Muhammad Rafa Athallah
Perlakuan Panas dan Rekayasa Permukaan - 01
NPM: 2106729064
Thermocouple
● Definisi
● Prinsip Kerja
● Jenis
Definisi Thermocouple
Thermocouple atau Termokopel adalah sebuah sensor suhu yang terdiri dari dua jenis logam yang dihubungkan bersama pada satu ujung dan terpisah pada ujung yang lainnya. Ketika kedua ujung tersebut dikenai suhu yang berbeda, maka akan terjadi beda potensial listrik atau tegangan termoelektrik yang dapat diukur dan dikonversi menjadi besaran suhu. Prinsip kerja termokopel didasarkan pada efek Seebeck, yaitu fenomena terbentuknya beda potensial listrik ketika ada perbedaan suhu pada dua titik yang berbeda pada suatu logam atau bahan konduktor lainnya. Termokopel sering digunakan dalam aplikasi industri dan laboratorium untuk mengukur suhu dalam rentang yang luas.
Gambar 1.1 Sensor suhu ruangan dalam ° Celsius
Prinsip Kerja Thermocouple
Prinsip kerja termokopel didasarkan pada efek Seebeck, yaitu terbentuknya beda potensial listrik ketika ada perbedaan suhu pada dua titik yang berbeda pada suatu logam atau bahan konduktor lainnya.
Termokopel terdiri dari dua jenis logam yang dihubungkan bersama pada satu ujung dan terpisah pada ujung yang lainnya. Ketika kedua ujung tersebut dikenai suhu yang berbeda, maka akan terjadi beda potensial listrik atau tegangan termoelektrik yang dapat diukur dan dikonversi menjadi besaran suhu.
Setiap jenis termokopel memiliki respons suhu yang berbeda-beda, tergantung pada jenis logam yang digunakan dan rentang suhu yang ingin diukur. Selain itu, termokopel juga dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti panjang kabel, hubungan antara ujung-ujungnya, dan kondisi lingkungan sekitar.
Untuk mengukur suhu dengan termokopel, tegangan termoelektrik yang dihasilkan oleh termokopel diteruskan
ke alat pengukur yang disebut dengan termometer termokopel atau pyrometer. Alat ini dapat mengkonversi
tegangan termoelektrik menjadi besaran suhu yang sesuai dengan karakteristik termokopel yang digunakan.
Jenis Thermocouple untuk Heat Treatment
Untuk aplikasi perlakuan panas yang memerlukan pengukuran suhu dalam rentang suhu tinggi, termokopel jenis B, R, atau S sering digunakan. Ketiga jenis termokopel ini memiliki respons suhu yang baik pada rentang suhu yang tinggi, yaitu antara 0 hingga 1800 derajat Celsius.
Termokopel jenis B terbuat dari platinum-rhodium, dengan rentang suhu pengukuran antara 0 hingga 1800 derajat Celsius. Termokopel jenis R dan S juga terbuat dari platinum-rhodium, dengan rentang suhu pengukuran yang sama, tetapi jenis S memiliki respons suhu yang lebih stabil dan akurat dibandingkan jenis R. Karena itu, jenis S lebih sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran suhu yang sangat akurat dan stabil, seperti pada proses perlakuan panas pada material industri, laboratorium, atau pengolahan logam.
Namun, pemilihan jenis termokopel yang tepat harus mempertimbangkan juga faktor-faktor seperti lingkungan kerja, kecepatan respons suhu, dan jenis material yang akan diukur suhunya.
Gambar 2.2 Termokopel jenis R
Gambar 2.3 Termokopel jenis S Gambar 2.1 Termokopel jenis B
Fasa Diagram Continuous cooling transformation
Ferrite
Sifat
Ferrite pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT) memiliki sifat yang berbeda tergantung pada suhu pembentukan dan kecepatan pendinginan. Berikut adalah beberapa sifat ferrite pada CCT:
1. Struktur mikro: Ferrite pada CCT terbentuk sebagai fase magnetik dalam baja.
Ferrite memiliki struktur kristal kubik atau heksagonal tergantung pada kondisi pembentukan. Ferrite pada CCT yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat cenderung memiliki ukuran butir yang lebih kecil, sedangkan ferrite yang terbentuk pada suhu tinggi dan pendinginan lambat cenderung memiliki ukuran butir yang lebih besar.
2. Kekuatan dan keuletan: Ferrite pada CCT yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat cenderung memiliki kekuatan yang lebih tinggi tetapi keuletan yang lebih rendah, sedangkan ferrite yang terbentuk pada suhu tinggi dan pendinginan lambat cenderung memiliki kekuatan yang lebih rendah tetapi keuletan yang lebih tinggi.
3. Ketangguhan: Ferrite pada CCT yang terbentuk pada suhu tinggi dan pendinginan lambat cenderung memiliki ketangguhan yang lebih tinggi karena ukuran butir yang lebih besar dan struktur yang lebih homogen, sedangkan ferrite pada CCT yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat cenderung memiliki ketangguhan yang lebih rendah karena ukuran butir yang lebih kecil dan struktur yang lebih heterogen.
4. Korosi: Ferrite pada CCT cenderung lebih tahan terhadap korosi dibandingkan dengan austenit karena memiliki potensial elektrokimia yang lebih rendah.
Jenis
Ferrite dapat muncul pada beberapa titik pada diagram CCT, tergantung pada jenis baja dan kondisi pendinginan. Pada diagram CCT, terdapat dua jenis ferrite yang biasanya ditunjukkan, yaitu ferrite pada suhu rendah (low temperature ferrite) dan ferrite pada suhu tinggi (high temperature ferrite).
● Ferrite pada suhu rendah terbentuk pada rentang suhu yang lebih rendah dan dapat muncul pada waktu pendinginan yang cepat. Ferrite pada suhu rendah biasanya terbentuk pada daerah cooling rate yang relatif tinggi, seperti pada cooling rate yang terjadi pada pendinginan udara atau quenching.
●
Sementara itu, ferrite pada suhu tinggi terbentuk pada rentang suhu yang lebih tinggi dan memerlukan waktu pendinginan yang lebih lama. Ferrite pada suhu tinggi biasanya terbentuk pada daerah cooling rate yang relatif rendah, seperti pada cooling rate yang terjadi pada pendinginan lambat atau normalizing.
Austenite
Sifat
Austenite pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT) memiliki sifat yang berbeda tergantung pada suhu pembentukan dan kecepatan pendinginan.
Berikut adalah beberapa sifat austenite pada CCT:
1. Struktur mikro: Austenite pada CCT memiliki struktur kristal fcc (face-centered cubic) yang stabil pada suhu tinggi. Austenite pada CCT yang terbentuk pada suhu tinggi dan pendinginan lambat cenderung memiliki ukuran butir yang lebih besar, sedangkan austenite yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat cenderung memiliki ukuran butir yang lebih kecil.
2. Kekuatan dan keuletan: Austenite pada CCT cenderung memiliki kekuatan yang rendah tetapi keuletan yang tinggi. Namun, kekuatan dan keuletan dapat meningkat pada austenite yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat.
3. Ketangguhan: Austenite pada CCT cenderung memiliki ketangguhan yang rendah karena strukturnya yang relatif lunak dan mudah pecah. Namun, ketangguhan dapat meningkat pada austenite yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat karena ukuran butir yang lebih kecil.
4. Stabilitas: Austenite pada CCT tidak stabil pada suhu rendah dan dapat berubah menjadi ferit, perlit, atau bainit tergantung pada kondisi pendinginan. Austenite yang terbentuk pada suhu rendah dan pendinginan cepat cenderung stabil dan dapat bertahan pada suhu rendah.
Jenis
Jenis austenite pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT) adalah austenit yang terbentuk pada suhu dan waktu tertentu selama pendinginan yang dikendalikan secara terus menerus.
CCT diagram menggambarkan hubungan antara suhu dan waktu pendinginan untuk membentuk mikrostruktur yang diinginkan pada baja. Pada diagram ini, terdapat beberapa jenis austenite yang terbentuk pada suhu dan waktu tertentu, seperti:
1. Austenite bawah: Austenite yang terbentuk pada suhu rendah saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang kasar.
2. Austenite menengah: Austenite yang terbentuk pada suhu menengah saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang halus.
3. Austenite atas: Austenite yang terbentuk pada suhu tinggi saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang sangat halus dan homogen.
Martensit
Sifat
Martensit pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT) biasanya terbentuk pada pendinginan yang sangat cepat. Sifat martensit pada CCT diagram antara lain:
1. Kekerasan tinggi: Martensit memiliki kekerasan yang sangat tinggi karena terbentuk dari transformasi austenitik yang sangat cepat dan tanpa difusi atom. Hal ini menyebabkan martensit memiliki struktur kristal yang sangat padat dan tegang.
2. Ketangguhan rendah: Meskipun kekerasannya tinggi, martensit cenderung memiliki ketangguhan yang rendah karena strukturnya yang sangat padat dan tegang. Ketangguhan rendah ini dapat menyebabkan retak dan pecah pada baja yang mengandung banyak martensit.
3. Tidak stabil: Martensit cenderung tidak stabil pada suhu ruang dan cenderung mengalami perubahan dimensi karena strukturnya yang sangat tegang. Hal ini dapat menyebabkan distorsi atau bahkan retak pada baja yang mengandung martensit.
4. Kekuatan tinggi: Meskipun ketangguhannya rendah, martensit memiliki kekuatan yang sangat tinggi karena strukturnya yang sangat padat dan tegang.
Jenis
Beberapa jenis martensit yang umum ditemukan pada CCT diagram antara lain:
1. Martensit bawah: Martensit yang terbentuk pada suhu rendah saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang besar dan tidak teratur. Martensit ini memiliki kekerasan yang relatif rendah dibandingkan dengan jenis martensit yang terbentuk pada suhu yang lebih tinggi.
2. Martensit menengah: Martensit yang terbentuk pada suhu menengah saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang lebih halus dan teratur dibandingkan dengan martensit bawah. Martensit ini memiliki kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan martensit bawah.
3. Martensit atas: Martensit yang terbentuk pada suhu tinggi saat pendinginan, dan seringkali memiliki struktur butiran yang sangat halus dan teratur. Martensit ini memiliki kekerasan yang paling tinggi dibandingkan dengan jenis martensit lainnya.
Bainit
Sifat
Bainit adalah salah satu jenis mikrostruktur yang dapat terbentuk pada baja selama pendinginan dengan kecepatan sedang pada suhu antara austenit dan martensit pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT). Sifat bainit pada CCT diagram antara lain:
1. Kekuatan tinggi: Bainit memiliki kekuatan yang tinggi karena terbentuk dari pendinginan yang cukup cepat dan strukturnya terdiri dari butiran halus dan padat.
2. Ketangguhan tinggi: Bainit juga memiliki ketangguhan yang lebih tinggi dibandingkan dengan martensit karena strukturnya yang lebih relaks dan kurang tegang. Hal ini memungkinkan bainit untuk menghindari kegagalan karena distorsi atau retak, meskipun tetap memiliki kekerasan dan kekuatan yang tinggi.
3. Stabilitas termal: Bainit lebih stabil pada suhu ruang dibandingkan dengan martensit karena memiliki struktur butiran yang lebih halus dan kurang tegang. Bainit juga tidak rentan terhadap perubahan dimensi atau distorsi pada suhu ruang.
4. Proses produksi yang sulit: Pembentukan bainit memerlukan pendinginan dengan kecepatan yang cukup tepat untuk mencapai suhu transformasi yang tepat pada diagram CCT. Hal ini membuat produksi bainit lebih sulit dibandingkan dengan produksi martensit atau ferrit.
Jenis
Beberapa jenis bainit yang umum ditemukan pada CCT diagram antara lain:
1. Upper bainit: Terbentuk pada suhu lebih tinggi dari suhu transformasi martensit, memiliki struktur butiran yang lebih halus dan teratur dibandingkan dengan lower bainit. Bainit ini memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan lower bainit, tetapi kurang tahan terhadap deformasi plastis.
2. Lower bainit: Terbentuk pada suhu lebih rendah dari suhu transformasi martensit, memiliki struktur butiran yang lebih besar dan kurang teratur dibandingkan dengan upper bainit. Bainit ini lebih tahan terhadap deformasi plastis dan memiliki ketangguhan yang lebih baik dibandingkan dengan upper bainit.
3. Granular bainit: Terbentuk pada suhu yang lebih tinggi dari lower bainit dan memiliki struktur butiran yang lebih halus, teratur, dan seringkali berbentuk seperti bulu atau paku. Bainit ini memiliki kekuatan yang tinggi, tetapi kurang tahan terhadap deformasi plastis.
4. Acicular bainit: Terbentuk pada suhu yang lebih rendah dari upper bainit dan memiliki struktur butiran yang sangat halus, teratur, dan seringkali berbentuk seperti jarum atau sayap burung. Bainit ini memiliki ketangguhan yang sangat baik, tetapi kekuatannya tidak sekuat upper bainit.
Pearlite
Sifat
Perlit adalah struktur mikro yang terbentuk dari baja karbon rendah selama pendinginan perlahan pada suhu antara austenit dan eutectoid pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT). Beberapa sifat pearlite pada CCT diagram antara lain:
1. Kekuatan rendah: Perlit memiliki kekuatan yang lebih rendah
dibandingkan dengan bainit atau martensit, karena strukturnya terdiri dari butiran besi alpha dan sementit yang lebih lunak.
2. Ketangguhan tinggi: Meskipun kekuatannya rendah, perlit memiliki ketangguhan yang baik karena strukturnya terdiri dari butiran besi alpha dan sementit yang saling berinteraksi. Struktur ini memberikan kemampuan perlit untuk menahan dan menyebar kegagalan, dan mencegah terjadinya patahan atau retak.
3. Stabilitas dimensi yang baik: Perlit memiliki stabilitas dimensi yang baik pada suhu ruang karena strukturnya yang lebih relaks dan kurang tegang dibandingkan dengan martensit atau bainit.
4. Pembentukan mudah: Perlit mudah terbentuk pada baja karbon rendah selama pendinginan perlahan pada suhu eutectoid. Oleh karena itu, pembentukan perlit merupakan proses perlakuan panas yang paling umum dan mudah dalam pengolahan baja.
5. Kekerasan sedang: Perlit memiliki kekerasan sedang dan seringkali digunakan pada baja yang memerlukan kekuatan yang moderat dan ketangguhan yang baik seperti pada baja konstruksi.
Jenis
Beberapa jenis perlit yang umum ditemukan pada CCT diagram antara lain:
1. Coarse pearlite: Terbentuk pada suhu yang lebih tinggi dari fine pearlite, memiliki butiran sementit yang lebih besar dan butiran besi alpha yang lebih kasar. Struktur ini memberikan kekuatan yang lebih rendah tetapi ketangguhan yang lebih tinggi dibandingkan dengan fine pearlite.
2. Fine pearlite: Terbentuk pada suhu yang lebih rendah dari coarse pearlite, memiliki butiran sementit yang lebih kecil dan butiran besi alpha yang lebih halus. Struktur ini memberikan kekuatan yang lebih tinggi tetapi
ketangguhan yang lebih rendah dibandingkan dengan coarse pearlite.
3. Lamellar pearlite: Terbentuk pada suhu yang sangat rendah, memiliki struktur berlapis yang tipis dan rapat dari butiran sementit dan besi alpha.
Struktur ini memberikan kekuatan dan ketangguhan yang baik, tetapi tidak sekuat dan seketangguhan dengan fine pearlite.
Spheroidite
Sifat
Spheroidite adalah struktur mikro yang terbentuk pada baja karbon rendah selama pendinginan perlahan pada suhu rendah pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT). Beberapa sifat spheroidite pada CCT diagram antara lain:
1. Kekuatan rendah: Spheroidite memiliki kekuatan yang rendah
dibandingkan dengan struktur mikro lainnya seperti pearlite, bainit, dan martensit.
2. Ketangguhan tinggi: Spheroidite memiliki ketangguhan yang sangat baik karena strukturnya terdiri dari butiran besi alpha yang besar yang dikelilingi oleh sementit yang berbentuk bulat atau bulatan. Struktur ini memberikan kemampuan spheroidite untuk menahan dan menyebar kegagalan dan mencegah terjadinya patahan atau retak.
3. Stabilitas dimensi yang baik: Spheroidite memiliki stabilitas dimensi yang baik pada suhu ruang karena strukturnya yang lebih relaks dan kurang tegang dibandingkan dengan martensit atau bainit.
4. Pembentukan mudah: Spheroidite mudah terbentuk pada baja karbon rendah selama pendinginan perlahan pada suhu rendah. Oleh karena itu, pembentukan spheroidite merupakan proses perlakuan panas yang paling umum dan mudah dalam pengolahan baja.
5. Kekerasan rendah: Spheroidite memiliki kekerasan yang rendah dan sering digunakan pada baja yang memerlukan kekuatan yang tidak terlalu tinggi, tetapi membutuhkan ketangguhan yang baik seperti pada baja untuk suku cadang mesin atau peralatan rumah tangga.
Jenis
Pada diagram Continuous Cooling Transformation (CCT), spheroidite terbentuk pada daerah pendinginan lambat. Suhu pendinginan lambat pada CCT biasanya terletak di antara suhu transformasi austenitik (Austenite Transformation Temperature, ATT) dan suhu transformasi perlite (Perlite Transformation Temperature, PTT). Spheroidite terbentuk ketika baja diadakan pada suhu ini untuk waktu yang cukup lama untuk memungkinkan struktur mikro yang bulat terbentuk.
Dalam diagram CCT, spheroidite terletak di antara daerah perlite dan daerah ferrite-pearlite. Daerah perlite di atas daerah spheroidite, sedangkan daerah ferrite-pearlite terletak di bawahnya.
