Laporan heat treatment

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Suatu Negara dikatakan maju jika konsumsi terhadap material logamnya tinggi. Kebutuhan logam yang semakin tinggi menuntut kita untuk semakin cerdas dalam menyediakan suatu material yang dapat memenuhi kebutuhan manusia, material yang baik bukan hanya material yang keras, namun material tersebut harus memenuhi fungsi yang baik dalam kehidupan manusia dan memiliki umur yang panjang. Perlakuan panas adalah suatu ilmu yang mempelajari bagaimana mengubah struktur mikro dari suatu material agar tercapai sifat mekanik yang memenuhi fungsi yang dibutuhkan.

Ilmu perlakuan panas merupakan ilmu yang sangat penting dalam pembelajaran memperbaiki sifat mekanik suatu material.

Pada dasarnya konteks dari Teknik Metalurgi itu sendiri merupakan suatu disiplin ilmu yang melibatkan proses pembentukan, penguatan, perlindungan, perbaikan, dan menganalisa suatu logam agar layak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai mahasiswa Teknik Metalurgi tentu perlu memahami, mengetahui,mengerti, mampu mengoprasikan alat-alat dan menguasai proses-proses pada praktikum perlakuan panas karena ini akan bisa meningkatkan kemampuan seorang sarjana metalurgi sehingga bisa diaplikasikan nantinya didunia kerja.

Laporan diupayakan agar mudah dipahami oleh pembaca dan disusun sedemikian rupa agar mudah dipahami isi dari proses perlakuan panas pada baja dan penerapannya dalam industri. Bahkan kita harus mampu menganalisis suatu pengamatan yang berlangsung selama praktikum perlakuan panas. Hal ini dilakukan agarilmunya dapat diterapkan dalam pengaplikasian dalam dunia nyata.

1.2 TUJUAN

Tujuan penelitian pada Laporan Akhir Praktikum Perlakuan Panas ini yaitu:

 Memahami tata cara perlakuan panas dan pendinginan dengan berbagai media pendingin dengan spesimen uji AISI 1045

 Memahami pengaruh pemanasan hingga temperature austenisasi dengan media pendingin yang berbeda terhadap kekerasan spesimen uji AISI 1045

 Memahami mekanisme pengujian hardenability Jominy Test dan Grossman and Bain

 Memahami perbandingan hasil pengujian hardenability Jominy Test dan Grossman and Bain

 Memahami pengaruh ketebalan benda pada nilai hardenability

 Dapat mengetahui struktur dan fasa logam dengan proses metalografi kualitatif  Dapat mengetahui pengaruh perlakuan dan media pendingin pada struktur dan

fasa

 Dapat mengetahui proses-proses metalografi kualitatif

 Dapat mengidentifikasi sifat mekanik logam dengan proses metalografi kualitatif

 Mampu melakukan pengujian metalografi

 Dapat mengetahui dan memahami pengukuran besar butir rata-rata

 Dapat melakukan pengukuran besar butir dengan menggunakan metode garis Heyn dan Interception serta metode bidang datar Circle

 Dapat memahami hubungan sifat mekanik dan diameter butir 2.1 BATASAN MASALAH

Di dalam pembuatan laporan akhir ini, adapun batasan masalah yaitu :  Bagaimana cara melakukan pengujian mampu keras dan menganalisis proses

jominy test?

 Bagaimana cara melakukan proses pengerasan quenching serta membaca hasil pengukuran kekerasan material pada alat uji kekerasan?.

 Bagaimana cara melakukan proses annealing dan normalizing dan membaca hasil pengukuran kekerasan material pada alat uji kekerasan?.

 Bagaimana cara melakukan metalografi kualitatif dan proses-proses pengerjaaan sampai pemeriksaan struktur fasa, dan membaca struktur fasa suatu material dengan mikroskop?

 Bagaimana cara menentukan nilai besar butir suatu material? 2.2 METODE PENELITIAN

Metode penulisan yang digunakan pada Laporan Akhir Praktikum Perlakuan Panas menggunakan beberapa metode, baik dalam hal penulisan, penyusunan, maupun pengolahan data. Beberapa metode yang digunakan sebagai berikut:

 Pengamatan (observation)

Pengumpulan dan pengolahan data hasil dari materi dasar dan praktikum  Pencarian (searching)

Mencari bahan dari berbagai sumber untuk memudahkan pembahasan dan sebagai penambahan wawasan

 Diskusi (discussion)

2.3 SISTEMATIKA PENULISAN

Laporan akhir Perlakuan Panas ini terdiri dari Pendahuluan dan 5 bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Pada pendahuluan ini berisikan latar belakang, tujuan praktikum, batasan masalah, sistematika penulisan.

BAB II PERLAKUAN PANAS

Pada bab ini berisikan tentang tujuan, skema proses, alat dan bahan, data pengamatan, analisa dan pembahasan, kesimpulan dari praktikum pengujian mampu keras.

BAB III SIFAT MAMPU KERAS

Pada bab ini berisikan tentang tujuan, skema proses, alat dan bahan, data pengamatan, analisa dan pembahasan, kesimpulan dari praktikum proses pengerasan (hardening).

BAB IV METALOGRAFI KUALITATIF

Pada bab ini berisikan tentang tujuan,, alat dan bahan, tata cara praktikum, pengumpulan dan pengolahan data, analisa dan pembahasan, dan kesimpulan dari praktikum metalografi kualitatif.

BAB V METALOGRAFI KUANTITATIF

Pada bab ini berisikan tentang tujuan, alat dan bahan, tata cara praktikum, pengumpulan dan pengolahan data, analisa dan pembahasan, dan kesimpulan dari praktikum metalografi kualitatif.

2.4 LOKASI PRAKTIKUM

Dosen Perlakuan Panas : Bpk Kusharjanto ST.,MT Assisten Lab : Eka Nurhanifah

Hari/Tanggal : jum;at 10 april - jum’at 17 april Tempat : Laboratorium Logam

Jurusan : Teknik Metalurgi Fakultas : Teknik

Universitas : Universtitas Jenderal Achmad Yani

BAB II

PERLAKUAN PANAS

2.1 TUJUAN

 Agar dapat mengetahui tahapan proses perlakuan panas

 Untuk mengetahui perbedaan proses perlakuan panas antara proses Quenching, Normalizing dan Annealing

 Dapat mengetahui nilai kekerasan setiap spesimen yang telah melalui proses perlakuan panas yang berbeda-beda

2.2 TEORI DASAR

Proses pelakuan panas adalah suatu proses yang terdiri dari proses pemanasan dan proses pendingin pada logam dan paduannya dengan cara tertentu yang bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat material yang diinginkan.Secara umum proses perlakuan panas adalah sebagai berikut:

 Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula.  Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya merata  Pendinginan dengan media pendingin (air, oli atau udara)

Ketiga hal diatas tergantung dari material yang akan di heat treatment dan sifat-sifat akhir yang diinginkan. Melalui perlakuan panas yang tepat tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Secara umum unsur-unsur paduan ditambahkan dalam baja dengan kadar tertentu bertujuan untuk:

 Meningkatkan kekerasan  Menaikkan keuletan

Berikut ini beberapa jenis proses perlakuan panas diantaranya :  Quenching

Proses Quenching biasa dilakukan pada semua perkakas dan bagian penting dari mesin yang berkaitan dengan hal yang berat. Tujuan mengeraskan perkakas adalah untuk mendapatkan nilai kekerasannya, sedangkan tujuan mengeraskan bagian mesin adalah untuk meningkatkan kekuatan tarik serta kekuatan luluhnya. Namun biasanya bila kekerasan tinggi maka kekuatan tariknya dan kekuatan luluhnya rendah, oleh karena itu proses hardening yang dilakukan adalah dengan cara melakukan proses tempering setelah dilakukan pendinginan cepat. Biasanya proses hardening yang umum dilakukan adalah

dengan memanaskan baja sampai temperature austenisasinya kemudian ditahan untuk beberapa lama lalu didinginkan secara cepat

Gambar 2.1 proses Quenchimg yang umum

Pada saat dilakukan pendinginan lambat fasa austenit (FCC) akan berubah sel satuannya menjadi BCC kembali. Namun karena adanya pendinginan cepat maka ada atom karbon yang terjebak pada kisi tegak sehingga austenite bertransformasi menjadi fasa martensit dengan sel sastuan BCT. Martensit inilah yang bersifat keras dan getas. Contoh specimen yang berfasa martensit adalah roda gigi, pahat potong, dan dies. Temperatur pemanasan untuk proses hardening sama dengan proses seperti annealing dan normalizing. Tetapi ada perbedaan sedikit bila baja yang ingin dikeraskan mempunya kadar karbon lebih besar dari 0,8%, maka pemanasannya dilakukan pada temperature A13 +50-100°C sehingga struktur yang terbentuk adalah martensit serta karbida yang tidak larut, dimana kekerasannya lebih tinggi. Agar diperoleh hasil yang baik dari proses pengerasan, maka benda kerja sebaiknya harus dibersihkan terlebih dahulu. Untuk baja karbon rendah dan baja paduan rendah tidak perlu dilakukian preheat (pemanasan awal). Namun pada baja perkakas harus dipreheat terlebih dahulu karena banyaknya unsur paduan sehingga konduktivitas panasnya menurun. Pada pendinginnya harus dengan media pendingin cepat agar atom karbonya terjebak pada kisi tegaknya. Adapun media pendingin yang sering dipakai untuk proses hardening adalah:

- Air - Oli

- Brine

 Normalizing

Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilkukan dengan cara memanaskan baja sampai temperatur austenisasi (Tγ) kemudian didinginkan dengan media udara dimana akan didapatkan fasa berupa pearlite. Baja carbon tinggi seperti die steel dan HSS (High Speed Steel) tidak pernah dilakukan proses ini karena baja-baja ini dikeraskan menjadi struktur martensite dengan cara pendinginan di udara. Normalizing umumnya dipergunakan pada baja carbon rendah dan plain carbon dengan tujuan sbb:

- .memperhalus ukuran butir dan menghomogenisasikan struktur mikro dari hasil coran dan tempa, sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik dalam proses pengerasan baja.

- untuk meningkatkan mampu mesin dengan komposisi karbon sekitar 0.3 % C

- memperhalus karbida kasar yang mempunyai precipitate selama pendinginan lambat setelah proses pengerjaan panas.

Sebagai contoh dibawah ini disajikan informasi mengenai perubahan yang terjadi pada sifat mekanik pada material setelah mengalami proses normalizing.

 Annealing

Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan lambat didalam tungku. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengurangi kekerasan dari baja dan membuat struktur yang mudah dilakukan proses pemesinan. Selain itu anneling bertujuan untuk memperbaiki sifat – sifat antara lain:

- mampu mesin - mampu bentuk - keuletan

- kehomogenan struktur

- menghilangkan tegangan dalam

- persiapan struktur unutk proses perlakuan panas

temperatur dan laju pendinginan dari annealing tergantung dari hasil yang diinginkan dari struktur mikronya.

Faktor yang mempengaruhi proses perlakuan panas  Temperatur Pemanasan

Temperatur pengerasan yang digunakan tergantung pada komposisi kimia (kadar karbon). Temperatur pengerasan untuk baja karbon hipoeutektoid adalah sekitar 20 - 500_{C di atas garis A3, dan untuk baja}

karbon hipereutektoid adalah sekitar 30 - 500_{C diatas garis A13 (lihat}

Gambar ) Jika suatu baja misalnya mengandung misalnya 0.5 % karbon (berstruktur ferit dan pearlit) dipanaskan sampai temperatur di bawah A1, maka pemanasan tersebut tidak akan mengubah struktur awal dari baja tersebut. Pemanasan sampai temperatur diatas A1 tetapi masih dibawah temperatur A3 akan mengubah perlit menjadi austenit tanpa terjadi perubahan apa-apa terhadap feritnya.

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 1100 1200 Kadar Karbon % Temperatur (C) A1 723 A 1,3 A2 Acm P + C F + P P A + C Austenit Ferit A + F E

Gambar 2.2 Diagram Temperatur pemanasan sebelum Quenching

Quenching dari temperatur ini akan menghasilkan baja yang semi keras karena austenitnya bertransformasi ke martensit sedangkan feritnya tidak berubah. Keberadaan ferit dilingkungan martensit yang getas tidak berpengaruh pada kenaikan ketangguhan. Jika suatu baja dipanaskan sedikit diatas A3 dan ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu agar dijamin proses difusi yang homogen, maka struktur baja akan bertransformasi menjadi austenit dengan ukuran butir yang relatif kecil. Quenching dari temperatur austenisasi akan menghasilkan martensit dengan harga kekerasan yang maksimum. Memanaskan sampai ke temperatur E (relatif lebih tinggi diatas A3 ) cenderung meningkatkan ukuran butir austenit. Quenching dari temperatur seperti itu akan menghasilkan struktur martensit, tetapi sifatnya, bahkan setelah ditemper sekalipun, akan memiliki harga impak yang rendah. Disamping itu mungkin juga timbul retak pada saat diquench.

Pada baja hipereutektoid dipanaskan pada daerah austenit dan sementit, kemudian didinginkan dengan cepat agar diperoleh martensit yang halus dan

karbida-karbida yang tidak larut. Struktur hasil quench memiliki kekerasan yang sangat tinggi dibandingkan dengan martensit. Jika karbida yang larut dalam austenit terlalu sedikit, kekerasan hasil quench akan tinggi. Jumlah karbida yang dapat larut dalam austenit sebanding dengan temperatur austenisasinya. Jumlah karbida yang larut akan meningkat jika temperatur austenisasinya dinaikkan. Jika karbida yang terlarut terlalu besar, akan terjadi peningkatan ukuran butir disertai dengan turunnya kekerasan dan ketangguhan

 Lama Pemanasan

Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pengerasan tergantung pada beberapa faktor seperti jenis tungku dan jenis elemen pemanasnya. Lama pemanasan pada temperatur pengerasannya tergantung jenis baja dan temperatur pemanasan yang dipilih dari rentang temperatur yang telah ditentukan untuk jenis baja yang bersangkutan. Dalam banyak hal, umumnya dipilih temperatur pengerasan yang tertinggi dari rentang temperatur pengerasan yang sudah ditentukan. Tetapi jika penampang-penampang dari benda kerja yang diproses menunjukkan adanya perbedaan yang besar, umumnya dipilih temperatur pengerasan yang rendah.

Pada kasus yang pertama, lama pemanasannya lebih lama dibandingkan dengan lama pemanasan pada kasus kedua. Untuk mencegah timbulnya pertumbuhan butir, baja-baja yang tidak dipadu dan baja paduan rendah, lama pemanasannya harus diupayakan lebih singkat dibanding baja-baja paduan tinggi seperti baja-baja hot worked yang memerlukan waktu yang cukup untuk melarutkan karbida-karbida yang merupakan faktor yang penting dalam mencapai kekerasan yang diinginkan

 Media Quenching

Tujuan utama dari proses pengerasan adalah agar diperoleh struktur martensit yang keras, sekurang-kurangnya di permukaan baja. Hal ini hanya

baja didinginkan pada suatu laju yang dapat mencegah terbentuknya struktur yang lebih lunak seperti perlit atau bainit. Tetapi berhubung sebagian besar benda kerja sudah berada dalam tahap akhir dari proses , maka kualitas medium quenching yang digunakan harus dapat menjamin agar tidak timbul distorsi pada benda kerja setelah proses quench selesai dilaksanakan. Hal tersebut dapat dicapai dengan cara menggunakan media quenching yang sesuai tergantung pada jenis baja yang diproses, tebal penampang dan besarnya distorsi yang diijinkan. Untuk baja karbon, medium quenching yang digunakan adalah air, sedangkan untuk baja paduan medium yang disarankan adalah oli.

 Pengaruh Unsur Paduan Pada Pengerasan

Sifat mekanik yang diperoleh dari proses perlakuan panas terutama tergantung pada komposisi kimia. Baja merupakan kombinasi Fe dan C. Disamping itu, terdapat juga beberapa unsur yang lain seperti Mn, P, S dan Si yang senantiasa ada meskipun sedikit, unsur-unsur ini bukan unsur pembentuk karbida . Penambahan unsur-unsur paduan seperti Cr, Mo, V, W, T dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan, unsur-unsur ini merupakan unsur pembentuk karbida yang kuat.

2.3 TATA CARA PRAKTIKUM 2.3.1 SKEMA PROSES

Baja AISI 1045

LABORATORIUM LOGAM TEKNIK METALURGI UNJANI 2014-2015 12

Pengamplasan

Pemanasan spesimen menggunakan tungku muffle Holding Time Pendinginan : Quenching Air Quenching Oli Normalizing Annealing Pengujian Kekerasan Analisa

Gambar 2.3 skema proses

2.3.2 PENJELASAN SKEMA PROSES

 Siapkan 4 (empat) batang silender spesimen yang akan dilakukan proses perlakuan panas

 Masukan spesimen baja AISI 1045 kedalam tungku  Panaskan tungku hingga mencapai temperatur 850° C  Lakukan penahanan waktu (Holding time) selama 15 menit

 Keluarkan spesimen dari dalam tungku yang dilanjutkan dengan proses pendinginan

 Spesimen pertama dilakukan proses pendinginan dengan metode Quenching dengan menggunakan media pendingin air dan pada spesimen kedua menggunakan media pendingin oli. Untuk spesimen yang ketiga metode pendinginannya yaitu Normalizing kemudian metode pendinginan Annealing dilakukan pada spesimen yang ke empat.

 Proses pengamplasan pada permukaan bagian bawah dan atas dari batang silinder

 Dilakukukan pengujian kekerasan dengan menggunakam mesin Hardness Rockwell skala C pada masing-masing batang silinder

 Analisa praktikum yang telah dilakukan

 Pembuatan kesimpulan berdasarkan praktikum yang telah dilakukan 2.4 ALAT DAN BAHAN

2.4.1 ALAT

 Tungku pemanasan  Penjepit spesimen

 Sarung tangan tahan panas  Kain bekas

 Mesin Uji Keras Rockwell

2.4.2 BAHAN

 Spesimen Baja AISI 1045  Spesimen Baja AISI 4140  Ampelas

 Air  Oli

2.5 DATA PENGAMATAN

2.5.1 PENGUMPULAN DATA

 Jenis material : AISI 1045  Temperatur Austenite : 850° C

 Penahanan waktu pada temperature austenite : 15 menit  Media pendingin : Air , oli , dan udara

 Metode pengujian kekerasan : Indentasi

 Jenis mesin/alat pengujian kekerasan: Rockwell skala C  Jenis Indentor

 Beban Mayor : 150 Kg  Beban Total : 160 Kg

 Waktu Penekanan : 10 detik

2.2 tabel pengamatan

NO Jenis Spesimen Spesimen Uji Penahanan Waktu Media Pendingin 1 AISI 1045 Quenching Air 15 menit Air 2 AISI 1045 Quenching Oli 15 menit Oli 3 AISI 1045 Normalizing 15 menit Udara di

ruang terbuka 4 AISI 1045 Annealing 15 menit Udara di

dalam tungku

2.3 Tabel pengujian kekerasan

NO Spesimen Uji Nilai kekerasan (HRC) HRC 1 2 3 1 Quenching Air 49 48.5 46.5 48 2 Quenching Oli 25.5 29 30 28.2 3 Normalizing 10.5 10 11 10.5 4 Annealing 15.5 17.5 19 17.33

2.5.2 PENGOLAHAN DATA

2.5.2.1. GRAFIK PROSE KERJA

2.4 Gambar grafik proses kerja

2.5.2.2 Diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin

Gambar 2.5 diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin

2.6 ANALISA DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan bahwa spesimen yang digunakan merupakan baja dengan kodefikasi AISI 1045 dimana baja tipe ini merupakan baja tanpa paduan yang memiliki kandungan karbon 0,45 % dari data yang diperoleh bahwa baja tipe tersebut pada saat proses pemanasan didalam tungku tidak dilakukan proses pre-heating terlebih dahulu karena baja yang digunakan bukan termasuk baja paduan. Waktu penahanan pada saat proses pemanasan yaitu selama 15 menit pada temperature austenite atau pada temperature 850 ° C. kemudian dilakukan pendinginan dengan menggunakan tiga metode yaitu Quenching, Normalizing, dan Annealing.

Secara teoritis spesimen yang didinginkan dengan berbagai media pendingin memiliki tingkat kekerasan yang bervariatif, urutan tingkat kekerasanya adalah sebagai berikut :

1. Air 2. Oli

3. Udara luar

4. Udara didalam tungku

Hal ini berdasarkan kecepatan media pendingin dalam mendinginkan spesimen, tetapi dari data yang diperoleh pada saat praktikum tingkat

kekerasan antara media pendingin udara luar (normalizing) dengan media pendingin udara didalam tungku (annealing) menunjukan bahwa spesimen yang didinginkan dengan media pendingin udara luar (normalizing) kekerasanya lebih rendah dibanding dengan media pendingin udara dalam tungku (annealing) sebagaimana yang di tunjukan dalam grafik dibawah ini :

Gambar 2.6 diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin

Ada beberapa faktor yang menyebabkan ketidaksuain tersebut diantaranya adalah preparasi permuakaan spesimen yang tidak berjalan sesuai dengan posedur atau terjadi kesalahan teknis mengingat spesimen yang di proses annealing disediakan langsung oleh assisten sehingga bisa saja terjadi hal-hal yang dapat menyebabkan spesimen tersebut mengalami kasus seperti demikian atau faktor lainya yaitu terjadinya kesalahan pada alat ukur uji kekerasan

2.7 KESIMPULAN

 Komposisi paduan spsimen dapat mempengaruhi proses perlakuan panas

 Terdapat beberapa parameter proses perlakuan panas yaitu temperatur dan waktu

 Factor kesalahan prosedur kerja, human error, dan kesalahan alat dapat menyebabkan tidak sesuainya data hasil secara teori dengan data hasil praktikum

 Metode pendinginan dalam proses perlakuan panas dapat mempengaruhi kekerasan suatu logam