PROSES PERLAKUAN PANAS dan METALOGRAFI

PROSES PERLAKUAN PANAS dan METALOGRAFI

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 (healing), penahanan pada temperature pemanasan (holding), dan selanjutkan dilakukan pendinginan (cooling rate). Laju pendinginan sangat berperan dalam menentukan sifat mekanik dari baja. Secara umum ada tiga alas an 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.

Gambar 1. Diagram Fasa Fe-C [2]

Gambar 2. Skema Proses Perlakuan Panas pada Laju Pendinginan Berbeda

baja. Adapun transformasi fasa pada pendinginan lambat dikenal sebagai pembentukan pertlit (Pearlite Formation), yang bertujuan untuk pelunakan baja. Dari skema proses perlakukan 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 paduan antara seni dan ilmu (art and science). Selanjutnya metalografi didefinisikan sebagai suatu kajian tentang struktur mikro logam dan paduannya dengan bantuan mikroskop, untuk dapat memperkirakan atau menjelaskan mengenai sifat mekaniknya. Melalui pengamatan metalografi dapat 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 (pengamplasan)

Permukaan spesimen harus bebas dari goresan, karat, maupun cacat lain yang cenderung akan merusak permukaan spesimen, dengan cara pengamplasan 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 berukuran mikron, tahap ini disebut sebagai pemolesan. Media poles yang umum digunakan adalah serbuk alumina, untuk kebutuhan khusus dapat digunakan pasta intan.

5. Etching (pengetsaan)

III. PERALATAN PERCOBAAN

1. Mikroskop optik model Olympus B061, Gambar 4

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, 5. Mesin ampelas dan poles, Gambar 3

6. Larutan etsa

7. Cold mounting Buehler Cast N’Vac 1000

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Panaskan specimen sampai temperature austenite, tahan specimen pada temperatur austenite.

2. Dinginkan specimen dengan laju pendinginan tertentu, sesuai dengan petunjuk asisten : quenching, normalizing, intercritical annealing

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

a. Campurkan resin dan katalis dengan perbandingan sesuai petunjuk asisten. b. Masukkan specimen ke dalam cetakan, usahakan specimen 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 terjadi kebocoran

e. Tekan tombol pompa pada posisi ON, biarkan tekanan naik sampai -25inc.Hg, setelah tekanan tercapai diamlan 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 tekanan turun secara perlahan.

4. Setelah dibingkai selanjutnya dilakukan tahap sebagai berikut:

Gambar 3. Skema arah pengampelasan specimen metalografi

Pengampelasan dimulai dari ampelas yang terkasar, 180 mesh, dilakukan dalam satu arah, sampai goresan yang terjadi searah. Bila goresan terlah searah, lanjutkan dengan ampelas dengan kekasara 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 specimen dengan abrasif, air pendingin harus mengalir dengan baik, Gambar 3.

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

c. Proses pengetsaan dilakukan segera setelah permukaan specimen 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 specimen yang telah dietsa menggunakan mikroskop optik, Gambar 5. Apabila pengamatan dilakukan hari yang berbeda maka sebaiknya specimen 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 kaitkan dengan sifat mekanik logamnya!

Untuk spesimen pertama struktur mikro yang teramati adalah fasa ferit yang mana memiliki sifat mekanik yang nilai kekerasannya tinggi namun keuletannya rendah, sedangkan untuk spesimen kedua karena kurangnya kadar karbon fasa martensit yang seharusnya terbentuk akibat proses pendinginan yang cepat tidak nampak ketika diamati namun memiliki sifat keuletan yang lebih tinggi daripada sifat kekerasannya.

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

mekanik komponen berdasarkan struktur mikronya sehingga dapat dipertimbangkan penggunaan suatu logam atau baja akan sesuai atau tidak sesuai dengan

peruntukannya dan diperbaiki.

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

a. Pembingkaian dengan cara panas (Hot) : Proses pembingkaian ini dilakukan dengan menggunakan biji plastik (polimer) yang dipanaskan pada suhu yang tinggi

b. Pembingkaian dengan cara dingin (cold) : Proses pembingkaian ini dilakukan dengan menggunakan biji plastik (polimer) yang dipanaskan pada suhu kamar.

Sebelum melakukan pembingkaian, pembersihan spesimen haruslah dilakukan dan dibatasi hanya dengan perlakuan yang sederhana detail yang ingin kita lihat tidak hilang. Sebuah perbedaan akan tampak antara bentuk permukaan fisik dan kimia yang bersih. Kebersihan fisik secara tidak langsung bebas dari kotoran padat, minyak pelumas dan kotoran lainnya, sedangkan kebersihan kimia bebas dari segala macam kontaminasi. Pembersihan ini bertujuan agar hasil pembingkaian tidak retak atau pecah akibat pengaruh kotoran yang ada. Bingkai haruslah memiliki kekerasan yang cukup. Material bingkai juga harus tahan terhadap distorsi fisik

4. Jelaskan apakah struktur polimer juga dapat diamati sebagaimana halnya dengan logam? Apabila ya, jelaskan bagaimana caranya dan apabila tidak jelaskan mengapa demikian?

Struktur polimer juga dapat diamati sebagaimana halnya dengan logam. Caranya dengan mengamati menggunakan mikroskop elektron karena umumnya polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarik- menarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron sehingga terbentuklah struktur dari polimer tersebut.

5. Jelaskan mengapa penggunaan larutan etsa yang mengandung HF sebaiknya tidak langsung diamati dengan mikroskop?

bagian kaca untuk melakukan pengamatan,jika terkena langsung oleh HF maka akan membuat kaca tersebut terkorosi dan rusak.

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

adanya cahaya yang berasal dari sumber cahaya (cermin atau sinar lampu)

diteruskan ke diafragma, kondensor dan kaca sediaan yang diperiksa. Cahaya dari lensa objektif diteruskan melalui tabung mikroskop ke lensa okuler dan selanjutnya diterima oleh mata sehingga objek terlihat.

7. Apakah laju pendinginan mempengaruhi kekerasan logam? Jika ya, jelaskan! (Gunakan diagram TTT)

Diagram TTT adalah sebuah gambaran dari suhu (temperatur) terhadap waktu logaritma untuk baja paduan dengan komposisi tertentu. Diagram ini biasanya digunakan untuk menentukan kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan panas yang isothermal (temperatur konstan) sebelum menjadi campuran Austenit. Ketika Austenit didinginkan secara perlahan-lahan sampai pada suhu dibawah temperatur kritis, struktur yang terbentuk ialah Perlit. Semakin meningkat laju pendinginan, suhu transformasi Perlit akan semakin menurun. Struktur mikro dari materialnya berubah dengan pasti bersamaan dengan meningkatnya laju pendinginan dan membentuk sifat mekanik yang salah satunya meningkatnya nilai kekerasan.

VI.B ANALISIS

dengan kadar karbon 0.2 tidak mengalami perubahan menjadi fasa martensit hal ini dapat disebabkan karena salahnya proses heat treatment dan proses pendinginan yang kurang cepat sehingga sifat mekanik yang terbentuk adalah rendahnya nilai kekerasan namun nilai keuletanya lebih baik. Sifat mekanik yang terbentuk akan terdeformasi akibat adanya dislokasi yang telah mencapai permukaan spesimen. Dislokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem kristal logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan dimensi secara permanen). Pengaruh pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi akan menyebabkan naiknya kekerasan, naiknya kekuatan, tetapi disertai dengan turunyanya keuletan. Untuk mengembalikan logam kesifat semula perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda kerja yang telah mengalami pengerjaan dingin. Pengaruh pemanasan setelah pengerjaan dingin, perubahan sifat akibat pemanasan tergantung pada temperatur dan waktu pemanasan. Prinsip dasarnya ialah bahwa pemanasan terhadap benda kerja yang telah mengalami deformasi akan menurunkan kerapatan dislokasinya.

VII. SIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa dapat disimpulkan bahwa :

1. Suatu baja atau spesimen akan memiliki sifat mekanik amupun struktur mikro (fasa) yang berbeda akibat adanya proses transformasi baik dengan cara pendinginan maupun perlakuan panas.

2. Fasa yang terbentuk untuk spesimen pertama adalah fasa ferit sedangkan untuk spesimen kedua karena kurangnya kadar karbon maka fasa martensit tidak terbentuk. 3. Sifat mekanik baja yang berubah akibat proses pendinginan dapat dikembalikan

dengan proses pemanasan.

VIII. DAFTAR PUSTAKA

[1] Benner, B.J.M.1985. Ilmu pengetahuan bahan, Jakarta: Bhatara Karya Aksara. [2] Calister, Wiliam D. 2007. Materials science and engineering 7th. Kanada: John Wiley & Sons, Inc.