Metalografi Kuantitatif

(1)

5.1 Tujuan

1. Mempelajari metoda pengukuran besar butir.

2. Mempelajari dan menganalisa metalografi kuantitatif.

3. Mempelajari metoda Jeffres dan Heyn.

4. Mengetahui bentuk-bentuk fasa dari logam.

5.2 Teori Dasar

Metalografi merupakan analisis dari suatu struktur dan komponen fisis suatu logam atau paduan yang dapat dilihat secara langsung secara visual maupun dengan bantuan peralatan seperti mikroskop optik, mikroskop elektron, dan difraksi sinar-x. Analisis metalografi secara kuantitatif merupakan pengujian yang cukup penting dalam proses fabrikasi suatu logam karena dapat digunakan untuk menentukan fasa yang terbentuk, kekompakan struktur, ukuran butir, dan berbagai karakteristik fisis lainnya (Malage et al., 2015; Lentz et al., 2015). Metalografi kuantitatif (stereologi) adalah bidang metalografi yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuran pada 2 dimensi dengan besaran struktur mikro dalam 3 dimensi dari suatu logam dan paduannya.

Pengukuran besar butir dapat diukur dengan menggunakan:

1. Metoda ASTM

2. Metoda garisHeyn dan interception

3. Metoda bidang datar circle dan Plani metric

A. Metoda Perbandingan ASTM

Besar butir suatu logam dan juga bentuk serta ukuran grafit serpih dan grafit bulat dari besi cor dapat ditentukan dengan standar ASTM. Besar butir nomor G menurut ASTM didefenisikan sedemikian rupa sehingga 2^{G - 1}adalah sama dengan banyaknya butir per inci persegi pada pembesaran 100x.

(2)

besar butir atau ukuran panjang grafit serpih ataupun ukuran besar grafit bulat.

Standar ukuran butir menurut ASTM dapat dilihat pada Metal Handbook ASM vol. 7, “Atlas of Microstructure of Metal Alloys”.

B. Metoda Garis

Gambar 5.1 Konversi nomor ASTM

Sumber: https://www.sekolahtehnik.com/2020/12/metalografi-kuantitatif-pengertian- dan.html

a) Metoda Heyn atau metoda panjang butir rata-rata, L6k yaitu panjang rata-rata segmen-segmen garis dari suatu pengujian yang melintasi batas-batas butir.

L k= n .l v .

∑

^P^k

Dimana :

L6k = panjang butir rata-rata (mm) n = jumlah garis uji

l = panjang garis uji (mm) v = pembesaran foto

∑Pk = jumlah batas butir yang terpotong

(3)

Gambar 5.2 Metoda Heyn

Sumber: https://www.sekolahtehnik.com/2020/12/metalografi-kuantitatif-pengertian- dan.html

b) Metoda garis potong (intercept) ditentukan oleh banyaknya butir yang terpotong oleh sebuah garis lurus (sedikitnya 50 butir).

^Li=_{n . v}^l

Dimana :

L6i = jarak perpotongan rata-rata (mm) n = jumlah garis uji

l = panjang garis lurus (mm) v = pembesaran foto

Gambar 5.3 Struktur mikro IF-Steel (Marshall’s reagent, 400 X).

Sumber: Panduan Perlakuan Panas UNJANI 2021

(4)

A. Metoda Bidang Datar

a) Metoda lingkaran, besar butir rata-rata (Fm) dalam mm² ditentukan dengan persamaan :

Dimana :

Fm = besar butir rata-rata (mm²) FK = lingkaran (mm²)

Z = banyaknya butir dalam lingkaran n = banyaknya butir yang terpotong v = pembesaran foto

Gambar 5.4 Metoda lingkaran

Sumber: https://www.sekolahtehnik.com/2020/12/metalografi-kuantitatif-pengertian-dan.html

b) Metoda planimetrik, dilakukan untuk mengukur besar butir yang terelongasi yaitu dengan cara pengukuran besar butir metoda garis pada berbagai arah ( misal : 0°, 30°, 60°, 90°). Kemudian hasilnya diplot secara grafis atau dihitung ratio antara L6max / L6min .

Gambar 5.5 Metoda planimetrik

Sumber: https://www.sekolahtehnik.com/2020/12/metalografi-kuantitatif-pengertian-dan.html

(5)

% karbon ditentukan dari hubungan : 0,8% C = 100% P

(%P adalah % volume atau % luas dari perlit)

A. Metode Hillard

Dimana :

G = grain size number (ASTM) Ft = keliling lingkaran (cm) P = jumlah titik potong M = pembesaran

Hubungan ukuran butir dengan jumlah butiran per in² (N) dalam pembesaran 100 X adalah :^[11]

5.3 Tata Cara Praktikum 5.3.1 Skema Proses

Metode Jeffres

Menyiapkan Alat dan Bahan

A

(6)

Hitung butir yang terkena garis lingkaran

Menarik garis lurus secara horizontal

Gambar 5.6 Skema proses metode Jeffres

Metode Heyn

Buat lingkaran diatas gambar mikroskopis spesimen uji

Hitung butir yang tidak terkena garis lingkaran

Hitung jumlah butir, rata-rata butir dan faktor Jeffres

Analisa

Kesimpulan

Menyiapkan Alat dan Bahan

Foto Mikrostruktur IF-Steel dengan pembesaran 400x

Buat 4 garis dengan jarak 1 cm garis dengan garis lainnya

A A

(7)

Ukur panjang garis dari ujung gambar sampai ujung lainnya

Gambar 5.7 Skema proses metode Heyn

5.3.2 Penjelasan Skema Proses Metode Jeffres

1. Alat dan Bahan disiapkan diantaranya mikroskop yang terhubung dengan computer, penggaris dan baja AISI 1045.

2. Menggambar lingkaran diatas gambaran mikoskopis spesimen uji.

3. Menghitung banyak butir yang terkena garis lingkaran sebagai n1.

4. Menghitung banyak butir yang tidak terkena garis lingkaran sebagai n2.

5. Menghitung jumlah butir, rata-rata butir dan faktor Jeffres dengan rumus.

6. Data dianalisa dan disimpulkan.

Metoda Heyn

1. Alat dan Bahan disiapkan diantaranya mikroskop yang terhubung dengan computer, penggaris dan baja AISI 1045.

2. Ditentukan struktur mikro IF-Steel dengan pembesaran 400x.

Hitung batas butir yang terpotong oleh garis

Hitung besar butir rata-rata

Analisa

Kesimpulan

A

(8)

5. Panjang garis diukur menggunakan penggaris dari ujung gambar sampai ujung gambar lain.

6. Menghitung bear butir menggunakan rumus.

7. Data dianalisa dan disimpulkan.

5.4 Alat dan Bahan 5.4.1 Alat

1. Mikroskop : 1 Unit

2. Komputer : 1 Unit

3. Penggaris : 1 Buah

5.4.2 Bahan

1. Baja AISI 1045 : 2 Buah

5.5 Pengumpulan Dan Pengolahan Data 5.5.1 Pengumpulan Data

Tabel 5.1 Data gambar batas butir

Keterangan

Spesimen dan Treatmennya: Baja AISI 1045 (Quenching celup)

Metode : Heyn

Rumus L_k=n.l

V

∑

k

P

(9)

Spesimen dan Treatmennya : baja AISI 1045 (Quencing semprot)

Metode : Jeffres

Rumus :

1. Faktor Jeffres F=M

A. lingkaran 2. Jumlah butir

Na=F

(

ⁿ¹⁺ⁿ²²

)

3. Butir rata – rata

¿1

√

^Na

5.5.2 Pengolahan data 1. Heyn

Diketahui : n = 4 L = 62 m pn = 75 v = 400 Ditanya : Lk

Jawab :

Lk=n.l

∑

k p

v

¿4 x 62 75 x 400

= 0,00826 mm 2. Jefferis

(10)

n2 = 22

Ditanyakan : F, Na, Rata – rata Jawab :

a. Faktor jeffres

F=M

A. lingkaran

¿100²

πr² = 10.000 3,14 x 40²

= 1,990 b. Jumlah butir (Na)

Na=F

(

ⁿ¹⁺ⁿ²²

)

Na=1,990

(

³⁰⁺²²²

)

= 1,990 (31)

= 61,69 c. Rata – rata butir

¿1

√

^Na⁼

1

√

⁶¹^,69^{=0,127 mm}

= 127 mikro

5.6 Analisa Dan Pembahasan

Secara teoritis metalografi kuantitatif ini adalah ilmu yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuran-pengukuran yang dibuat pada bidang dua dimensi dengan besaran-besaran struktur mikro dari suatu spesimen berdimensi tiga. Pengukuran – pengukurannya berupa gambar struktur dari potongan, replika, atau lapisan tipis dari logam-logam yang dapat diamati dengan mikroskop optik dan mikroskop elektron.

Pada praktikum ini, hasil yang didapat dari data metalografi kuantitatif adalah :

(11)

Panjang garis uji (L) = 62 mm

Pembesaran foto (v) = 400

batas butir yang terpotong (

∑

^P^k⁾ ^{= 22}

Maka besar butir rata-ratanya adalah : L_k=0,127mm=127μm

5.7 Kesimpulan

1. Karakteristik struktur logam atau paduan logam memiliki sifat fisis dan mekanis yang berbeda tergantung dari jenis perlakuan panas dan proses pendinginannya.

2. Besar butir rata-rata pada metalografi kuantitatif sebesar 0,127mm=127μm.

3. Untuk menentukan jumlah butir pada metode heyn jarak antar garis berjarak 1 cm dari antar garisnya.