PENGUJIAN IMPAK DAN FENOMENA PERPATAHAN1. Sejarah Pengujian ImpakSejarah pengujian impak terjadi pada masa Perang Dunia ke 2, karenaketika itu banyak terjadi fenomena patah getas yang terjadi pada daerahlasan kapal-kapal perang dan tanker-tanker. Diantara fenomena patahantersebut ada yang patah sebagian dan ada yang benar-benar patah terbeahmenjadi 2 bagian, fenomena patahan ini terjadi terutama pada saat musimdingin-ketika diaut bebas ataupun ketika kapal sedang berabuh.
Dancontoh yang sangat terkenal tentang fenomena patahan getas adalahtragedi Kapal TITANIC yang melintasi samudera Atlantik.Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial daripendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu danmenumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi.2. Jenis-jenis metode uji impakSecara umum metode pengujian impak terdiri dari 2 jenis yaitu: Metode Charpy Metode IzodMetode Charpy: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimenuji pada tumpuan dengan posisi horizontal/ mendatar, dan arahpembebanan berlawanan dengan arah takikan.Gbr1. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy danIzod
Metode Izod: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen ujipada tumpuan dengan posisi , dan arah pembebanan serah dengan arahtakikan.Gbr 2. Ilustrasi skematis pengujian impak.3. Perpatahan ImpakSecara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarikmaka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran
bidangbidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan
berpenampilan buram. 2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat). 3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenis perpatahan di atas.Gbr 3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi) benda uji impak CharpyInformasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalahtemperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur
yangmenunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diujipada temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur
yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggimaterial akan
bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendahmaterial akan bersifat rapuh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitandengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur yang berbeda dimanapada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi
kesetimbangandan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan(ingatlahbahwa energi panas merupakan suatu driving force
terhadappergerakan partikel atom bahan). Vibrasi atom inilah yang berperansebagai suatu penghalang (obstacle) terhadap pergerakandislokasi padasaat terjadi deformasi
kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasiitumaka pergerakan dislokasi mejadi relatif sulit sehingga dibutuhkanenergi yang lebih besaruntuk mematahkan benda uji. Sebaliknya padatemperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif
sedikitsehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebihmudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yangrelatif lebih
Getas dan Patah UletSecara umum perpatahan dapat digolongkan menjadi 2 golongan umumyaitu : Patah Ulet/ liatPatah yang ditandai oleh deformasi plastis yang cukup besar, sebelum danselama proses penjalaran retak.
Patah GetasPatah yang ditandai oleh adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi,tanpa terjadi deformasi kasar, dan sedikit sekali terjadi deformasi mikro.Terdapat 3 faktor dasar yang mendukung terjadinya patah dari benda uletmenjadi patah getas : 1. Keadaan tegangan 3 sumbu/ takikan. 2. Suhu yang rendah. 3. Laju regangan yang tinggi/ laju pembebanan yang cepat.Jenis-jenis takikan/ notch yang terdapat pada pengujian
impakUji Impak 08.04 Mukhamad Aziz 1 commentUji impak adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Klo ceritanya titanic itu, sikapal kan berada pada suhu rendah, sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan mudah patah. Kemudiandi laut itu kan banyak beban (tekanan) dari arah manapun. Ditambah lagi nabrak gunung es, langsung deh teganganyang udah terkonsentrasi karena pembebanan sebelumnya menyebabkan kapalnya terbelah dua..Pada uji impak terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang diserapmaterial ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Tapi klo di mesin ujinya udahnunjukin energi yang dapat diserap material, ya udah.. ga perlu ngitung manual.Proses penyerapan energi ini akan diubah menjadi berbagai respon material, yaitu Deformasi plastis Efek Hysteresis Efek Inersia Standar ASTM Uji ImpakAda dua macam pengujian impak, yaitu 1. Charpy 2.
IzodPerbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan menggunkan charpy lebih akurat karenapada izod, pemegang spesimen juga turut menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yangmampu di serap material seutuhnya.Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impak adalah NotchNotch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah yang lancip sehingga materiallebih mudah patah. Selain itu notch juga akan menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat berbahaya karenatidak akan terjadi deformasi plastis dna menyebabkan material menjadi getas. Sehingga tidak ada tanda-tanda bahwamaterial akan mengalami kegagalan.
suhu.Pada percobaan ini, ada 10 sampel, 5 baja dan 5 aluminium. 2 baja dipanaskan dan 2 lagi didinginkan. begitu puladengan aluminium.Dipanaskan. Baja dan aluminium ini dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik sampai pada temperatur 200anderajat celcius. Kemudian sampel ini di beri beban impak dan… hasilnya keempat sampel ini tidak patah seluruhnya,hanya sebagian. Terjadi pembengkokan pada sampel. Mengapa sampel tidak patah? Hal ini ada pengaruhnya dengansuhu. Suhu yang semakin tinggi menyebabkan vibrasi elektron semakin tinggi sehingga pergerakan elektron
menjadisemakin bebas. Dan energi untuk melakukan deformasi elastis semakin rendah. Hal inilah yang menyebabkanspesimen tidak patah, melainkan hanya mengalami deformasi plastis.Pada temperatur kamar. Spesimen nya gas diberi perlakuan apapun. Langsung diberi beban impak dan spesimen nya
patah ulet. Temperatur spesimen lebih rendah dari yang semula, sehingga vibrasi elektronnya lebih rendah danmenyebabkan material menjadi agak lebih getas jika dibandingkan dengan spesimen awal. Namun spesimen ini belumgetas karena
elektronnya masih dapat bergerak hingga deformasi plastis.Didinginkan. Pada pengujian ini, spesimen didinginkan dengan menggunakan nitrogen cair, hingga mencapai
suhuminus puluhan derajat. Kemudian spesimen diberi beban impak dan terjadi patah getas. Hal ini terjadi karena vibrasielektron yang melemah sehingga energi yang dibutuhkan untuk elektron bergeran dan berdeformasi plastis lebih tinggi,sehingga terjadilah patah getas pada material.Analisis.Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan harga impak. Harga impak baja lebih tinggi daripadaaluminium menunjukkan bahwa ketangguhan baja lebih tinggi jika dibandingkan denganaluminium. Ketangguhan adalah kemampuan material untuk menyerap energy danberdeformasi plastis hingga patah. Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material adalah
kadarkarbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi akan lebih getas. Hal ini akanmempengaruhi harga impaknya dan temperature transisi. Material yang memiliki kadarkarbon tinggi akan memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika
KULIAH PENGETAHUAN BAHANPENDAHULUANMATERIAL : Adalah segala sesuatu yang kita gunakan untuk tujuan-tujuan tertentu.Contoh : Untuk Pembuatan Produk.Pembagian Material :METALContoh : Baja, Al, Kuningan, Cu, dll.MATERIAL POLIMERContoh : PlastikKERAMIKAdalah senyawa-senyawa anorganik yang
diperoleh dengan perlakuan panas.Keramik material-material yang tahan pada temperatur tinggiContoh : TembikarKeterangan : Polimer dan Keramik disebut pula bahan-bahan Non Metal.Campuran antara metal, polimer dan keramik disebut dengan KOMPOSIT (Material Susun).Komposit disebut juga dengan Materal Maju, karena dapat disesuaikan dengan keinginan.Komposit merupakan gabungan dari beberapa material yang dapat didisain sesuai keinginan.Contoh : MMC (Metal Matrix Composite)FRP (Fiber Reinffored Plastic)ArallKelompok Metal banyak digunakan dalam bidang
Konstruksi.Kelompok Komposit banyak digunakan dalam bidang industry Pesawat Terbang.Catatan : Dalam penggunaanya, yang dimanfaatkan dari material adalah SIFAT-SIFATNYA (Properties).
SIFAT-SIFAT MATERIALSifat-sifat material :SIFAT FISIK (Physical
Properties)Adalah sifat-sifat yang dimiliki oleh material tersebut ,“inherent”, atau merupakan ciri khas material tersebut.Contoh : - Titik Cair - Panas JenisMasa Jenis - Konduktivitas PanasTahanan Listrik - Ketahanan KorosiKetahanan pada temperatur tinggi, dll.Catatan : Jika kita ingin merubah ketahanan korosi suatu material, maka kita harus merubah sifat fisik materialtersebut.SIFAT MEKANIK (Mechanical
Properties)Adalah sifat-sifat dari bahan yang berkaitan dengan kelakuan (behavior) terhadap pembebanan mekanik.Contoh : - Kekuatan (strength) - Kekerasan
(hardness)Ketangguhan (toughness) - Keuletan (Ductile)Medulus Elastisitas - Ketahanan LelahKetahanan Aus, dll.SIFAT TEKNOLOGI (Engineering Properties)Adalah sifat-sifat dari bahan yang berkaitan dengan kemudahan bahan untuk diproses atau mampu (ability) untukdiproses.Contoh : - Mampu Cor (cast ability) - Mampu Las (weld
ability)Mampu Mesin (machine ability) - Mampu Bentuk (form ability)Dilapangan tidak semua material memiliki sifat-sifat yang baik sesuai keinginan, sehingga untuk
memperoleh materialyang baik dapat dilakukan dengan cara memadukan material yang satu dengan yang lain, melalui proses perlakukanpanas.Catatan : Sifat-sifat material akan berubah jika temperatur berubah.Sifat-sifat material dipengaruhi oleh :Temperatur KerjaKomposisi Kimia
Struktur Mikro, menyatakan konfigurasi/fasa. Jika fasa berubah sifat material berubah (bahasan selanjutnya).Untuk mengetahui sifat-sifat bahan, maka harus dilakukan pengujian terhadap bahan. Dalam hal ini adalah pengujianmaterial logam.Secara umum pengujian logam dibagi menjadi 2 cara :Pengujian yang tidak merusak, Non Distructive Test (NDT)Pengujian yang merusak, Distructive Test (DT)Evaluasi sifat-sifat logam difokuskan pada pengujian merusak pada Sifat Mekanik.PENGUJIAN LOGAMUntuk mengetahui sifat-sifat Mekanik, perlu dilakukan pengujian berdasarkan pembebanan mekanik.Dari definisi diperoleh bahwa “beban mekanik” terdiri dari :Beban Statik, beban yang tidak dipengaruhi oleh waktu, artinya beban yang bekerja tetap tidak berubah.Beban Dinamik, beban yang berfluktuasi, berubah-ubah, terhadap waktu.Sifat-sifat mekanik dievaluasi berdasarkan ke dua beban tersebut, dan atas dasar jenis beban tersebut maka dapatdikelompokkan beberapa jenis pengujian, yaitu :PENGUJIAN BEBAN
Mulur, : - Pada temperatur kamar, Creep Test.- Pada temperatur tinggi, Stress Rupture Test.PENGUJIAN BEBAN DINAMIK :Uji Lelah (Fatique Test)Dalam praktek pengujian didasarkan pada 2 kriteria :Memilih jenis pengujian mana yang memberikan lebih banyak informasi tentang sifat materialBerdasarkan tuntutan disain.
UJI TARIK (TENSILE TEST)Tujuan : Untuk melihat respon bahan terhadap beban tarik. Artinya kita harus dapat mengamati apa yang terjadipada Bahan (specimen) apabila material tersebut dibebani dengan beban tarik.Pelaksanaan : Dilakukan pada suhu kamar, karena pada temperatur kamar mudah untuk dilakukan.Alat Uji : Mesin Uji Tarik
(Tensile Testing Machine)Fungsi Mesin Uji Tarik :Harus mampu memberikan beban tarikHarus mampu mencatat pertambahan panjang yang terjadi akibat adanya beban tarik.Bentuk-Bentuk Benda Uji / Specimen :Bentuk benda uji secara umum dibagi menjadi 2 jenis :PelatProfil : - Rod,Profil I,Profil C, dikategorikan ke dalam Plat.Profil L,Bentuk benda Uji Rod Bentuk Benda Uji Plat
Jika specimen dari plat, maka specimen tersebut harus sejajar dengan arah pengerolan plat, karena pengerolan akanmenghasilkan harga yang maximum.Rasio perbandingan Lo terhadap do, disebut Rasio Kerampingan (Slenderness Ratio)Lo/do=5
……….. Slenderness RatioPrinsip Pengujian :Pengujian dilakukan sampai benda kerja putusJika specimen putus, harus berada pada daerah Panjang Uji (Lt)Selama Pengujian Tarik berlangsung, volume = konstan, dan dianggap luas penampang benda uji konstan (A=c)Mekanisme Pengujian :Setiap ada beban senantiasa ada penambahan panjang sebesar L.Jika gaya (F) semakin besar maka L semakin besar pula. Dari kenyataan ini maka mesin Uji Tarik akan mencatathubungan antara gaya dan pertambahan panjang (F dan L) dalam bentuk diagram.Catatan : Pemberian beban harus sedemikan rupa sehingga pemberian beban serendah mungkin, dengan maksudcriteria static dapat dipenuhi.Dari Diagram F - ∆L yang dihasilkan, terdapat dua jenis segmen garis :
Segmen garis LinearSegmen garis tidak Linear (curvature)Dalam praktek, diagram tarik ini hasilnya berbeda-beda untuk setiap logam, sehingga kita dapat membedakan
manalogam yang ulet (ductile) mana logam yang getas (brittle).Interprestasi : Sepanjang hubungan linear maka setiap pembebanan akan menghasilkan perubahan temporer /sementara atau mengalamai “Deformasi Elastis”.Artinya, benda uji bertambah panjang selama beban diterapkan, jika beban dihilangkan benda uji kembali ke bentuksemula. Makin besar F, maka ∆L makin besar.Batas maksimum dimana hubungan F dan ∆L linear dikenal dengan titik P (proporsional).∆L yang bersifat sementara disebut dengan “∆L elastis”.Jika pembebanan terjadi diatas titik P, maka pada saat beban F dihilangkan, ∆L bersifat tetap.Panjang specimen setelah ditarik sampai dengan titik x, dan setelah beban dihilangkan menjadi :Dari diagram F - L, belum terbaca sifat logam yang diuji.Agar sifat logam yang di uji dapat dibaca, diagram F - L harus diubah menjadi diagram - e (Tegangan – Regangan).Dimana :σ= F/Ao σ = Tegangan Tarik (Kg/mm2)Ao = Luas penampang awale= ∆L/Lo e = reganganLo = PanjangKesimpulan :
Diagram -e mirip dengan diagram F- LAlasan diubah ke dalam bentuk diagram -e karena erat hubungan dengan harga L/do = 5.Pembacaan Sifat MaterialDidaerah Elastic
(hubungan -e linear) = E.e, dimana : E = tg. = Modulus Elastisitas = E.e,--- Hukum HOOKE(Hukum Hooke hanya bekerja di daerah Elastis)eHubungan Modulus Elastisitas (E) dengan sifat material :E dipakai sebagai ukuran KEKAKUAN
kecil berarti material yang di uji tidak kaku (E<<)Pada kenyataannya titik P bukan batas elastis. Pada beberapa diagram dapat dilihat pada umumnya batas elastis sulitditentukan dan tertletak diatas titik P.Untuk mengatasinya adalah dengan beberapa kriteria :Jika batas elastis tidak dapat ditentukan, maka dibuat suatu batas dengan metode yang disebut METODA OFF-SET.Pengganti batas elastis adalah suatu beban dimana jika beban tersebut dihilangkan maka benda kerja akanmengalami perpanjangan tetap sebesar 0,2% dari panjang semula (0,2% x Lo)Misal : Lo = 10 cm = 100 mm∆L = 0,2 % . Lo= 0,2 % . 100= 0,2 mm
Semua bahan-bahan / produk yang dihasilkan, pembuatannya harus berada dibawah batas elastis (dalam daerahelastis).Titik U menunjukkan beban maksimum yang masih dapat ditahan oleh benda kerja, juga menyatakan Kekuatan Tariklogam yang
bersangkutan.Dalam praktek harga yang ada adalah : u, y, E.Hubungan regangan (e) dengan Sifat Material :Jika e semakin besar, maka material tersebut adalah material Ulet (ductile).Jika e semakin kecil maka material tersebut adalah semakin getas (brittle).Arti luas di bawah kurva :Besar kecilnya luas dibawah kurva menunjukkan ukuran
ketangguhan (TOUGHNESS), yaitu besarnya energy yangdiperlukan untuk mematahkan specimen. Makin besar kurva, maka energy yang diperlukan untuk mematahkanspecimen semakin besar yang berarti material ulet.JIka harga e diatas 200% maka material tersebut disebut material Super Plastik.Jika pembebanan diberikan disebelah kiri u (sebelum titik u), maka pada benda kerja terjadi perubahan Homogen(Uniform), kemudian pada saat mencapai titik U (ultimate), pada saat itu terjadi perubahan yang tidak homogen(Terjadi perubahan setempat).Jika Af sangat kecil, maka matrial UletJika Af sangat besar, maka material getasSehingga, pengecilan penampang, , (Reductioan of Area) :
φ= (Ao-Af)/Ao x 100% Kecil, berarti material Ulet Besar, berarti material getas.Sifat material dapat dilihat dari harga e, ketangguhan danDalam penggunaan praktek pembebanan yang diberikan terhadap komponen mesin harus senantiasa berada
dibawahbatas luluh. Dengan demikian pembebanan yang berada didaerah elastis, yang didefinisikan sebagai Tegangan Boleh( b), allowable stress. = σu/n < y
--- n = Faktor keamanan statikKurva - e teknis, dengan assumsi A = konstan selama proses penarikkan.Tetapi, jika diperhitungkan terhadap A sebenarnya maka akan diperoleh kurva - e sebenarnya. tr = (1 + e) = ln (1+e)Jika dikaitkan dengan persamaan matematika, maka diagram tr- memenuhi persamaan alir : = K. n n = koefisien kerasregan(Strain hardening coef.)Pada daerah elastis, n = 1Pada titik Ultimate, n =Pada hk Hooke berlaku hanya pada daerah elastis.Pada daerah plastis harga n berkisar 0 ~ 1.Fenomena-fenomena pada saat Uji Tarik berlangsung.Jika specimen berbentuk Pelat di uji tarik, selama proses penarikkan terutama setelah melewati y, maka akanterlihat garis slip.Hal ini menunjukkan bahwa jika suatu material dibebani diatas y maka akan terjadi deformasi plastis (perubahanyang tetap) dengan mekanisme Geser (Shear).Jika
melakukan uji tarik, ditarik sampai y kemudian F dilepaskan, maka akan diperoleh perpanjangan yang sifatnyaplastis.Jika dari kondisi ini specimen tersebut ditarik kembai maka y akan naik.Besar kecilnya y sangat tergantung pada besar kecilnya deformasi plastis yang dialami oleh benda kerja. Kenaikkan y akan diikuti pula oleh kenaikkan kekerasan bahan tersebut.Fenomena ini disebut STRAIN HARDENING
yang baik.Dari permukaan patah (fracture area) specimen uji akan dapat terlihat bentuk patahan ulet (ductile fracture) danpatahan getas (brittle fracture).
UJI KERAS (HARDNESS TEST)Tujuan : Untuk mengevaluasi kekerasan suatu logam / materialDilakukan dengan 3 cara :Cara Perbandingan / GoresanCara DinamikCara Penekanan / PenusukanCara Perbandingan / GoresanUji keras dengan cara ini dilakukan dengan jalan menggoreskan logam satu dengan yang lain, dan benda kerja yangtergores disebut benda kerja yang lebih lunak.Kemudian cara ini ditabelkan oleh MOHS dengan harga 1 ~ 10.Skala Mohs 1 = Material sangat lunak (Talk)Skala Mohs 4 ~ 8 = untuk kekerasan logamSkala Mohs 10 = Material sangat keras (Intan)Skala Mohs ini banyak dipakai dalam bidang Geologi, Geodesi dll.Skala Mohs tidak pernah dipakai dalam bidang teknik mesin karena variasi kekerasan yang sangat sempit.Cara DinamikCara ini menggunakan prinsip tumbukkan (Collision).Prinsip : Bola baja dijatuhkan dari
ketinggian tertentu sehingga menumbuk permukaan specimen, akibat tumbukanbola baja akan terpantul kembali.Tinggi rendahnya pantulan menunjukkan kekerasan suatu
logam.Jika pantulan tinggi berarti material keras atau sebaliknya.Alat uji ini disebut SHORE SCLEROSCOPEPengujian dengan cara ini dilakukan berulang-ulang ditempat yang berbeda pada specimen.Ketelitian pengukuran sangat bergantung pada :Banyak sedikitnya pengujianKebersihan permukaanKekasaran permukaanKerataan
permukaan(Sumbu bola jatuh harus tegak lurus pada permukaan specimen)
Cara ini banyak dipakai dalam praktek untuk mengukur logam yang sedang berfungsi. Juga dapat dipakai dalamperawatan (masuk toleransi) karena alat sangat sederhana.Cara Penekanan / PenusukkanMetoda BRINELLPrinsip : Dengan menerapkan penetrator / penekan berupa bola baja dengan diameter, D, terhadap benda kerja yangakan di uji kemudian ditekan.Uji Brinell memilih besarnya beban penekan, P, sedemikian sehingga pada permukaan benda kerja diperoleh bekaspenekanan.Besarnya P harus melebihi y dari benda kerja.Dengan kenyataan ini tujuan uji keras menjadi suatu cara untuk mengetahui ketahanan material terhadap deformasiPlastis.Hal-hal yang distandarkan dalam uji keras Brinell :Kekerasan Bola BajaHarga beban P. (kg) Untuk bahan baja P = 30.D2 Untuk bahan non baja P = 5.D2Dengan diameter D= 10mm, 7mm, 1,19mmHarga kekerasan Brinell, HBN :HBN = P/A (kg/mm2), P = beban (kg)A = Luas Penampang (mm2) HBN = P/(πD/2 [D-√((D^2-d^2 ) )] ) ,D = Diamater Bola Baja (mm)d = Diamater bekas
penekananDari persamaan HBN, terlihat harga kekerasan Brinell memiliki satuan yang sama dengan kekuatan Tarik. Antarakekerasan dan kekuatan tarik erat hubungannya, yaitu jika material kuat berarti kekerasan tinggi.Untuk baja berlaku hubungan : u = 0,3 HBNKelemahan Uji Brinell :Uji Brinell tidak bisa dipakai untuk mengukur material-material yang sangat keras (diatas 400 HBN) karena bola bajaakan mengalami FLATTENING.Uji Brinell tidak dapat mengukur material yang sangat lunak, karena akan menimbulkan aliran material disekitarbenda kerja disekeliling penetrator.Metoda VICKERSPrinsip : Sama dengan prinsip pengukuran cara Brinell, hanya penetrator yang digunakan berupa Piramid Intan dengansudut puncak 136o.d = (d1+d2)/2Harga
kekerasan Vickers, HVN :HVN = P/A (kg/mm2), A = Luas Penampang, mm2A = d^2/(2 sin〖〖68〗^o 〗 ) = d^2/(2 .0,92)
pengukuran yang mirip dengan cara Vickers adalah KNOOP.Perbedaannya adalah pada penetratornya. Penetrator Knoop mempunyai bidang alas Belah Ketupat.HKN = 1,5 P/d^2 kg/mm2Baik Vickers maupun Knoop pengukuran kekerasan hanya dilakukan di laboratorium, dan permukaan yang akan diujiharus bersih, halus betul-betul rata.Metoda ROCKWELLPada uji keras Rockwell digunakan 2 jenis pembebanan :Beban Minor (10 kg)Beban Mayor ( 60 kg, 100 kg, 150 kg), tergantung pada skala Rockwell dan
penetrator yang dipakai.Pada prinsipnya kekerasan Rockwell adalah merupakan perbedaan kedalaman akibat pembebanan Mayor dan Minor.Pada uji keras Rockwell skala yang dipakai adalah skala:Skala A (HRA), Skala B (HRB), Skala C (HRC)
………..Skala N (HRN)Dalam ilmu logam uji keras Rockwell banyak menggunakan skala A, B dan C.Skala A (HRNA)Beban Minor : 10 kgBeban Mayor : 60 kgPenetrator : Kerucut Intan, sudut puncak 120oPenggunaan : Logam-logam yang kerasSkala B
(HRNB)Beban Minor : 10 kgBeban Mayor : 100 kgPenetrator : Bola Baja, diameter D = 1/16”Penggunaan : Logam-logam yang lunakSkala C (HRNC)
Beban Minor : 10 kgBeban Mayor : 150 kgPenetrator : Kerucut IntanPenggunaan : Logam-logam yang keras hasil hasil perakukan panasUJI IMPACT (IMPACT
TEST)Tujuan : Untuk mengevaluasi bahan jika mendapat pembebanan tiba-tiba. Suatu material akan mengalami patahgetas / patah ulet akibat pembebanan yang tiba-tiba. Pembebanan yang tiba-tiba dapat diartikan sebagai suatupembebanan dengan kecepatan regang yang tinggi.Prinsip : Menggunakan prinsip bandul (pendulum)Bandul dengan berat mg dibenturkan terhadap benda kerja sampai patah.Ukuran / Bentuk Benda Kerja :Bentuk Notchyang umum :Bentuk Notchyang lain :a, b, c = standard55, 10, 10,7Posisi benda kerja terhadap datangnya bandul menentukan jenis metoda Uji Impact. Terdapat 2 jenis metoda Uji
Impact, yaitu :Metoda IZOD (dari Inggris) 2. Metoda CHARPY (dari Amerika)Posisi specimen berdiri posisi specimen horizontalBesarnya usaha yang digunakan untuk mematahkan specimen adalah :U = mg (h-h‟)Jika sangat besar maka bandul setelah mematahkan specimen akan terus bergerak sehingga diperoleh ketinggianh‟.Jadi Harga Impact (HI) pada suatu bahan adalah :HI= U/A dimana : U = UsahaA = Luas Penampang dibawah takikan (b x c)Jika HI besar maka bahan tersebut dikelompokkan sebagai bahan Ulet, sedangkan jika HI kecil maka bahandikelompokkan bahan Getas.Keuletan atau kegetasan suatu bahan dapat dilihat dari hasil Uji Tarik dengan melihat harga Elongation (pengecilanpenampang). Dismping itu HI erat kaitannya dengan Usaha yang dipakai untuk mematahan specimen. HI dapat puladiperkirakan denga harga ketangguhan suatu bahan (toughness) yang diperoleh dari hasil Uji Tarik.Uji Impact dapat dilakukan pada rentang Temperatur, T, yang berbeda-beda.Semakin besar temp., maka HI semakin besar Material Ulet.Semakin kecil temp., maka HI kecil Material Getas.Semakin material akan berubah dari ulet menjadi getas, jika temperatur berubah-ubah dari tinggi kerendah.Suatu rentang temperature, dimana HI-nya berubah drastic disebut TEMPERATUR TRANSISI. Dalam praktek
di sebut dengan Uji Tarik (Notch). Notch digunakan agar pada Takikantersebut terjadi konsentrasi tegangan yang tinggi sehingga jika material patah akan terjadi pada bagianberkonsentrasi tinggi.UJI MULURUji mulur jika dilakukan pada temperature kamar disebut CREEP TEST, jika dilakukan pada temperature tinggidisebut STRESS RUPTURE TEST.Prinsip : Benda kerja dibebani oleh suatu beban yang konstan sehingga benda kerja tersebut akan bertambahpanjang. Pengujian dilakukan sampai benda kerja putus.Keterangan :Bagian I : Perpanjangan sesaa (instantaneous elongation)Pepanjangan ini diperoleh setelah Benda Kerja dibeban oleh Beban FBagian II : Daerah kecepatan regang (kecepatan perpanjangan) yang dilakukan.Artinya dengan adanya beban tadi akibat bertambah panjang, dan luas penampang mengecil, maka tegangan yang terjadi pada benda kerja membesar akibatnya perpanjangan bertambah panjangBagian
III : Daerah Stedy stateDimana kecepatan perpanjangan sebanding dengan naiknya kekerasan. Pada akhir steady state ( C ), penampngbenda kerja sudah kecil sehingga masuk ke bagian IV. Kecepatan perpanangan menjadi lebih tinggi karena sudahtidak dapat diatasi oleh kenaikkan kekerasan dan akhirya putus di titik F.Uji Creep memakan waktu, t, yang lama tergantung besar-kecilnya gaya F.Catatan : Diagram atas ( , , , ), dapat dialami oleh satu material dengan 1 beban tetapi Temperatur, T, pengujiandiubah-ubah.Kesimpulan: Untuk komponen-komponen yang mengalami pembebanan yang tetap diusahakan agar pembebananterjadi pada daerah Steady State. Material-material supaya tahan Creep harus memiliki “BUTIR” yang besar.Pengujian-pengujian seperti diatas adalah pengujian yang lazim dipergunakan, tetapi ada pula pengujian yangdilakukan secara khusus.UJI LELAHUji Lelah menghubungkan antara beban ( ) dengan jumlah siklus (N). (Jumlah dimana specimen putus)
Semua Pembebanan dibawah garis /Batas Lelah, maka material tidak akan patah. Dalam praktek semua pembebanandinamis harus berada dibawah Batas Lelah ( e),
sehingga :σ_b= σ_U/n< σ_e Dimana : n = Faktor kemanan dinamik b = Allowable Strees / Tegangan BolehBeberapa cara penempatan Beban Dinamik :Cara Vertikal : Cara Rotary Bending :Berdasarkan cara pembebaban dinamik, maka jenis mesin uji lelah terbagi 2 :Mesin Uji Lelah VertikalMesin Uji Lelah Rotary BendingCatatan :Sifat-sifat logam terbagi 3 :Sifat FisikSifat MekanikSifat TeknologiYang mendasari sfat-sifat logam adalah „ATOM‟.TEORI ATOMAtom terdiri dari electron (e) yang bergerak mengelilingi inti pada lintasan tertentu. Dari teori ini maka dalampraktek ada jenis logam yang di magnet dan tidak dapat di magnet.Inti suatu atom terdiri dari PROTON yang bermuatan Positif dan NEUTRON yang bermuatan Netral sedangkanELEKTRON bermuatan Negatif , sehingga dari perbedaan muatan ini timbul gaya tarik elektrostatik.Pada hakekatnya suatu atom adalah netral, artinya bahwa jumlah proton = jumlah electron. Atas dasar inididefinisikan nomor atom. Nomor atom dikaitkan dengan jumlah electron yang mengelilingi inti.Massa suatu atom identik dengan massa inti, artinya massa electron dibanding dengan massa inti dapat diabaikan.Makin banyak electron makin banyak lintasan. Maka atas dasar ini diturukan suatu teori KUANTUM yang
menyatakanbahwa tiap-tiap lintasan memiliki energy tertentu, arah putaran tertentu (spin) dengan jumlah e tetentu dalam tiap-
ditabelkan yang dikenaldengan Daftar Periodik.Unsur-unsur pada 1 golongan/kolom memiliki jumlah e dikulit terluar yang sama sehingga memiliki sifat-sifat yangsama pula.Dari teori Oktet diketahui bahwa jumlah e dikulit terluar = 8. Unsur dengan jumlah e tersebut merupakan unsur stabil(gas Mulia).Kesimpulan : Pada unsur-unsur yang reakif akan cenderung mengupayakan agar jumlah e dikulit terluar = 8, makadengan demikian terjadi ikatan atom (atomic boundary). Yang membatasi upaya untuk memperoleh 8e antara ionadalah factor geometri (diameter atom).Berdasarkan upaya untuk menjadi 8e dikulit terluar maka ikatan atom terdiri dari 2 jenis :Ikatan Primer (Ikatan Kuat) Ikatan Ion Ikatan Kovalen Ikatan LogamIkatan Sekunder (Ikatan Lemah) Ikatan Van der WaalsIKATAN ION (IKATAN ELEKTROVALEN)Adalah ikatan yang diakibatkan karena adanya gaya elektrostatis antar atom-atom yang bergerak.Contoh : Na dengan Cl NaCl11Na 1s2 2s22p6 3s1 Na+ 1s2 2s22p6 (8, stabil)17Cl 1s2 2s22p6 3s23p5 Cl- 1s2 2s22p6 3s23p6 (8, stabil)Na • + Cl Na+ + Cl -
11Na+ 17Cl- NaClUntuk stabil Na akan menyumbangkan 1e ke Cl, sehingga Cl bermuatan , sedangan Na akan bermuatan . Akibatnyaantar muatan yang berinteraksi akan timbul gaya elektrostatik.Material-material yang terbentuk karena ikatan ion akan merupakan bahan yang berbentuk Isolator (konduktiviaslistrik rendah), karena tidak ada electron bebas, seperti: Oksida dan Sulfida.Sifat-sifat produk hasil ikatan Ion: bersifat IsolatorTitik Cair tinggi (Tc, Al=660oC; Al2O3=1600oC)IKATAN KOVALEN
(IKATAN HOMO POLAR)Adalah suatu ikatan yang terjadi akibat penggunaan e secara bersama-sama. Elektron yang dipakai dalam ikatandapat melibatkan semua e yang ada alam ikatan disebut Ikatan Kovalen Penuh. Sedangkan jika salah satu e yangdipakai dalam ikatan disebut Ikatan Kovalen Tidak Penuh.Contoh Ikatan Kovalen Penuh :Intan : Hasil dari kumpulan (cluster) atom-atom yang berikatan satu dengan yang lain sehingga konfigurasi e kulitterluar = 8Atom H : Untuk menjadi stabil harus memiliki konfigurasi e seperti atom He (meiliki 2e pada kulit terluar)1H 1s1 + 1H 1s1 H2 (g)Dalam beberapa literature ikatan seperti terjadi pada Hidrogen disebui Ikatan homogen. Pada ikatan Kovalen Penuhsemua e digunakan dalam ikatan, maka hasil ikatan Kovalen Penuh juga berupa Isolator. Sifat ikatan sangat kuat,dalam pegertian fisik produknya selain memiliki Tc (titik cair) yang tinggi juga kekarasnnya tinggi (skala Mohs,Kekerasan Intan =
9).Contoh Ikatan Kovalen Tidak Penuh :Grafit, tersusun dari atom-atom C yang
membentuk ikatan Kovalen tidak penuh, akibatnya :Grafit akan menjadi konduktor pada arah dimana e tidak dipakai dalam ikatan.Grafit kekuatanya turun pada arah dimana e tidak dipakai dalam ikatan.
atom yang diikat dibatasi oleh factor geometri. Jumlah bilangan yang mengelilingi atom yang bersangkutandisebut Bilangan Kordinasi (Ligarcy)Khusus untuk Logam Bilangan Kordinasinya adalah 8 atau 12.Lintasan e dikulit terluar yang bersinggungan (Diameter Atom).Susunan Atom LogamDengan adanya ikatan atom dan aspek-aspek bilangan kordinasi, maka atom-atom logam dalam keadaan padat akantersusun teratur.
Sifat Logam : Bilangan Kordinasi, 8 atau 12Susunan atom tertatur.Panjang rusuk dan sudut antar rusuk merupakan parameter Latis. Jika atom-atomnya sejenis maka panjang rusuknyasama, maka sama dengan diameter atom.Jika kotak 1, 2, 3 dan 4 sama, maka penggambaranya berupa KUBUS. Kubus ini di sebut SEL SATUAN (Satuan atom-atom yang terkecil dalam ruang).Jenis-jenis Sel Satuan ada 7 :Kubus 4. Ortokubic 7.
OrthorombikHexagonal 5. MonoklicTetragonal 6. TriklinikKarena bilangan kordinasi logam adalah 8 dan 12, maka tidak semua sel satuan diatas dimiliki oleh logam.Bentuk sel satuan logam: KUBUS, HEXAGONAL dan TETRAGONALKUBUS (CUBIC)Kubus Sederhana (Simple Cubic)Sel satuan = 6 (Kisi tidak dimiliki oleh logam)Panjang rusuk = a = D = Ø diameter atom (dalam Å, 1Å=10-8 cm)Tidak memiliki Bidang Geser.Jumlah Atom = 1 buah
Jumlah atom / V sel satuan = ⅛ x 8 = 1 buahMemiliki 1 ronggaKubus Pusat Dalam (Body Centre Cubic, BCC)Perpotongan diagonal badan merupakan tempat kedudukan atom BCC ( ) yang memiliki 8 bilangan kordinasi.Sifat BCC :Bilangan Kordinasi = 8Jumlah atom /VSS = 1+ ⅛ = 2 buahPanjang rusuk (a) = 2/3 D√3Memiliki 2 jenis ronggaBidang geser = 6 buahSel satuan merupakan alat untuk mengidentifikasikan logam.Unsur-unsur yang memiliki sel satuan BCC adalah Fe <910oCKubus Pusat Muka (Face Centre Cubic, FCC)
Sifat FCC :Bilangan kordinasi 12Jumlah atom/VSS = (⅛ x 8)+(½ x 6) = 4Panjang rusuk (a) = 2 R√2 = D√2Rongga : Oktahedral dan TetrahedralBidang geser FCC = 12 buahSel satuan FCC memiliki bidang geser lebih banyak dari BCC. Sehingga logam-logam yang memiliki Sel Satuan FCCakan lebih mudah dibentuk (memiliki form ability yang lebih baik dari pada BCC).Contoh : Fe 910o < T < 1350 oCAl, Ni.Unsur yang memiliki sel satuan lebih dari satu disebut POLITROPI.HEKSAGONALSel satuan Heksagonal pada hakekatnya mirip FCC.Bilangan kordinasi = 12Jumlah atom / VSS = 4Yang
membedakan FCC dengan Hexagonal adalah urutan susunan (stacking segmen) atom. Sel satuan Heksagonal disebut sel satuan Heksagonal Susunan Rapat, HSR (Close
Pocked Hexagonal, CHP)Dari analisa terhadap sel satuan diperoleh :Ukuran sel satuan (parameter latis), yaitu :Panjang rusuk (a)Jarak antar bidang (d)Jari-jari atom (R), dalam ÅUkuran dan jenis ronggaAdanya bidang geserUntuk system logam murni suatu sel satuan disebut sempurna jika pada semua tempat kedudukan atom pada selsatuan terisi oleh atom yang bersangkutan.Jika susunan atom seperti itu maka kekuatan logam tersebut adalah :τ= G/2πCARA –CARA MEMBERI INDEK PADA SEL SATUAN :Sistem Kubus :Cara memberi index ABEF :Langkah yang dilakukan X Y Z1 Tentukan titik potong bidang ABEF dengan garis sumbu 1 ~ ~2 Tentukan harga kebalikannya 1/1 1/~ 1/ ~
ditulis : { h, k, ℓ }Besarnya harga D=a/√(h^2+k^2+l^2 )Harga D dalam prakek dapat diukur melalui analisa DIFRAKSI SINAR X yang memenuhi hukum Bragg.n = 2d sin , Dimana : n = Orde, (1,2,3 ---) dalam praktek dipiih 1= Panjang gelombang x, dalam Å= Sudut dating sinar X terhadap bidang sel satuan
KETIDAK SEMPURNAAN SUSUNAN ATOMKetidaksempurnaan Kristal (Crystal Defect).Dalam praktek atom-atom tersebut kalanya tidak menempati tempat yang telah ditentukan. Hal ini disebabkan :Atom-atom dalam kedudukan tidak diam statis tapi dinamis, getarannya makin besar jika temperature meningkat.Akibat getaran yang makin besar ada kemungkinan atom-atom keluar dari tempat kedudukannya.Pada proses
penyusunan atom-atom (dari tidak teratur menjadi tertatur) misalnya dalam proses pembekuan atom(solidifikasi), laju pendinginan yang dialami oleh atom-atom lebih cepat dari yang diperkirakan, Sehingga tidak semuatempat kedudukan atom dapat diisi.Dalam praktek jarang sekali atom-atom tersebut terdiri dari atom-atom sejenis, ada kalanya ada atom-atom asingyang terperangkap dalam susunan atom tersebut, sehingga diantaranya akan timbul interaksi, dan terjadiketidakseimbangan gaya disekitar atom asing. Interaksi ini menyebabkan atom-atom berpindah posisi.Dengan adanya cacat yang diakibatkan ke 3 hal tersebut, maka kekuatan logam turun drastis dari kekuatanteoritiknya. Karena disekitar bagian yang cacat tidak ada atom ditempat itu maka atom yang lain
disekitarnyamelakukan keseimbangan gaya, dan ini menghasilkan “Medan Tegangan” (Stress Field).JENIS-JENIS CACAT KRISTALCacat Titik (Point Defect)Cacat Lowongan (vacancy)Cacat SubstitusiCacat Interstisi
Cacat GarisDisebut dengan Dislokasi, yaitu hilangnya 1 bagian/deretan atom pada sususan atom.Disokasi garis ada 2 jenis :Dislokasi Sisi (Edge dislocation)Dislokasi Ulir (Screw dislocation)Cacat VolumeAntara lain : Mikroporositas.
DIAGRAM FASATinjau unsur A dan B.Larutan padat (sifat lunak)A+BSenyawa (Sifat Keras)Berupa : AB, AxB, ABx, AxByJenis senyawa yang paling keras adalah seyawa unsur logam dengan Carbon. Senyawa ini disebut KARBIDA. Contoh :Senyawa Fe dengan C (Fe3C), disebut Karbida Besi.Untuk melihat sifat logam dan paduannya dapat dianalisa dengan suatu diagram yang disebut DIAGRAMKESEIMBANGAN FASA / DIAGRAM FASASesuai dengan jenis paduannya, Diagram Fasa terdiri dari :Diagram Fasa BinerDiagram Fasa TernerDiagram Fasa QuarternerDiagram ini menghubungkan temperatur, komposisi dan fasa-fasa dengan setimbang pada temperatur dan
komposisitertentu.DIAGRAM FASA BINERA ke B adalah garis komposisi.Komposisi diyatakan dalam % berat atau % jumlah atom.
Jenis-jenis diagram Fasa Biner :Diagram fasa yang menunjukkan kelarutan yang sempurna dalam keadaan Cair dan Padat.Diagram fasa yang menunjukkan adanya kelarutan sempurna dalam keadan cair, dan larut Terbatas / sebagian dalamkeadaan padatDiagram fasa jenis ini terbagi 3, yaitu :Memiliki reaksi fasa eutektikMemiliki reaksi fasa peritektikMemiliki senyawa.Diagram fasa yang menunjukkan adanya kelarutan yang sempurna dalam keadaan Cair dan Tidak Larut sempurnadalam keadaan
laruan padat Subtitusi atau larutan padat Interstisi.Syarat timbulnya kelarutan dalam keadaan padat adalah sbb :Ditinjau dari aspek geometri, diameter atom (D) dan bentuk sel satuan.Bila perbedaan diameter ( D) D > 15% Larutan padat interstisi D < 15% Larutan padat substitusi
Bila atom lebih kecil dari atom-atom pelarutnya, maka akan terbentuk larutan padat interstisi.Bila sel satuan sejenis antara pelarut sejenis maka kecenderungan terjadinya larutan yang sempurna makin besar.Jika sel satuan tidak sama maka ada 2 kemungkinan yaitu :Larutan TerbatasTidak larut satu sama lainAspek valensi (berkaitan dengan jumlah electron kulit terluar)Aspek Elektronegatifitas atau Positifitas.Makin elektronegatifitas unsur yang dilarutkan, makin elektropositif unsur pelarut. Terdapat 2
kecenderungan :Jika membentuk larutan padat, maka larutan tersebut tidak akan stabilJika tidak membentuk larutan padat, maka akan mebentuk senyawa.Makin
elektronegatif, berarti makin ke kanan dari Tabel Periodik, contoh : Fe dengan C, dan Fe dengan Si.Si lebih elektronegatif dari Fe dibandingkan dengan C, sehingga Si mudah larut dalam Fe.Makin FCC, makin larut sempurnaDIAGRAM FASA JENIS I
Paduan akan mempunyai Temperatur : TcB < T Paduan < TcAPada diagram jenis I : Larutan sempurna dalam keadaan padat dan Larutan sempurna dalam keadaan cair. Maka fasapadat yang terbentuk akan berupa larutan Padat (Solid Solution)Cara menggunakan Diagram Fasa Jenis IDiagram fasa digunakan untuk memperkirakan “Struktur Mikro” yang diperoleh dari hasil proses pembekuan(Solidifikasi).Struktur Mikro : Struktur logam/paduan yang dilihat melalui Teknik Mikrosofik yang berupa distribusi fasa-fasa, baikdistribusi larutan padat, senyawa atau distribusi larutan padat dan senyawa.Karena larutan padat bersifat lunak, senyawa bersifat keras maka jika diketahui distribusinya maka akan diketahuisifat mekaniknya.Dengan mengetahui struktur mikro, berarti dapat diketahui sifat Mekanik.Teknik mikroskofik untuk mengetahui struktur mikro disebut METALOGRAFI.Untuk menggunakan diagram fasa pada proses solidifikasi diambil anggapan sbb :Laju pendinginan dianggap sangat lambatProses transformasi yang terjadi dari fasa cair ke fasa padat berlangsung sempurna dengan mekanisme difusi.Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses
solidifikasi :WaktuTemperaturContoh :Diketahui :Paduan A dan B
Diagram Solidifikasi adalah sebagai berikut :Titik : 100 cair, dengan X% BTitik : Garis komposisi memotong garis liquidus.Jadi pada titik potong terjadi proses pengintian (nukleasi) fasa padat.Artinya : Diaram komposisi yang < X%, berarti fasa padat yang terjadi memiliki unsur-unsur yang lebih dominankarena TcA lebih tinggi.Catatan : - Ditinjau dari struktur atom yang disebut inti adalah mulai terbentuknya susunan atom yang terkecil dalamruang.Titik : Inti membesar.Jadi pada titik potong terjadi proses pengintian (nukleasi) fasa padat.Artinya : Proses solidifikasi berlangsung dari a ke b.Berarti ada a yang keluar dan ada b yang masuk, sehingga inti membesar.Untuk menghitung prosentase fasa-fasa yang terbentuk ditetapkan kaidah lengan (lever arm rule).
% Fasa Padat (FP) = (b-x)/(b-a) x 100%% Fasa Cair (FC) = (x-a)/(b-a) x 100%Titik : Semua fasa Cair sudah bertransformasi ke fasa PadatJadi pada titik potong terjadi proses pengintian (nukleasi) fasa padat.Batas butir terjadi akiba orientasi yang berbeda.Jika orientasi sama diseluruh bagian disebut Kristas Tunggal (Single Crysal)Dengan memperhatikan ukuran butir maka sifat mekanis paduan dapat diketahui dengan
butir berarti logam makin kuatStruktur yang diperoleh dari diagram fasa ini disebut Diagram Fasa Tuggal, karena terdiri dari fasa-fasa yang sama.Cara menghaluskan butir :Memperbanyak laju pengintian dan memperkecil laju pertumbuhanMelakukan proses perlakukan panas terhadap logam hasil pengerolan (pengerjaan dingin).Dalam praktek, laju pendinginan pada saat proses solidifikasi, berangsung relative cepat, sehingga perubahankomposisi yang terjadi dari terbentuknya Inti sampai menjadi Padat berlangsung tidak sempurna. Hasilnya akanmemiliki komposisi yang kurang Homogen, teorema ini disebut “SEGREGASI.Segregasi dapat dihindari dengan proses perlakukan panas yang disebut “HOMOGENISASI”.Secara teoritik pada saat inti fasa pada harus tumbuh, inti tersebut tumbuh sama besar ke semua arah sehinggadapat menghasilkan butir-butir yang homogeny. Butir seperti ini disebut “EQUIAKSIAL”.
Pada Diagram fasa Fe-C, unsure Fe mengalami perubahan Sel-Satuan (SS) sebelum mencair.T < 912 oC Sel Satuan Fe = BCC912 oC ~ 1350oC Sel Satuan Fe = FCC1350oC ~ 1535oC Sel Satuan Fe = BCCUnsur seperti ini (memiliki lebih dari 1 SS), disebut POLITROPI.Jika perubahannya Reversible (bolak-balik) disebut ALOTROPI.Akibat adanya perubahan sel-satuan ini maka jika Fe dipadukan dengan Carbon akan
menghasilkan tingkat kelarutanyang berbeda-beda.Pada saat Fe berada dibawah 912oC, kelarutan max C di Fe adalah 0,025% pada 723oC. Sedangkan pada saat Febersel-satuan FCC kelarutan C di Fe 0,8% pada 723oC dan 1,7% pada 1140oC.C larut di Fe
membentuk larutan padat Intertisi. Pada saat C larut di Fe pada temperatur dibawah 912oC, maka akanterbentuk fasa (Ferrit). Pada saat Fe memiliki sel-satuan FCC dilaruti C maka terbentuk fasa (Austenit).Jika kadar C mencapai 6,67% maka akan terbentuk senyawa Fe dengan C (Fe3C) yang disebut Carbida Besi(Sementit).Sifat Sementit dibandingkan dengan , dan sangat keras dengan sel-satuan Orthorombic.Dari diagram Fasa diperoleh 3 Jenis Reaksi Fasa :Peritektik : +LEutektik : L + Fe3C+Fe3C, fasa padat LedeburitEutektoid : + Fe3C +Fe3C, fasa padat PerlitL = Liquid (cair) = Fasa Delta, adalah larutan padat, dimana C larut di Fe max 0,1% pada temperatur 1400oC dan membentuk reaksifasa Peritektik= Fasa Gama (Austenit), adalah larutan fasa padat, dimana C larut di Fe max 1,7% pada temperatur 1140oC danmembentuk reaksi fasa Eutekik.= Fasa Alfa (Ferit), adalah larutan padat, dimana C larut di Fe max 0,025% pada temperatur 723oC dan membentukreaksi fasa Eutektoid.Fe3C= Carbida Besi (Sementit), adalah senyawa Fe dan C, dimana C larut di Fe mencapai 6,67%.
Memiliki senyawa yang sifatnya keras yaitu Fe3C sel-satuan adalah Orthorombik. % Fe3C meningkat dengan naiknyakadar C.Dari diagram fasa diperoleh 2 jenis material teknik, yaitu:Baja Karbon (Carbon Steel), kadar C max 1,7%Besi Cor (Cast Iron), kadar C > 1,7 %Dari diagram fasa, Baja Carbon dikelompokan menjadi :Baja Carbon Hypo-Eutektoid (%C < 0,8%)Baja Carbon Hyper-Hypo-Eutektoid (0,8% < %C < 1,7%)Atau dapat juga dikelompokan menjadi :Baja Carbon Rendah (Low Carbon Steel) %C < 0,2%Baja Carbon Sedang (Medium Carbon Steel) 0,2% < %C < 0,5%Baja Carbon Tinggi (High Carbon Steel) 0,5% < %C < 1,7%PEMBACAAN DIAGRAM FASA Fe-C.(contoh 1) Baja Carbon dengan C sangat rendahProses SolidifikasiTahap-100% cairTahap-Terjadi pengintian fasa
Tahap-100%Catatan : Baja seperti ini disebut Baja Feritik, Karena strukturnya100% (contoh 2) Baja Carbon dengan C sangat rendahJika dibanding contoh 1, contoh 2 memiliki garis SOLVUSProses SolidifikasiTahap-100% cair
Tahap-Terjadi pengintian fasaTahap-100% fasa padatTahap-Terjadi pengintian fasa padat pada batas butirTahap-100%
Tahap-Terjadi pengintian fasa padat pada batas butirTahap-100%Tahap-Terjadi pengintian Fe3C pada batas butirTahap-Fe3C Tumbuh pada batas butir
Besarnya % Fe3C dapat dihitung dengan menggunakan “Kaidah Lengan”Catatan : Baja Contoh-2 akan lebih keras dibandingkan dengan baja contoh-1, karena pada contoh-2 strukturnyamengandung Fe3C yang keras.c. (contoh 3) Baja Carbon dengan 0,3% CProses SolidifikasiTahap-100% cairTahap-Terjadi pengintian fasaTahap-Garis transformasi memotong garis Peritektik, sehingga terjadi 2 tahap transformasi fasa :Tahap-1
Komposisi dan L :% = (0,5-0,3)/(0,5-0,1) x 100%% = 50%% L = 50%Tahap-100%Tahap-Garis transformasi memotong garis Eutektoid, sehingga terjadi 2 tahap transformasi fasa :Tahap-1 Tumbuh :% 1 = (0,8-0,3)/(0,8-0,025) x 100%% 1 = 62,5%% = 37,5%
Tahap-2Fasa Cair berubah menjadi fasa padat, mengikui reaksi fasa Feritektik.L+ dan L : % = (0,5-0,3)/(0,5-0,2) x 100%% = 66,67%%L = 33,33%Tahap-Terjadi pengintian fasa padat pada batas butirTahap-2Fasa berubah mengikuti Reaksi fasa Eutektoid : + Fe3C % 2 = (6,67-0,8)/(6,67-0,025) x 37,5 %% 2 = 32%Fe3C = 5,5 %Hasil Reaksi Eutektoid
adalah menjadi Marik, akhir tahap-2, strukturnya adalah : 1 = 62,5 % 2 = 32 %Fe3C = 5,5 %Catatan : Baja Contoh-2 akan lebih keras dibandingkan dengan baja contoh-1, karena pada contoh-2 strukturnyamegandung Fe3C yang keras.d. (contoh 4) Besi Cor dengan 3% CProses SolidifikasiTahap-100% cair
Tahap-Garis transformasi memotong garis Eutektik, sehingga terjadi 2 tahap transformasi fasa :Tahap-1 tumbuh :% = (4,2-3,0)/(4,2-1,7) x 100%% 1 = 48%% L = 52%Tahap-Garis transformasi memotong garis Eutektoid, sehingga terjadi2 tahap transformasi
fasa :Tahap-1
tumbuh :% = (6,67-3,0)/(6,67-0,8) x 100%% = 62,5%% Fe3C =37,5%Tahap-Terjadi pengintian fasaTahap-2Fasa Cair berubah menjadi fasa padat, mengikui reaksi fasa Eutektik.L + Fe3C% 2 = (6,67-4,2)/(6,67-1,7) x 52%% 2 = 25,8%%Fe3C = 26,2% Tahap-2Fasa berubah mengikui reaksi fasa Eutektoidk. + Fe3C% = (6,67-0,8)/(6,67-0,05)
x 62,5%% = 55,25%%Fe3C = 7,29%Kesimpulan :Makin Tinggi Kadar Carbon pada baja akan makin Keras.BESI COR (CAST IRON)Paduan utama Bes Cor adalah Besin dan Carbon, dimana C min 1,7% dan max 6,67 %.KarakteristikDItinjau dari permukaan patah (surface fracture), besi cor ada 2 jenis :Besi Cor Putih
Putih disebabkan karena semua C yang ada disamping larut ke Fe, juga membentuk Karbida Fe3C (sementit),sehingga pada besi cor putih tidak ada C bebas (grafit). Sifat besi cor putih sangat keras dan getas.Besi Cor KelabuKelabu karena terdapat karbon C bebas. Karbon bebas terjadi akibat C tidak larut ke Fe (tidak bersenyawa denganFe), hal ini karena adanya unsure Si (min1,2%).Banyak sedikitnya Si sangat berpengaruh :Jumlah Karbon C bebas (grafit)Struktr MatrikFe3C Fe + CCatatan : Besi Cor Putih dapat dibuat menjadi besi cor kelabu, yaitu dengan di temper, disebut dengan besi
sebagai bahan body mesin dan industryperkakas.Besi Cor Kelabu bergrafit Bulat (Nodular)Besi Cor ini diperoleh dengan proses Austemper. Banyak digunakan dalam proses industry otomotif, seperti porosengkol, batang hubung dll.
MENGUBAH SIFAT MEKANIK BAJA KARBONSifat mekanik Baja Karbon dapat dirubah, jika struktur mikronya dapat diubah. Untuk mengubah Struktur Mikro
dapatdilakukan dengan cara PERLAKUKAN PANAS (HEAT TREATMENT). Proses Perlakuan Panas adalah suatu proses untuk mengubah Struktur Mikro, dimana komposisi bahan tetap.Proses Perlakukan Panas dilaksanakan dengan cara memberi pemanasan dan pendinginan, sehingga struktur mikrobahan berubah.CARA MENGUBAH STRUKTUR MIKROBaja Carbon didefinisikan sebagai paduan Besi dan Carbon dengan kandungan C max 1,7%. (Diagram fasa Fe-C)Tinjau Diagram Fasa Fe-CUntuk maksud Perlakukan Panas beberapa garis Solvus ditandai dengan A1, A3, A13 dan Acm .Ditinjau dari kadar Carbon, Baja Karbon terdiri dari :Baja Karbon Hypo Eutektoid (C < 0,8%)Baja Karbon Hyper Eutektoid (C > 0,8%)Untuk proses Heat Treatment, maka proses pemanasannya sangat tergantung pada jenis baja.Baja HYPO EUTEKTOIDTp = garis A3 + 100oCBaja HYPER EUTKTOIDTp = garis A13 + 100oC atauTp = garis Acm + 100oCPemilihan Tp, tergantung pada tujuan akhir.Dikeraskan : Tp = garis A13 + 100 oCDilunakkan : Tp = garis Acm + 100 oCJika diperhatikan Tp (temperatur pemanasan) masuk ke daerah Austenit, sehingga Tp disebut T (temperatur
Austenit).Pada proses pemanasan, temperatur harus homogen diseluruh benda kerja, sehingga diperlukan waktu pemanasan(Holding Time / Exposure Time).Lamanya pemanasan sangat tergantung pada :Dimensi benda KerjaPanas jenis bahan.Note :
Perlakukan Panas tidak pernah sampai Cair.Dari diagram fasa, pada T berada pada daerah fasa padat Austenit ( ), sehingga jika didinginkan perlahan-lahan(solidifikasi) diperoleh : + Fe3CMekanisme transformasi dari +Fe3C adalah DIFUSI. + Fe3C0,8 0,025 6,67Ingat : , , = larutan padatFe3C = Senyawa.Sementit (Fe3C) terbentuk terlebih dahulu.Difusi adalah perpindahan atom dari tempat yang satu ke tempat yang lain, dalam hal ini yang mengalami difusi iniadalah C (carbon). menjadi + Fe3C melalui suatu kecepatan pendingian perlahan-lahan (kecepatan pendinginan yang lambat).Dalam praktek
kecepatan pendinginan yang lambat dapat dicapai melalui : 1. Pendinginan dalam tungku (Anneal)Pendinginan udara. (Normalizing)Baja yang di Anneal atau Normalizing
hasilnya adalah Lunak.Sehingga proses Anneal dan Normalizing disebut dengan Proses Pelunakan (Softening Proceses).Proses Anneal waktu pendinginannya lebih lambat dibanding proses Normalizing, sehingga Struktur Mikro hasil Anneal
akan lebih kasar dan lebih lunak dari pada hasil Normalizing.Jika Austenit ( ) didinginkan dengan cepat, maka akan diperoleh fasa baru MARTENSIT : MSifat Martensit :
KERAS.Pendinginan yang cepat disebut QUENCH (sepuh).Pelaksanaan pendinginan yang cepat adalah dengan mencelupkan baja panas (Temperatur Austenit), ke dalam mediapendingin (Air, Brine, atau Oli).Ukuran kecepatan pendinginan dari suatu medium pendingin dinyatakan dengan harga Severity of Quench.Pada proses difusi, faktor yang berpengaruh adalah T dan C.Dengan demikian mekanisme menjadi M ( M), adalah bukan difusi. Mekanisme M adalah GESER, melalui BidangGeser.DIPOSKAN OLEH
pembuatan diagram CCT (Continuous Cooling Transformation)Teori DasarHardenability adalah ukuran kemampuan suatu material untuk membentuk fasa martensite.
Hardenability dapatdiukur dengan beberapa metode. Diantaranya metode jominy dan metode grossman. Dari metode tersebut kita akanmendapatkan kurva antara harga
kekerasan dengan jarak quenching dari pusat quench.Asumsi :Ø Laju pendinginan sangat lambatØ Laju Pemanasan lambat
Ø Terjadi mekanisme difusi (perpindahan atom secara individual dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah)Pembentukan martensit terjadi karena baja yang telah dipanaskan sampai suhu austenitnya didinginkan secaracepat/ diquench, sehingga atom karbon tidak sempat berdifusi dan hanya sempat bergeser mengisi rongga-ronggatetrahedral dan oktahedral pada struktur FCC austenit. Karena terisinya rongga-rongga tersebut
sehinggamengakibatkan tidak teraturnya bentuk struktur FCC (laticce site lebih panjang) sehingga terjadi distorsi latismenjadi BCT. Efek ini disebut dengan “Efek
Tetragonalitas”.Proses Heat Treatment :Full annealing adalah proses menaikan temperatur secara perlahan sekitar 50 ºC (90 ºF) diatas Austenitictemperature line A3 atau ACM pada baja Hypoeutectoid (steels with < 0.77% Carbon) dan 50 ºC (90 ºF) pada bajaHypereutectoid (steels with > 0.77% Carbon).Spesimen ditahan sampai semua fasa berubah menjadi austenite. Kemudian secara perlahan didinginkan degan lajupendinginan sekitar 20 ºC/hr (36 ºF/hr).Butir hasil full annealing akan memiliki struktur coarse
pearlite yang mengandung ferrite atau cementite tergantungbaja hypo atau baja hyper.baja hasil full annealing bersifat lunak dan uletNormalizing adalah proses pemanasan melebihi temperatur 60 º C (108 ºF),diatas garis A 3 atau ACM sampai daerahAustenite. Agar pada temperatur ini seluruh fasa berubah menjadi austenite. Kemudian dikeluarkan dari tungku dandidiamkan pada temperatur kamar. Struktur butir yang didapat adalah fine pearlite dengan kelebihan ferrite ataucementite. Material hasil normalizing lunak. Proses normalizing lebih murah daripada full annealing karena tidak adabiaya untuk pengaturan pendinginan tungku.Spheroidization adalah proses annealing dengan kadar karbon yang tinggi (Carbon > 0.6%) yang kemudian akan dicold working atau di machining. Panaskan spesimen sampai temperatur dibawah garis A 1 atau 727 ºC (1340 ºF) tahantemperatur dalam waktu yang lama lau dinginkan perlahan. Metode ini akan menghasilkan struktur dimana semuacementite berada dalam bentuk bulatan kecil (spheroids) yang terdispersi dalammatriks ferrite. Spheroidizationmeningkatkan
ketahanan terhadap abrasi.ANALISIS DATAPada percobaan ini, benda kerja dipanaskan dulu pada temperatur austenisasinya untuk mendapatkan austenit yanghomogen, diatas 727oC, yaitu pada 875oC selama 30 menit, agar panas merata ke seluruh bagian spesimen. Bendakerja dipanaskan sampai fasanya menjadi austenit (g). Kemudian diquenching, didinginkan dengan cepat, melaluimetode water jet pada bagian bawah spesimen. Pendinginan cepat ini bertujuan untuk membentuk martensit yangbersifat keras. Dari data hasil praktikum terlihat distribusi kekerasan yang tidak merata. Semakin jauh dari pusatquench, kekerasan semakin rendah. Hal ini disebabkan oleh laju
namun akan terjadi vapour blanket di sekitarspesimen karena medium quench atau spesimennya statis. Vapour blanket adalah uap air di sekitar spesimen yangterbentuk karena air menguap, fenomena ini dapat dihilangkan dengan mengaduk medium quench ataumenggoyangkan spesimen.Martensit terbentuk dari fasa austenit. Pada awalnya baja memiliki fasa ferrite (BCC) kemudian dipanaskan hinggafasanya menjadi austenite (FCC), jika didinginkan secara lambat akan menghasilkan pearlite (BCC), namun
dalampercobaan ini baja didinginkan dengan cepat sehingga terbentuk martensite (BCT). Pada pembentukan martensite,yang terjadi bukanlah difusi, melainkan mekanisme geser. Pada FCC, atom-atom C menempati rongga oktahedral.Jika pendinginan dilakukan dengan lambat maka atom C tetap pada posisi oktahedral, namun ketika
didinginkandengan cepat atom C menempati rongga tetragonal dengan mekanisme geser, dan strukturnya menjadi BCT (BodyCentered Tetragonal).
Pengaruh laju pendinginan terhadap pembentukan martensit dapat dilihat pada diagram CCT. Spesimen padapercobaan ini adalah AISI 4142, baja dengan 0.4-0.45% C, 0.75-1.00% Mn 0.8-1.10% Cr, sehingga diagram CCT yangdigunakan adalah diagram CCT hypoeutectoid.AISI 4142 memiliki kadar karbon medium, implikasi pada diagram CCT nya adalah, hidungnya tidak terlalu dekatdengan sumbu vertikal dan garis martensite start yang tidak terlalu rendah, memungkinkan terjadinya martensite100% walaupun
pendinginan tidak terlalu cepat.Hardenability band yang didapatkan dari literatur ditunjukkan pada gambar disamping. Jika dibandingkan dengandata yang didapat pada hasil praktikum, pada jarak quenching awal kurva hardenability terletak
dibawahhardenability band, dibawah batas minimum hardenability band. Artinya spesimen ini memiliki sifat hardenabilityyang kurang baik. Seharusnya secara teoritis, baja karbon medium memiliki hardenability yang baik, dan kurvahardenability nya berada pada hardenability band.Kurva hardenability yang didapatkan lebih landai
dibanding hardenability band nya. Hal ini menunjukkan sifathardenability spesimen yang kurang baik.Penyimpangan ini terjadi mungkin karena kadar karbon yang tidak sesuai standar sehingga menimbulkan perbedaanharga kekerasan dengan yang seharusnya. Namun, hanya sebagian kurva yang berada dibawah hardenability band,sehingga kemungkinan faktor penyebabnya bukan kadar karbon. Jika penyebabnya adalah kadar karbon, makakeseluruhan kurva hardenability akan berada dibawah hardenability band.Kemungkinan yang lain adalah ketidakhomogenan panas pada spesimen ketika di dalam tungku, menyebabkan proseshardening tidak maksimal. Hal lain yang dapat mempengaruhi adalah ketika akan melakukan proses quenching,spesimen terlalu lama berada di temperatur ruangan sehingga sempat mengalami pendinginan lambat.
