Yield Stress (103_{. MPa)} Ultimate Stress (103_{. MPa)} Strain (mm) Reduct. Of Area (%) Elongation (%) 1. SA 63 86 0.3339 0.4558 0.3366 67.13 33.66 2. WQ-1 77 114 0.4104 0.6070 0.2082 61.78 20.82 3. WQ-2 73 119 0.3780 0.6163 0.2162 62.39 21.62 4. WQ-3 76 104.5 0.3916 0.5384 0.2826 67.17 28.26 5. OQ-1 71 90.5 0.3828 0.4880 0.3648 64.22 36.48 6. OQ-2 72 90 0.3866 0.4833 0.3288 71.59 32.88 7. OQ-3 75 92.5 0.3977 0.4905 0.3028 65.07 30.28 8. AC-1 68 84.5 0.3536 0.4394 0.3614 68.01 36.14 9. AC-2 59 81.5 0.3029 0.4184 0.3278 66.68 32.78 10 AC-3 54 80.5 0.2809 0.4188 0.3012 65.89 30.12

DATA UJI TARIK

(34)

(35)

(36)

PENGUJIAN METALOGRAFI

Pearlite Ferrite Pearlite Ferrite SPESIMEN AWAL

SPESIMEN PENDINGINAN UDARA (AIR COOLING / AC)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C Perbesaran 500x Perbesaran 1000x Ferrite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite

(37)

PENGUJIAN METALOGRAFI

SPESIMEN PENDINGINAN AIR (WATER QUENCHING/WQ)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C Perbesaran 500x Perbesaran 1000x Widmanstätten Ferrite Widmanstätten Ferrite Ferrite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite

(38)

PENGUJIAN METALOGRAFI

SPESIMEN PENDINGINAN OLI (OIL QUENCHING/OQ)

T = 730 C T = 860 C T = 960 C Perbesaran 500x Perbesaran 1000x Ferrite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite _{Widmanstätten} Ferrite Widmanstätten Ferrite

(39)

DATA PENUNJANG

• MICROHARDNESS VICKERS (P=0,2 N)

Indentasi pada daerah terang (ferrite)

Indentasi pada daerah gelap (pearlite)

Nama Spesimen

Kekerasan pada titik ke- (VHN)*

1 2 3 4 5 WQ-1 189.5 189.4 189.4 189.3 189.3 WQ-2 200.6 208.3 190.2 201.9 220.7 WQ-3 239.8 260.8 255.8 250.4 240.2 OQ-2 210.7 195.4 180.9 209.8 211.8 AC-2 178.9 179.2 153.3 157 146

(40)

KESIMPULAN

• Semakin tinggi temperatur pemanasan dengan pendinginan lambat menyebabkan terjadinya penurunan kekerasan dan kuat tarik baja. Pemanasan pada daerah dua fasa dengan pendinginan cepat menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik dengan kenaikan angka kekerasan dan kuat tarik yang lebih tinggi.

• Kekerasan paling tinggi : specimen WQ-2 angka kekerasan rata-rata 51.2 HRA dan kekerasan paling rendah: specimen AC-1 dengan kekerasan rata-rata 37.1 HRA. • Kuat tarik paling tinggi : specimen WQ-2 sebesar 616,3 MPa.

Kuat tarik terendah : specimen AC-2 sebesar 418,4 MPa.

• Kekerasan yang dialami oleh specimen yang didinginkan dalam media oli dan udara memiliki angka kekerasan dan kuat tarik yang tidak terlalu signifikan perbedaannya. • Semakin tinggi temperatur pemanasan dengan pendinginan lambat, makin banyak

karbon terlarut dalam austenitenya.

• Semakin tingginya temperatur pemanasan pada temperatur austenisasi dengan pendinginnan lambat menyebabkan semakin banyak ferrite yang tumbuh. Struktur pearlite yang terjadi terlihat lebih kecil-kecil. Sedangkan temperatur pemanasan semakin mendekati daerah dua fasa austenite-ferrite dengan pendinginan yang

cenderung cepat, menghasilkan bentuk ferrite yang tidak beraturan dan berbeda satu sama lain. Ferrite ini disebut Widmanstätten Ferrite. Struktur yang lain berupa

(41)

L/O/G/O

www.themegallery.com