LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL TEKNIK METALOGRAFI

LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL TEKNIK METALOGRAFI

KELOMPOK 1

NAMA NPM

Muhammad Kevin Akbar Aurelio 2106703323 Raden Muhammad Naufal Faris

Herviadi 2106703563

Jesaya Marcel Gloryus 2106727853

Christophorus Agung Widyantoro 2106727916

Darell Jeremia Sitompul 2106727922

Ashar Prayoga 2106727954

Muhammad Raihan Aditiyaputra 2106649990 Hernando Fakhri Fasikhin 2106651143

Tarrant Anargiya Ziva 2106652146

Galih Hendra Bhagaskara 2106652612

Ahmad Naufal'alim Ar-rasyid 2106653205

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

2023

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI... 2

BAB 1 PENDAHULUAN...3

1.1. Latar Belakang... 3

1.2. Tujuan...3

BAB 2 DASAR TEORI... 4

2.1. Mounting...4

2.2. Grinding...5

2.3. Polishing...7

2.3.1. Electrochemical Polishing... 8

2.3.2. Mechanical Chemical Polishing...8

2.3.3. Electro Mechanical Polishing (Metode Reinacher)...8

2.4. Etching... 9

2.4.1. Chemical Etching... 9

2.4.2. Electro Etching... 10

BAB 3 METODOLOGI... 12

3.1 Alat dan Bahan... 12

3.2 Prosedur Percobaan... 12

BAB 4 PENGOLAHAN DATA DAN HASIL PENGAMATAN...14

4.1 Data Percobaan...14

4.2 Pengolahan Data...15

BAB 5 ANALISIS...16

5.1 Analisis Percobaan... 16

5.2 Analisis Hasil... 16

5.3 Analisis Kesalahan... 16

BAB 6 PENUTUP...17

6.1 Kesimpulan...17

6.2 Saran...17

REFERENSI... 18

LAMPIRAN...19

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Metalografi merupakan sebuah ilmu yang mempelajari mengenai karakteristik struktur dari logam ataupun paduan. Dari pengujian metalografi ini menggunakan mikroskop sebagai salah satu peralatan penting untuk mempelajari struktur mikro dari suatu logam. Mikroskop ini berkemungkinan untuk kami menghitung ukuran butir, distribusi dari fasa-fasanya dan inklusi yang memiliki efek yang besar terhadap sifat logam. Fasa sendiri merupakan suatu kondisi yang dimana komponen kimianya sama. Struktur mikro merupakan struktur yang hanya dapat dilihat dengan bantuan alat, dalam percobaan kali ini digunakan mikroskop optik yang dijadikan sebagai alat untuk melihat struktur mikro. Struktur makro merupakan suatu struktur yang hanya dapat dilihat secara kasat mata/visual.

Pengamatan metalografi sendiri dibagi menjadi dua, yakni metalografi makro dengan penyelidikan struktur logam dengan pembesaran 10-1000 kali, lalu ada metalografi mikro, yaitu penyelidikan struktur logam dengan pembesaran 1000 kali. Untuk analisis mikro digunakan mikroskop optik. Namun hasil yang didapat bergantung pada preparasi benda uji.

Logam sendiri memiliki sifat-sifat istimewa yang menjadikan dasar dari penggunaannya. Salah satu sifat yang dimiliki logam adalah sifat mekanik. Sifat-sifat mekanik yang dimiliki logam antara lain adalah, kekuatan, kekerasan, keuletan, mampu bentuk, dan mampu las. Sifat-sifat mekanik tersebut disebabkan atas beberapa hal, antara lain komposisi kimia, perlakuan yang diberikan, dan struktur butirannya.

1.2. Tujuan

1. Praktikan dapat mengerti dan melakukan proses praktikum metallography untuk menghasilkan permukaan yang halus dan bebas dari goresan. Proses praktikum metallography dimulai dari melakukan proses heat treatment, mounting, grinding, polishing, dan proses etching.

2. Praktikan memiliki pengalaman dalam melakukan proses etsa untuk beberapa tipe material yang berbeda.

3. Praktikan mampu menganalisis hubungan mikrostruktur dan sifat dari material.

4. Praktikan dapat menentukan fasa dari mikrostruktur.

5. Praktikan dapat menghitung ukuran grain.

6. Praktikan mengetahui cara mengambil gambar dari mikrostruktur.

BAB 2 DASAR TEORI

Dalam menghasilkan permukaan halus dan bebas dari goresan pada suatu logam, setelah dilakukannya heat treatment, terdapat 4 langkah proses yang harus dilakukan, antara lain: mounting, grinding, polishing, dan terakhir etching.

2.1. Mounting

Mounting merupakan suatu metode untuk meletakkan sampel pada media agar memudahkan praktikan dalam menangani sampel yang kecil dan memiliki bentuk yang tidak teratur tanpa merusak sampel tersebut.

Specimen atau sampel yang memiliki bentuk yang tidak teratur akan lebih sulit untuk ditangani, khususnya saat specimen atau sampel melalui proses grinding dan polishing. Ini terjadi pada specimen seperti kawat, plat besi lembaran tipis, thin cut, dan lain-lain. Specimen- specimen ini harus diletakkan pada suatu media (mounting media) untuk mempermudah praktikan. Pada umumnya syarat-syarat yang dibutuhkan untuk material mounting adalah sebagai berikut:

● Inert

● Eksotermis rendah

● Viskositas rendah

● Adhesive

● Berkekuatan yang sama dengan specimen atau sampel

● Memiliki flowability yang baik

● Untuk electro etching dan pengujian SEM, media mounting harus bersifat kondusif.

Media mounting yang akan dipilih harus cocok dengan material dan tipe reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya, material plastik sintetik digunakan untuk mounting. Contohnya adalah resin (castable resin) yang dicampurkan dengan hardener atau bakelite.

Keuntungan dari castable resin adalah lebih mudah untuk digunakan dan juga peralatan yang digunakan lebih sederhana dibandingkan dengan bakelite karena heat dan tekanan tidak diberikan. Tetapi, castable resin tidak memiliki mechanical property yang baik sehingga membuat castable resin tidak cocok digunakan pada material yang

keras. Teknik mounting terbaik adalah menggunakan thermosetting resin dengan bakelite. Material ini adalah dalam bentuk bubuk dan tersedia dalam beberapa warna.

Gambar di bawah adalah ilustrasi skematik proses mounting:

Defect of Mounting

2.2. Grinding

Grinding bertujuan untuk menghaluskan permukaan specimen atau sampel dengan menggosokan grinding paper di atas permukaan sampel atau specimen.

Sampel yang sudah dipotong ataupun corrosive sampel memiliki permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan untuk mempermudah proses observasi struktur material. Proses grinding dilakukan dengan menggunakan grinding paper yang ukuran kertasnya menggunakan unit mesh. Proses grinding harus dimulai dari grinding paper yang memiliki nomor mesh terkecil (100 mesh) hingga grinding paper yang memiliki nomor mesh terbesar (800 – 1500 mesh). Nomor grit yang digunakan pertama pada proses grinding disesuaikan dengan kekasaran permukaan material dan kemampuan deformasi yang diakibatkan oleh sectioning. Lihat tabel dibawah ini:

Media grinding biasanya terdiri dari:

● Silicon Carbide (SiC) ≈ Mohs 9.5

● Aluminium Oxide ≈ Mohs 9.1

● Diamond ≈ Mohs 10

● Emery (Campuran dari Aluminium Oxide dan Iron Oxide, dengan kekerasan yang lebih rendah dari SiC) ≈ Mohs 8

Hal-hal yang harus diperhatikan saat proses grinding adalah penambahan air.

Hal ini bertujuan untuk:

● Membersihkan partikel material yang diakibatkan oleh grinding paper;

● Mengurangi kerusakan yang diakibatkan oleh panas yang terjadi karena gesekan yang dapat mengubah microstructure dari sampel;

● Membuat grinding paper tahan lama;

Hal lain yang harus diperhatikan adalah perubahan arah saat proses grinding.

Arah harus 45° ataupun 90° dari arah sebelumnya. Ini dilakukan untuk menghasilkan goresan yang ada sebelumnya dan permukaan yang rata.

Sampel yang sudah melalui proses grinding akan mengalami deformasi.

Semakin cepat kerja mesin, semakin besar pula deformasi yang terjadi. Saat grinding, defect yang terjadi adalah plane defect. Plane termasuk kedalam bagian dari sampel yang tidak terjadi deformasi sehingga ada perbedaan permukaan di setiap sampel.

Plane defect dapat terjadi karena:

● Sampel diberikan tekanan yang terlalu besar. Tetapi, jika grinding paper tidak flat, permukaan juga tidak akan flat dan akan membuat plane baru;

● Sampel yang sudah melewati proses grinding tidak seragam (hanya beberapa bagian yang sukses digrinding);

● Posisi sampel tidak dalam satu arah.

2.3. Polishing

Polishing bertujuan untuk mendapatkan permukaan sampel yang bebas dari goresan dan menghilangkan irregularity sampel hingga 0.01 μm. Permukaan sampel yang akan diobservasi menggunakan mikroskop harus memiliki permukaan yang rata.

Jika sampel memiliki permukaan yang kasar, observasi microstructure akan sangat sulit karena cahaya yang datang dari mikroskop akan direfleksi oleh permukaan sampel. Ilustrasinya dapat dilihat lewat gambar dibawah ini:

Permukaan yang halus dapat merefleksi cahaya yang datang dengan baik, sedangkan permukaan yang kasar akan merefleksi cahaya yang datang ke arah yang tidak beraturan. Ini dapat mengakibatkan proses observasi pada mikroskop menjadi sulit.

Tahap proses polishing dimulai dari polishing kasar hingga polishing halus.

Ada tiga metode berbeda dalam proses polishing, yaitu:

2.3.1. Electrochemical Polishing

Hubungan antara arus massa jenis dan voltasi divariasikan untuk solusi electrolyte. Untuk material berbeda yang di mana voltase ada pada lembaran tipis terbentuk pada permukaan dan hampir tidak adanya arus yang lewat.

Oleh karena itu, proses etsa sudah selesai. Polishing terjadi pada voltasi yang tinggi.

2.3.2. Mechanical Chemical Polishing

Ini adalah gabungan antara chemical etching dan juga mechanical polishing yang dilakukan secara bersamaan pada plate yang halus. Particle polishing yang abrasive dicampur dengan solusi etching yang umumnya digunakan. Hal-hal yang harus diperhatikan saat melakukan mechanical polishing menggunakan kain yang memiliki suspense seperti Al2O3, SiO2, atau diamond adalah:

● Gerakan sectioning

● Tekanan polishing

● Proses membasuh dan juga pengeringan

● Penyimpanan.

2.3.3. Electro Mechanical Polishing (Metode Reinacher)

Metode ini adalah gabungan dari electrolyte polishing dan juga mechanical polishing. Metode ini cocok digunakan untuk material tembaga, perunggu, precious metal, dan kuningan. Keuntungan menggunakan metode ini antara lain:

● Permukaan yang halus dan bebas dari goresan akan sulit didapatkan menggunakan metode mechanical polishing.

● Ditujukan untuk logam yang sulit untuk dipolish menggunakan metode mechanical polishing.

● Waktu yang dibutuhkan lebih efisien jika dibandingkan dengan metode mechanical polishing.

Pada sisi lain, kerugian jika menggunakan metode ini adalah:

● Electrolyte polishing bersifat korosif dan juga eksplosif,

● Tidak cocok untuk logam yang memiliki dua fasa dikarenakan ada 2 fasa yang mempunyai potensial berbeda sehingga akan sulit untuk diobservasi

● Bagian ujung mounting sampel dikerjakan terlebih dahulu dibandingkan dengan bagian Tengah.

● Sampel yang akan dimounting harus dilubangi terlebih dahulu sehingga bersifat konduktif.

2.4. Etching

Etching adalah proses menyerang atau erosi grain boundary secara selektif dan dibawah control dengan mencelupkan sampel ke dalam cairan etsa dengan atau tanpa listrik pada permukaan sampel sehingga detail structure akan terlihat jelas. Untuk beberapa material, microstructure akan terlihat setelah cairan etsa ditambahkan.

Pengetahuan dalam memilih cairan etsa yang tepat sangat penting.

2.4.1. Chemical Etching

Chemical etching adalah proses mengetsa yang menggunakan chemical solution dimana solution yang digunakan memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihan dapat disesuaikan dengan sampel yang akan diobservasi.

Inilah beberapa contoh yang termasuk kedalam chemical etching:

● Nitrid acid/nital: nitrid acid + alcohol 95% (khususnya untuk baja karbon). Ini bertujuan untuk mendapatkan ferrite pearltite dan juga ferrite dari martensite;

● Picral : picric acid + alcohol (spesial untuk baja). Ini bertujuan untuk mendapatkan ferrite pearlite dan ferrite dari martensite;

● Ferric chloride : Ferric chloride + HCl + water. Ini bertujuan untuk melihat struktur nickel austenitic SS dan tembaga alloy;

● Hydrofloric acid : HF + water. Ini bertujuan unuk mengobservasi struktur alumunium dan alloy-nya;

● Kroll’s regeant : 100ml water + (1 – 3ml HF) + (2 – 6ml) HNO3. Ini bertujuan untuk titanium alloy.

2.4.2. Electro Etching

Electro etching adalah proses etching yang lainnya dan menggunakan reaksi electroetching. Ini dilakukan dengan mengatur voltase, arus, dan juga waktu yang digunakan dalam proses etsa. Metode ini tepat digunakan untuk stainless steel dikarenakan sulit untuk melihat detail structure menggunakan chemical etching.

Region A – B: etching process region Region B – C: unstable region

Region C – D: polishing region

Region D – E: oxygen evolution I at the anode where bubble gas stick and stay at the anode surface for a long time causes pitting.

Observasi microstructure pada material:

● Carbon Steel, adalah material ferrous dengan kandungan karbon yang kurang dari 2,14%. Carbon steel terbagi menjadi dua grup, yang pertama adalah hypoeutectoid steel (< 0.8%C) dan yang kedua adalah hypereutectoid steel (> 8 0.8%C). Ketika komposisi karbon mencapai 0.8% fasa pearlite terbentuk (cementite 6.67%C + 8 ferrite 0.02%C);

● Cast Iron, adalah material ferrous dengan karbon antara 2.5 to 4%C karena kandungan karbon yang tinggi, cast steel menjadi getas.

Berdasarkan metallographynya, cast iron terbagi menjadi 4 kelompok

yang memiliki komposisi karbon, yaitu: malleable cast iron, grey cast iron, white cast iron and nodular cast iron;

● Aluminium Alloys, hampir seluruh microstructure aluminium yang terdiri dari kristal aluminium solid (biasanya bentuknya adalah dendritic) dan hasil produknya bereaksi dengan alloy. Element alloy yang tidak dalam bentuk solid harus dalam fasa campuran eutectic, kecuali untuk Si sebagai produk utama. Eutectic Al-Si terjadi saat sekitar 12% Si;

● Copper Alloys, copper alloy yang dimaksud disini adalah copper alloy dengan alloy zinc. Brass adalah zinc copper alloy dengan elemen lain seperti Pb, Sn, dan Al. Saat fasa diagram Cu-Zn, solubilitas zinc pada α solid solution meningkat dari 32,5 % saat 903°C hingga 39% saat 454°C. Fasa α dalam form FCC, sedangkan fasa β dalam form BCC.

BAB 3 METODOLOGI 3.1 Alat dan Bahan

Beberapa alat dan bahan yang digunakan pada percobaan metalografi adalah sebagai berikut:

Alat

1. Rotary Grinder 2. Mikroskop Optik 3. Heat Gun

4. Wadah Bahan

1. Alkohol

2. Kertas Amplas (grit: 200, 800, 1000, dan 1200) 3. Aquades

4. Nitrit

5. Sampel uji logam (spesimen)

3.2 Prosedur Percobaan

Langkah-langkah dalam menyiapkan sampel adalah sebagai berikut:

1. Melakukan proses mounting dengan menuangkan resin dan hardener pada cetakan mounting

2. Mengampelas spesimen yang telah di-mounting pada alat untuk memutar amplas (rotating disc). Menahan spesimen menghadap kebawah dengan sedikit ditekan.

Menahan posisi serata mungkin agar hasil pengamplasan rata.

3. Mencuci spesimen, kemudian mengulangi langkah kedua dengan kertas amplas yang lebih halus. Spesimen harus diputar 90 derajat agar bekas goresan pengamplasan sebelumnya dapat dihilangkan.

4. Mencuci spesimen setelah seluruh rangkaian pengampelasan selesai.

5. Memoles spesimen dengan meletakan kain poles pada rotating disc dengan Alumina (serbuk aluminium oksida yang disuspensikan dalam air) sebagai polishing agent sampai permukaannya mengkilap.

6. Mencuci dan mengeringkan spesimen.

7. Melakukan proses etsa pada spesimen dengan zat etsa yang sesuai selama durasi yang telah ditentukan.

8. Mencuci spesimen dengan aquades dan mengeringkan spesimen.

9. Spesimen telah siap untuk diobservasi.

10. Melakukan observasi spesimen di bawah mikroskop.

11. Menanyakan pada asisten laboratorium apakah gambar yang didapatkan sudah cukup jelas. Jika belum, melakukan proses poles dan etsa kembali.

12. Melakukan penarikan garis pada gambar yang didapatkan dari mikroskop.

13. Gambar harus didapatkan dalam pembesaran lebih dari 100X (microscale) dan kurang dari 100X (macroscale)

Percobaan pada praktikum ini menggunakan photomicrograph. Praktikan mendiskusikan beberapa bentuk mikrostruktur pada material steel dan logam non-ferrous seperti yang telah praktikan pelajari pada kelas Material Teknik, dan karakteristiknya setelah proses yang dilalui pada produksi. Mikroskop optik akan digunakan untuk mengobservasi sampel yang telah disiapkan oleh praktikan, kemudian lakukan sketch pada gambar.

BAB 4

PENGOLAHAN DATA DAN HASIL PENGAMATAN 4.1 Data Percobaan

Setelah dilakukannya proses mounting, grinding, polishing, dan juga etching.

Spesimen diobservasi di bawah mikroskop untuk mengamati struktur dari spesimen tersebut.

Setelah dilakukan observasi dengan perbesaran 20x, didapatkan hasil seperti berikut:

4.2 Pengolahan Data

Untuk pengolahan data dapat menggunakan rumus berikut

Dengan

Sehingga dapat mencari G dengan rumus :

Keterangan :

NA = grain number per𝑚𝑚² f = Jeffries multiplier

Ninside = jumlah butir di dalam lingkaran/persegi panjang

Nintercept = jumlah butir yang berpotongan dengan lingkaran/persegi Panjang M = besar perbesaran

G = ASTM grain size

= 6 𝑁𝑖𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒

𝑁𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝 = 6 𝑀 = 200 𝑥 𝑓 = 5000 ^{200 2}

Maka dari data yang dihasilkan, kita dapat menghitunggrain size:

𝑁𝑎 = 8(6 + 6/2) 𝑁𝑎 = 6(9)

𝑁𝑎 = 72

Dan nilai G:

𝐺 = [3. 322 𝑙𝑜𝑔 𝑁𝑎] − 2. 95 𝐺 = [3. 322 𝑥 𝑙𝑜𝑔 72] − 2. 95 𝐺 = 3. 22

Sehingga, untuk nilai per𝑚𝑚², kita perlu membagi kedua nilai tersebut dengan 10. Sehingga hasilnya adalah Na = 7.2 dan G = 0.322

BAB 5 ANALISIS 5.1 Analisis Percobaan

Dari percobaan metalografi kali ini kami mendapatkan data dari pengamatan mikroskopis bahwa padasurfacebesi yang sudah dilas memiliki 3 bagian yang berbeda, yakni base, area weld, dan haz.

5.2 Analisis Hasil

Setelah proses grinding, polishing, dan etching,kami mendapatkan hasil foto dari percobaan praktikum metalografi seperti gambar diatas setelah diamplas atau dihaluskan, Gambar sample yang diperoleh hanya terlihat garis-garis hitam dan abu abu tidak terdapat bulatan kecil dari sample yang kami gunakan awal. Pada perbesaran 20x terlihat garis yang sedikit tidak beraturan karena terjadi saat proses kelompok kami saat menghaluskan mash menggunakan berbagai sudut derajat yang berganti-ganti, sehingga garisnya tampak ada yang kekanan dan kekiri atau berlawanan.. Lalu, dari hasil perhitungan grain size, didapatkan nilai Na dan G dalam mm berturut-turut: 7.2 dan 0.322.

5.3 Analisis Kesalahan

Hasil tersebut dapat diperoleh akibat aspek human error(kesalahan praktikan). Salah satunya disebabkan oleh ketidakmampuan praktikan dalam memastikan kerataan permukaan spesimen selama proses grinding. Sehingga terdapat garis yang melintang di permukaan yang diobservasi sehingga permukaan yang diobservasi terbagi menjadi beberapa sisi.

BAB 6 PENUTUP 6.1 Kesimpulan

● Mahasiswa sebagai peserta praktikum dalam metalografi telah memahami dan mempelajari pelaksanaan proses metalografi melalui berbagai langkah secara langsung. Mereka telah terlibat dalam berbagai tahap praktikum, termasuk tahap mounting yang dijelaskan oleh asisten praktikum tanpa dilakukan secara langsung, serta metode grinding, metode polishing, metode etching, dan tahap observasi menggunakan mikroskop.

● Mahasiswa sebagai peserta praktikum dalam metalografi telah mengaplikasikan secara langsung proses etsa dengan melakukan chemical etching. Langkah ini dilakukan setelah melalui tahap polishing, dimana spesimen dicelupkan ke dalam larutan etsa (etching), dibersihkan dengan larutan aquades, dan dikeringkan menggunakan heat gun.

6.2 Saran

1. Sebaiknya praktikan diberi pencerdasan mengenai cara mengamplas yang baik dan benar,

2. Sebaiknya disediakan 2 tambahan sarung tangan dan amplas tambahan supaya anggota kelompok lain dapat sekaligus mengamplas pada waktu yang sama sehingga menghemat waktu praktikum,

3. Sebaiknya jumlah asisten yang mengawas ditambah agar menghemat waktu menunggu asisten apabila asisten sedang membantu praktikan lain.

4. Untuk selanjutnya, sebaiknya praktikum dilaksanakan dengan tepat waktu untuk menghindari waktu yang terbuang.

REFERENSI

(n.d.). LASKAR TEKNIK.https://laskarteknik.co.id/

Bhattacharyya, B., Doloi, B. (2020). Modern Machining Technology: Advanced, Hybrid, Micro Machining and Super Finishing Technology. Academic Press.

https://doi.org/10.1016/C2016-0-04195-5

Gale, W. F. ., Totemeier, T. C. . (2004). Smithells Metals Reference Book (8^thed).

Butterworth-Heinemann.

https://www.sciencedirect.com/book/9780750675093/smithells-metals-reference book#book-info

Islam, S. Butola, B. S. . (2019). The Impact and Prospects of Green Chemistry for Textile Technology: A volume in The Textile Institute Book Series. Woodhead Publishing.

https://doi.org/10.1016/C2017-0-01957-2

Kagayama, M., Sasano, Y. (1999). Mounting techniques for confocal microscopy.

Methods in Enzymology, 307(5).https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)07007-X Song, B., Wen, S., … Shi, Y. . (2021). Selective Laser Melting for Metal and Metal Matrix

Composites: A volume in 3D Printing Technology Series. Academic Press.

https://doi.org/10.1016/C2018-0-01940-4

LAMPIRAN Berikut lampiran dokumentasi selama kegiatan praktikum.