PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

(1)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Metallography adalah ilmu tentang struktur logam dan paduan, mempelajari prinsip-prinsip pembentukan struktur mikro logam (melalui pengamatan dengan mata telanjang atau menggunakan mikroskop optik dan elektron), perubahan dalam karakteristik fisik, mekanik, listrik, panas dan lainnya. Pengetahuan metallography pada dasarnya mempelajari karakteristik struktural dan susunan dari suatu logam atau paduan logam.

Biasanya melalui keseluruhan potongan disebabkan oleh pembawaan hidrogen atau logam. Dari hal inilah orang mulai mencoba untuk melakukan uji metallography pada suatu material.

Pengamatan struktur logam yang pada intinya adalah pengamatan struktur dan pengenalan yang meliputi tipe, ukuran, distribusi, orientasi, kuantitas. Tipe mewakili nama khas pada logam tertentu misalnya pada besi bisa berupa ferrit, perlite, eutectoid dan sebagainya. Ukuran mewakili dimensi dari fase dibandingkan dengan dimensi lainnya, misalnya ukuran grafit, ukuran grafit flake dan ukuran butir. Distribusi mewakili daerah penyebaran masing-masing fase diantar luasan yang menjadi pengamatan dalam sampel tersebut.

Adapun tahapan-tahapan dalam penelitian metallography diantaranya persiapan spesimen (sample), polishing, proses etsa (etching) dan pengamatan dengan mikroskop optis, sehingga kita dapat mengetahui struktur mikro dari logam-logam.

(2)

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari percobaan metallography ini adalah sebagai berikut:

1. Membedakan struktur mikro logam.

2. Mengenali unsur kimia yang ada pada baja ST41 berdasarkan warnanya.

(3)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori

Metallografi adalah ilmu yang mempelajari struktur mikro suatu logam dan karakteristiknya. Metalografi sangat penting untuk mengetahui ukuran butir, distribusi fasa, dan untuk mengetahui adanya inklusi (kotoran) dalam suatu logam. Hasil dari metallografi tersebut akan menjadi acuan untuk menentukan suatu material telah sesuai dengan spesifikasi yang diminta atau untuk mengetahui proses yang sudah dialami oleh material yang bersangkutan (Vuko, 2020).

Faktor yang sangat mempengaruhi keberhasilan suatu proses metalografi menggunakan mikroskop optik adalah persiapan permukaan spesimen yang akan dilihat. Ini adalah prinsip dasar yang dilakukan oleh bapak metalografi Henry Clifton Sorby (1826 – 1908) yang adalah orang pertama yang mendapatkan hasil polishing dan etsa yang benar dari suatu spesimen. Klasifikasi dari metalografi ada 2 yaitu: Makrografi (Macroexamination/ Macroscopy/ Macrography) dan Mikrografi (Microexamination/ Microscopy/ Micrography).

Makrografi mempelajari struktur logam dan paduannya menggunakan mata telanjang atau menggunakan lensa dengan perbesaran yang kecil sampai dengan 15 kali. Hasil pengamatannya dinamakan makrostruktur.

Mikrografi mempelajari struktur logam dan paduannya menggunakan mikroskop dengan perbesaran mulai dari 20 kali sampai dengan 2000 kali.

Hasil pengamatannya disebut mikrostruktur.

(4)

2.2 Mikroskop Optik

Mikroskop Optik adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan analisis melalui pengamatan material, seperti struktur fasa, butir, orientasi butir, jarak atom, dislokasi, topografi, perpatahan, dan sebagainya. Pada metalografi, secara umum yang akan diamati adalah dua hal yaitu macrostructure (stuktur makro) dan microstructure (struktur mikro). Untuk struktur makro menggunakan mikroskop stereo dengan perbesaran maksimal 50x. Sedangkan untuk struktur mikro menggunakan mikroskop metalografi dengan perbesaran 50x sampai 1000x (Vuko, 2020).

Gambar 2.1 Alat Mikroskop merk Axiolab Sumber: (Modul Praktikum Pengujian Material. 2020) Keterangan:

1. Batang Mikroskop Pengatur

6. Lensa Obyektif 11. Pengatur Terang Lampu

2. Pengatur Fokus 7. Lensa Binokuler 12 Tempat Kabel AC 3. Meja Sampel 8. Tempat Kamera 13. Saklar Pemindah

Arah Nyala Lampu 4. Penggeser Meja

Sampel

9. Tempat Lampu Halogen

5. Penjepit Sampel 10. Saklar on-off

(5)

2.3 Tahapan-tahapan Umum dalam Metallography 2.3.1 Persiapan Spesimen

Pada tahap persiapan spesimen ini akan dibagi menjadi dua tahap yaitu pemotongan spesimen, dan moulding (jika diperlukan). Tahap awal adalah pengambilan spesimen dari benda kerja, yang paling penting dalam hal ini adalah pada saat pemotongan spesimen karena harus dilakukan dengan hati – hati dan menggunakan peralatan yang sesuai, agar tidak terjadi perubahan struktur mikro pada spesimen akibat operasi pemotongan. Alat yang digunakan misalnya gergaji, wire cut. Ukuran juga harus diperhatikan untuk memudahkan tahap selanjutnya, hendaknya spesimen diambil sesuai kebutuhan dan ketersediaan benda kerja. Jika ukuran terlalu besar maka akan mengalami kesulitan dipegang dalam proses grinding dan polishing. Jika ukuran terlalu kecil umumnya dilakukan mounting dengan bakelite moulding pada intinya bakelite moulding adalah proses mounting dengan menggunakan bubuk resin yang didalamnya dimasukkan benda kerja, kemudian diproses dan dipanaskan, sehingga didapatkan resin yang keras dan di dalammnya terdapat benda kerja yang akan diperlakukan metallography. Bakelite moulding ini sangat diperlukan jika dalam proses grinding dan polishing menggunakan alat – alat otomatis.

2.3.2 Polishing

Proses ini menggunakan kertas amplas yang kasar sampai halus.

Tingkat kehalusan kertas amplas ini ditentukan oleh ukuran serbuk silikon karbida yang menempel pada kertas tersebut. Misalnya ada amplas yang memiliki tingkat kehalusan hingga 220, angka 220 menunjukkan bahwa

(6)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT serbuk silikon karbida pada kertas amplas itu bisa lolos dari ayakan hingga mencapai 220 lubang pada luas 1 inchi² (sekitar 625 mm2).

Untuk langkah pertama penggosokkan menggunakan amplas dengan grid 80 dalam satu arah pada permukaan spesimen yang akan diteliti keadaan strukturnya. Setelah itu menggosok kasar lanjutan permukaan spesimen tersebut dengan kertas amplas dengan grid 220 dengan arah lurus arah penggosokkan pertama (arah kedua), dilanjutkan sampai dengan mencapai kertas amplas dengan grid 1500 dengan perubahan arah penggosokan setiap kali penggantian kertas amplas.

2.3.3 Ething (Mengetsa)

Hasil pemolesan yang terakhir akan menghasilkan suatu lapisan yang menutupi permukaan struktur logam. Agar struktur mikro dapat terlihat dengan jelas dibawah mikroskop, lapisan tersebut harus dilarutkan (dihilangkan) dengan cara mengetsa. Mengetsa dalam kamus dapat diartikan sebagai proses pembuatan gambar atau ukiran pada pelat tembaga yang dilapisi lilin dengan benda tajam, kemudian membiarkan garis-garis yang diperoleh itu terkena korosi cairan asam. Hasil pemprosesan ini ialah etsa, yaitu untuk pemeriksaan makro dan mikro yang biasa dipakai dalam Metallography.

Etching yang dipakai pada praktikum kali ini adalah etching mikro yaitu nital. Nital mempunyai komposisi HNO3 1-5 ml dan alkohol (95%) sebanyak 100 ml.

Setelah bahan uji melalui beberapa tahapan, maka benda uji dapat langsung dietsa, caranya tempatkan asam yang akan digunakan untuk mengetsa pada sebuah cawan, kemudian celupkan permukaan benda uji

(7)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT pada asam tersebut dengan waktu yang telah ditetapkan, lalu cuci dengan air hangat (alkohol) untuk menghentikan reaksi. Lalu keringkan dengan udara (kompresor).

Etsa larutan kimia sangat mempengaruhi bentuk permukaan benda uji. Dengan kata lain, baik tidaknya hasil pengetsaan sedikit banyak dipengaruhi oleh larutan kimia untuk pengetsaan. Setelah bahan uji dietsa, diatas seluruh permukaan benda uji akan tampak garis-garis yang tidak teratur. Garis-garis yang tampak itu menunjukkan adanya batas antar butir kristal logam tersebut. Untuk memperjelas bentuk dan corak butir-butir kristal yang berbeda jenisnya itu, bisa diamati dengan menggunakan mikroskop.

Perbedaan beberapa elemen dengan mikroskop yang terkandung dalam bahan uji tersebut meskipun begitu, tidak semua proses pengetsaan menghasilkan hasil etsaan yang memuaskan. Terjadinya kegagalan ini bisa disebabkan oleh beberapa faktor, seperti:

1. Benda kerja kotor karena terlalu lunak atau ada minyak.

2. Pada waktu mencuci, benda kerja tidak bersih.

3. Kurangnya waktu pengetsaan.

4. Terlalu lama waktu yang digunakan dalam pengetsaan.

5. Salah memilih dan menggunakan cairan etsa (etching reagent).

2.3.4 Pengamatan Spesimen

Pada tahap ini spesimen yang sudah di etsa selanjutnya akan diamati dibawah mikroskop dengan pembesaran yang diinginkan.

Pengambilan gambar memanfaatkan pemantulan cahaya dari benda kerja,

(8)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT dimana kontur yang bervariasi akan memamantulkan intensitas yang berbeda-beda.

Pantulan cahaya yang akan menghasilkan gelap terang yang mampu ditangkap oleh mata melalui mikroskop. Untuk mendapatkan gambar tersebut dapat menggunkan kamera manual maupun kamera otomatis yang dihubungkan dengan komputer yang mampu menangkap gambar secara digital. Gambar struktur mikro inilah yang nantinya akan diamati (tipe, bentuk, dan persentase struktur mikronya).

2.3.5 Pengamatan dengan Mikroskop Optik

Pengamatan dengan mikroskop optik dan pengambilan gambar memanfaatkan pantulan cahaya dari benda kerja, dimana kontur yang bervariasiakan memantulkan intensitas yang berbeda juga. Pengamatan mikro struktur mencakup pengamatan penyusun logam dan juga dapat mengenali struktur diluar fase misalnya cacat atau inklusi-inklusi dari unsur lain yang tidak diharapkan.

Gambar 2.2 Daerah Rentang Pengamatan Metallography (Sumber: Modul Praktikum Pengujian Material. 2020)

Pengamatan struktur logam yang pada intinya adalah pengamatan struktur dan pengenalan yang meliput tipe, ukuran, distribusi, orientasi dan

(9)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT kuantitas. Tipe mewakili nama khas pada logam tertentu, misalnya pada besi bisa berupa ferrit, pearlite, eutectoid dan sebagainya. Ukuran mewakili dimensi dari fase dibandingkan dengan dimensi lainnya, misalnya ukuran grafit, ukuran grafit flake dan ukuran butir. Distribusi mewakili daerah penyebaran masing-masing fase diantar luasan yang menjadi pengamatan dalam sampel tersebut. Bentuk dan orientasi mewakili pengambilan ruang dan arah antara satu fase dengan fase lainnya, sedangkan kualitas mewakili jumlah masing-masing fase.

Gambar 2.3 Pengamatan Mikrostruktur

(Sumber: Modul Praktikum Pengujian Material. 2020)

(10)

BAB III

METODE PRAKTIKUM 3.1 Waktu dan Tempat

Praktikum pengujian material ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Lambung Mangkurat. Pada hari Rabu, 16 Desember 2020, pukul 10.00 wita – selesai.

3.2 Alat dan Bahan Bahan :

1. Baja ST 41 yang telah diberi perlakuan panas dan pendinginan dengan oli, air, udara, dan tanpa perlakuan.

2. Alkohol 95%

3. Asam Nitrat (HNO3) 4. Autosol

Alat :

1. Mikroskop optis

2. Hand Grinding dengan Amplas masing-masing 80, 220, 500,800, dan 1500

3.3 Langkah Percobaan

Adapun Langkah – langkah dalam percobaan Metallography ini adalah sebagai berikut:

1. Siapkan 4 buah spesimen uji (3 buah yang telah di heat treatment dan 1 buah yang tanpa perlakuan).

2. Bersihkan dan haluskan satu permukaan dari semua spesimen uji yang diberi perlakuan panas dengan menggunakan kertas gosok agar

(11)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT permukaan dapat diamati. (spesimen uji yang tidak diberi perlakuan permukaannya telah dibersihkan dan dihaluskan pada proses setelah tahap pemotongan).

3. Oleskan autosol pada permukaan semua spesimen uji yang telah dibersihkan dan dihaluskan, kemudian gosok permukaan yang telah diberi autosol pada tisu.

4. Setelah itu letakan masing – masing spesimen uji pada selembar kertas yang berbeda.

5. Permukaan spesimen uji diberikan 20 ml alkohol lalu didiamkan selama 3 menit. Setelah itu baja dibersihkan dengan tisu kemudian diberikan 1 ml asam nitrat, lalu diamkan selama 5 menit hingga bereaksi (proses pengetsaan).

6. Lalu bersihkan permukaan spesimen uji dengan tisu.

7. Amatilah permukaan spesimen uji dengan menggunakan mikroskop optis yang telah terhubung dengan laptop, Kemudian dilakukan pengambilan gambar struktur mikro dari spesimen yang diamati.

(12)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian Metallography

Berikut ini merupakan hasil pengujian metallography pada spesimen baja dengan etching asam nitrat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.1 Spesimen baja ST41 perlakuan panas dengan media pendingin air dan pembesaran 1000 kali.

(Sumber: Data pengamatan praktikum 2020)

Gambar 4.2 Spesimen baja ST41 perlakuan panas dengan media pendingin oli dan pembesaran 1000 kali.

(Sumber: Data pengamatan praktikum 2020)

Alumunium (Al) Sulfur (S) Karbon (C)

Besi (Fe) Aluminium (Al)

Karbon (C)

Besi (Fe) Aluminium (Al)

(13)

Gambar 4.3 Spesimen baja ST41 perlakuan panas dengan media pendingin udara dan pembesaran 1000 kali

(Sumber : Data pengamatan praktikum 2020)

Gambar 4.4 Spesimen baja ST41 tanpa perlakuan dan pembesaran 1000 kali.

(Sumber : Data pengamatan praktikum 2020)

Dari hasil pengamatan pada spesimen dapat kita ketahui jenis logam pada spesimen tersebut berdasarkan warna yaitu :

Sulfur (S) Tembaga (Cu)

Besi (Fe) Karbon (C) Aluminium (Al)

Aluminium (Al) Karbon (C) Sulfur (S) Besi (Fe) Tembaga (Cu)

(14)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT Tabel 4.1 Jenis logam berdasarkan warna

Jenis logam Warna 1. Besi ( Fe)

2. Karbon (C) 3. Tembaga (Cu) 4. Aluminium (Al) 5. Sulfur (S)

Putih Kelabu Hitam

Jingga Keperakan Kuning

4.2 Pembahasan

Pengamatan metalografi didasarkan pada intensitas sinar pantul permukaan logam yang masuk kedalam mikroskop optik sehingga terjadi gambar yang berbeda. Setelah permukaan logam dihaluskan (polish) kemudian diteteskan ke benda kerja, maka permukaan tersebut terkorosi sementara, dan meninggalkan bekas di permukaan. Dari hasil pengujian metalografi, praktikan dapat mengetahui bentuk dan struktur dari logam yang praktikan uji. Pada baja dengan media pendingin air yang telah diamati memiliki bentuk dan struktur bulatan dan garis-garis yang lebih rapat dibanding dengan kerapatan pada baja dengan media pendingin oli, udara, dan tanpa perlakuan. Pada pengujian ini praktikan melakukan pengujian pada satu spesimen yaitu baja ST41 dengan etching (Asam nitrat + Alkohol 95%).

Pada percobaan ini praktikan melakukan pengujian metalografi pada spesimen baja ST41 dengan menggunakan etching nital (Asam nitrat + Alkohol 95%). Spesimen baja ditetesi alkohol kemudian didiamkan selama 3

(15)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT menit. Setelah itu spesimen baja dibersihkan dengan tisu lalu diberikan asam nitrat dan didiamkan sampai 5 menit. Setelah dilakukan pengamatan, terlihat bahwa terdapat bulatan-bulatan kecil yang tersusun rapat dan padat serta terlihat goresan-goresan garis yang tidak begitu nyata pada struktur mikro material tersebut. Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh beberapa hal yaitu proses pembuatan logam, lama mendiamkan etching pada spesimen, cara penghalusan logam (polishing) serta proses finishing logam ( Heat treatment / Proses permesinan).

Dari hasil pengamatan mikro struktur pada spesimen baja, praktikan dapat memprediksi komposisi unsur-unsur logam yang terdapat pada spesimen baja yaitu :

1. Besi ( Fe) berwarna Putih Kelabu.

2. Karbon (C) berwarna Hitam.

3. Tembaga (Cu) berwarna Jingga.

4. Aluminium (Al)

5. Sulfur (S) berwarna Kuning.

Data tersebut didapat dengan pembesaran mikroskop optik sampai 1000 kali. Sehingga dapat praktikan pastikan bahwa logam tersebut termasuk dalam golongan baja karbon. Walaupun dalam hal pengamatan, pembesaran dalam skala tersebut masih belum bisa menunjukkan struktur mikro yang belum jelas.

(16)

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan dari pengujian metallografi ini adalah sebagai berikut : 1. Baja ST41 memiliki bentuk struktur logam yang berbeda, bentuk dari

struktur mikro logam tersebut ada yang berbentuk garis-garis besar dan ada juga garis-garis kecil maupun bintik-bintik pori yang kecil.

2. Unsur kimia yang terdapat pada baja ST41 adalah besi (Fe), karbon (C), tembaga (Cu), aluminium (Al), dan sulfur (S). Dengan variasi warna unsur kimia sebagai berikut :

a. Besi ( Fe) berwarna putih kelabu b. Karbon (C) berwarna hitam c. Tembaga (Cu) berwarna jingga d. Aluminium (Al) berwarna keperakan e. Sulfur (S) berwarna kuning

5.2 Saran

Praktikan harus teliti dalam melakukan pengamatan mikrostrukur logam, karena mikrostruktur tersebut yang membedakan dengan logam lainnya. Praktikan juga harus lebih aktif dalam pengujian dan harus sesuai dengan prosedur pengujian.

(17)

DAFTAR PUSTAKA

Achmad Kusairi S., dkk. 2020. Buku Panduan Praktikum Pengujian Material.

Banjarbaru: Fakultas Teknik.

Juliaptini, Devinta. 2010. Analisis Sifat Mekanik dan Metalografi Baja Karbon Rendah untuk Aplikasi Tabung Gas 3 Kg.

Vuko AT Manurung, dkk. 2020. Panduan Metalografi. Jakarta: LP2M Politeknik Manufaktur ASTRA