19
LAPORAN HASIL PRAKTIKUM
METALOGRAFI
Disusun oleh :
Miiftakhudin Assidik
(3.21.14.06.14)
ME-2G
JURUSAN TEKNIK MESIN
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hidayah-NYA sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga laporan ini dapat dipergunakan sebagai sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam kegiatan belajar mengajar.
Laporan ini berisikan informasi tentang "Metalografi" atau yang lebih khususnya membahas proses pembentukan fasa apa saja yang terjadi. Selama penyusunan makalah ini, kami telah mendapat banyak bantuan, bimbingan serta pengarahan dari berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini dengan kerendahan hati, kami menyampaikan rasa hormat dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penyusunan laporan penelitian ini, diantaranya adalah:
Pak Dewin Purnama,M.T. selaku dosen dan pembimbing teknik yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada kami sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik.
Para anggota kelompok yang telah memberikan ide dan meluangkan waktu untuk bersama-sama mengerjakan laporan ini.
Akhir kata, kami meminta maaf jika ada kesalahan kata dalam penulisan karena kami ini jauh dari kesempurnaan. Segala kekurangan yang ada disebabkan karena keterbatasan kami baik dalam kemampuan, pengetahuan maupun pengalaman dalam menyusun laporan ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca, agar kami dapat mengevaluasi segala kesalahan.
Depok, 1 Juni2015
Penyusun
PENDAHULUAN
Dasar Teori
Pengertian Metalografi
Metalografi berasal dari dua kata yaitu "metal" (logam) "grafi"(mikroskopi dari karakteristik struktur logam ataupun paduan).
Metalografi membahas tentang studi mikroskopi dari karakteristik struktur logam (Material) maupun paduannya. Pengamatan metalografi dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu pengamatan makroskopik dan mikroskopik. Pengamatan makroskopik merupakan pengamatan untuk struktur yang besar, dapat di lihat dengan mata telanjang atau dilihat dengan pembesaran kurang dari 10x. sedangkan pengamatan mikroskopik merupakan pengamatan yang lebih halus, dapat dilihat dengan pembesaran lebih dari 10x.
Pengamatan mikroskopik dapat dilakukan menggunakan alat mikroskop optic (pembesaran mencapai 2.000x), scanning electron microscope (pembesaran mencapai 50.000x), atau transmission electron microscope (pembesaran mencapai 500.000x). Secara umum informasi yang kita dapat dengan pengamatan metalografi secara mikroskopis adalah mengenai komposit material, perlakuan pada material, dan sifat material. Informasi khusus yang dapat kitaa ketahui antara lain : bentuk butir, fasa yang terbentuk, homogenitas kimia, distribusi fasa, porositas, retak, bahkan proses perpatahan.
Berdasarkan informasi-informasi tersebut, metalografi dapat dijadikan alat analisis yang baik. Sebagai contoh, jika material A menunjukan mikrostruktur yang lebih halus dan homogen di bandingkan dengan material B maka material A akan memiliki sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan material B khususnya temperature ruang. Sifat mekanis tergantung dari bentuk butir, ukuran butir, jumlah butir, dan distribusi fasa. Oleh karena itu, metalografi dapat dijadikan alat untuk mempredisikan sifat mekanis material dan dapat menentukan apakah material telah diproses dengan tepat. Dalam melakukan pengamatan sangatlah penting mmpelajari langkah-langkah.
DIAGRAM FASA
Diagram Fasa Umum
Diagram fasa addalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dengan tekanan dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendingan dengan pemanasan yang terjadi. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi-operasi perlakuan panas. Berikut diagram fasa yang umum.
Grafik diatas menunjukan diagram fasa umum yang terdiri dari diagram dan tekanan dari zat tunggal seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperature. Diagram fasa pada ruangan temperature-tekan menunjukan garis kesetimbangan antara tiga fase padat, cair, dan gas.
Pada diagram fasa diatas garis titik-titik merupakan sifat anomaly air, garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-rubah ssuai dengan tekanan. Penandaan diagram fasa menunjukan titik-titik dimana energy bebas bersifat non analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analitis, dimana transisi fase terjadi, dan disebut sebagai sempadan fase.
Pada diagram diatas, sempadan fase antara cair gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagram fasa yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukan bahwa temperature dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, yang dikenal sebagai fluida super kritis.
Pada air, titik kritis ada sekitar 647[K] dan 22,064 [Mpa] (3.200,1 [Psi]). Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukan ambiguitas pada definisi diatas. Ketika cair menjadi gas, biasanya akanmelewati sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase super kritis.
Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus-menerus. Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradient yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi dari pada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkat titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan padat-cair air memiliki gradient yang negatif, menunjukan bahwa es mempunyai densitas lebih kecil dari pada air.
Diagram Fasa Fe-Fe3C
Pengujian metalografi yang kami lakukan ini didasarkan pada diagram fasa Fe-Fe3C. diagram ini sangat penting guna mengetahui sifat-sifat logam baja karena dalam diagram ini dapat diketahui adanya fasa-fasa tertentu yang mempunyai hubungan langsung dengan sifat-sifat tertentu dari baja tersebut.
Gambar.Diagram fasa
Penjelasan Diagram
Pada kandungan karbon mencapai 6,67% terbentuk struktur mikro dinamakan sementit Fe3C (dapat dilihat pada garis vertical paling kanan)
Sifat-sifat sementit diantaranya sangat keras dan getas
Pada sisi diagram dimana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferit.
Pada baja karbon 0,83%, struktur mikro yang terbentuk adalah perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik eutectoid.
Pada baja dengan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara feri dan perlit.
Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6,67%, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit
Pada saat pendinginan dari suhu lelet baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro ferit delta lalu menjadi sruktur mikro austenite.
Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi austenite
Dari diagram diatas dapat kita lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan-perubahan pada struktur Kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia.
Fase Yang Terbentuk
Ferit
Ferit adalah larutan padat karbon dalam besi dan kandungan karbon dalam besi maksimum 0,025% pada temperatur 723 oC. pada temperatur kamar, kandungan karbonnya 0,008%. Sifat ferit adalah lunak, ulet dan tahan korosi.
Cementite
Merupakan senyawa logam yang mempunyai kekerasan tinggi atau mengeras diantara fasa-fasanya yang mungkin terjadi pada baja yang mengandung 6,67% kadar karbon, walaupun sangat keras tapi bersifat getas
Austenite
Merupakan larutan padat interstisi antara karbon dan besi yang mempunyai sel satuan BCC yang stabil pada temperatur 912oC dengan siaft yang lunak tapi ulet.
Pearlite
Merupakan elekttroid yang terdiri dari 2 fasa yaitu ferit dan cementite. Kedua fasa ini tersusun dari bentuk yang halus. Perlit hanya dapat terjadi dibawah 723oC. Sifatnya kuat dan tahan terhadap korosi serta kandungan karbonnya 0.83%.
Martensit
Merupakan fasa metastable, artinya tidak bisa melihat fasa. Fasa martensite bisa dihasilkan dengan pendinginan cepat (quenching) dengan media air atau oli.
Terminologi pendinginan cepat sepertinya lebih objektif jikalau parameter yang dilihat adalah sifat mampu kerasnya (hardenability), karena dengan kadar paduan (alloy) yang bisa meningkatkan sifat mampu keras seperti nikel, molybdenum, dan mangan, maka suatu baja maupun besi bisa didapat fasa martensit hanya dengan pendingin udara.
Bainit
Bainit adalah zat kebanyakan logam yang ada dalam perawatan steelheat. Hasil pendinginan melewati temperatur kritis 723oC (1333oC). Fasa ini berupa struktur non-lamellar, umumnya terdiri atas ferrite, carbide, dan sisa austenite. Dari segi komposisi relative dengan pearlite, namun terbentuk dengan metode displacative mechanism.
Seperti halnya martensit, yang kemudian diikuti dengan komposisi karbida. Selain itu, bainit lebih cepat dari pembentukan pearlite dan lebih rendah dari martensite untuk baja komposisi yang sama.
Praktek Pengujian Metalografi
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan :
Rotary grinder
Mikroskop optic
Televisi berwarna
Kamera digital
Hair dryer
Kain poles
Bahan yang digunakan :
Alkohol
Kertas amplas (grit : 100,200,300,400,600,800,1000, dan 1200)
Alumina
Air
Nital (HNO3 + alkohol)
Sampel uji berupa logam yang dimounting
Langkah pengerjaan
Adapun langkah-langkah penting untuk mempersiapkan sampel metalografi sebelum kita melakukan pengamatan metalografi adalah :
Pemotongan sampel
Dalam beberapa contoh, sampel untuk pengamatan metalografi sudah benar bentuk dan ukurannya, sehingga kita dapat langsung melakukan persiapan sampel selanjutnya. Namun, apabila sampel sangat diperlukan untuk memudahkan penanganan sampel. Pemotongan sampel adalah pengambilan daerah representatif dari material induk. Alat yang pada umumnya digunakan untuk melakukan proses pemotongan sampel adalah : abrasive cutting (untuk logam dan metal matrix composites), diamond wafer cutting (untuk keramik, elektronik, biomaterial, mineral), atau pemotongan tipis menggunakan microtome (untuk plastik).
Dalam proses pemotongan sampel, kerusakan dan perubahan mikrostruktur dari sampel tersebut tidak boleh terjadi, karena akan menyebabkan terjadinya kesalahan dalam karakteristik material. Sehingga dapat terjadi kesalahan analisa metalografi. Proses pemotongan yang sesuai membutuhkan pemilihan jenis abrasif, ikatan, dan ukuran yang tepat.
Dalam proses pemotongan sampel, daerah atau bagian dimana material induk akan dipotong untuk sampel metalografi ditentukan berdasarkan proses manufaktur, bentuk material induk, dan lokasi pada material yang akan dipelajari lebih jauh. Pada umumnya, pemotongan sampel untuk sheet, kawat dan tube dilakukan tegak lurus terhadap arah rolling atau drawing yang biasa disebut pemotongan transversal. Pemotongan transversal digunakan untuk melihat variasi mikrostruktur material dari permukaan tengah, kedalaman cacat permukaan, kedalaman korosi, ketebalan lapisan, dan retak. Sebaliknya, pemotongan sampel
yang sejajar dengan arah rolling dan drawing disebut dengan pemotongan longitudinal. Pemotongan jenis ini umumnya oleh distorsi butir dan untuk memonitoring dari perlakuan panas yang anil..
Amplas (grinding)
Sampe yang baru dipotong atau sampel yang telah terkorosi akan memilik permukaan yang kasa. Permukaan yang kasar tadi harus diratakan lagi agar pengamatan struktur dapat mudah dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas yang ukuran abrasivenya dinyatakan dengan mesh.
Pengamplasan merupakan langkah yang penting saat mempersiapkan sampel metalografi. Apabila terjadi kesalahan dalam proses ini, akan terus berlanjut pada tahap selanjutnya sehingga mengakibatkan kesalahan interpretasi mikrostruktur. Terdapat beberapa cara untuk melakukan proses pengamplasan, mulai dari menggosokan sampel pada tempat yang statis (manual grinding) sehingga yang otomatis (automatic grinding).
Manual grinding merupakan metode pengamplasan yang paling murah, namun memiliki kelmahan yaitu prosesnya yang sangat lama dan sulit. Metode yang saat ini sering digunakan adalah proses pengamplasan menggunakan rotating disk. Pada metode ini, kertas amplas abrasive berbentuk lingkaran diletakan di atas roda alumunium/kuningan yang dapat bergerak otomatis, kemudian sampel ditahan di atas roda yang berputar tersebut.
Semua metode pengamplasan memiliki urutan pengerjaan yang sama, yaitu : proses pengamplasan dimulai dari grit yang paling kasar (100 cw,400cw) agar dapat membuat sampel menjadi rata dan menghilangkan efek deformasi dari pengerjaan sebelumnya, seperrti pemotongan. Ukuran grit pertama yang dipakai tergantung pada kekerasan permukaan dan kedalaman kerusakan yang ditimbulkan oleh pemotongan.
Setelah itu dilanjutkan dengan kertas amplas dengan grit yang lebih halus (600cw,800cw) guna menghilangkan goresan akibat amplas sebelumnya. Proses penggantian kertas amplas dengan grit yang paling halus (1000cw,1200cw) dilakukan beberapa kali hingga sampel menjadi rata dan memiliki satu goresan.
Terdapat beberapa hal penting dalam melakukan pengamplasan yaitu : mengucurkan air secara kontinyu agar sampel tidak mengalami kerusakan (perubahan fasa). Selain itu perubahan arah pengamplasan harus tetap konstan antara 45-90 derajat.
Poles (polishing)
Poles merupakan langkah persiapan sampel metalografi yang untuk menghilangkan bekas goresan pada sampel akibat proses pengamplasan. Pada proses ini di dapatkan permukaan sampel yang bebas gores dan mengkilap karena dapet menghilangkan ketidakaturan sampel hingga orde 0,01μm. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar benar rata. Jika permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan sulit karena cahaya yang datang dari mikro dipantulkan secara acak oleh perumkaan sampel.
Terdapat beberapa teknik dalam proses poles , yaitu: attack polishing, chemical polishing, electromechanical polishing dan mechanical polishing. Mechanical polishing merupakan teknik yang paling banyak digunakan mengingat metodenya yang mudah dan cocok untuk banyak jenis material .cara penggunaan mechanical polishing tidak berbeda jauh dengan pengamplasan hanya saja kertas abrasive diganti dengan kain abrasive yang diberikan suspensi alumina dan diamond serta air.
Urutan proses poles diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu poles kasar dan poles halus , poles kasar menggunakan abrasive dengan rentang 30 - 3 mikron pada kain low nap atau napless, sedangkan poles halus menggunakan abrasive dengan rentang 1 mikron atau kurang pada kain low medium atau high nap.
Pergerkan sampel yang kostan akan mencegah terjadinya cacat ekor komet dan cacat lainya yang berkaitan dengan arah poles .proses poles akan terus berlanjut hingga goresan hasil pengamplasan hilang, sampel hasil poles dibersihkan dengan air yang mengalir, kemudian dilap dengan kain katun lalu di keringkan.
Etsa (ethcing)
Sampel yang berhasil diamplas dan dipoles, pada dasarnya siap untuk langsung dilakukan pengamataan mikrostruktur. Namun , jika sampel terdiri dari beberapa lapisan paduan yang memiliki warna yang sama, ukuran butir atau munculnya fasa tertentu yang harus diamati, maka harus dilakukan proses data.
Etsa merupakan suatu proses pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam lautan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk berberapa jenis material, mikrostruktur baru muncul ketika diberi zat etsa , sehingga perlu pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat pula. Ada dua jenis penggolongan etsa, yaitu :
Etsa kimia (yang kita gunakan)
Etsa kimia merupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia dimana etsa yang digunakan ini memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang akan diamati contohnya antara lain: nitrit acid (asam nitirit+alkohol 95%), pictral (asam picric + alkohol) dll. Perlu diingat bahwa waktu etsa jangan telalu lama (umumnya sekitar 3 – 30 detik) , dan setelah dietsa segera di cuci dengan air mangalir lalu di beri alkohol dan di keringkan. Etsa kimia merupakan etsa yang paling sering digunakan karena aplikasinya cukup muda.
Elektro etsa
Pada dasarnya etsa elektrolitik, potensial yang digunakan berperan terhadap pengoksidasi yang diguanakan pada larutan kimia. Larutan tersebut hampir selalu merupakan anoda, walupun ada berberapa larutan etsa elektrolitik yang bersifat katodik. Etsa elektrolitik sering di gunakan untuk etsa selektif.
Langkah – langkah yang dilakukan dalam proses etsa:
Benda kerja yang telah dipoles dicuci dengan air bersih yang mengalir dan dikeringkan dengan kain atau sejenisnya.
Stelah permukaan bersing dan kering, teteskan larutan etsa secukupnya.
Amati reaksinya yang terjadi, akan terjadi perubahan kimia yag ditandai dengan perubahan warna abu- abu atau kehitaman.
Kemudian cuci dengan air.
Setalah itu bilas benda uji dengan menggunakan alcohol
Terakhir keringkan dengan menggunakan uap pansa dari hair dryer
Mikroskop Metalografi
Mikroskop metalografi berbeda pada cara penyinaran pada specimen jika di bandingkan dengan mikroskop biologi. Benda yang diiuji tidak tembus cahaya, sampel tersebut diberi sinar. Sorotan cahayamendatar dari sumber cahaya dipantulkan oleh reflector/cermin datar, kemudian turun melewati lnsa objektif menuju benda uji. Sebagian dari sinar dipantulkan oleh permukaan, dan melewati lensa –lensa yang ada didalamnya akibatnya terjadi pembesaran dengan pembesaran maksimum 100%. Mikroskop tersebut lalu di hubngkan dengan kabel konektor menuju TV untuk memudahkan proses penganalisaan dan pemotretan. Caranya yaitu setelah permukaan benda uji yang dietsa dikeringkan kemudian langsung amati gambar struktur mikro pada layar TV dengan cara memutar fakus mikroskop.
Dokumentasi
Setelah dambar struktur mikro terlihat pada layar monitor dengan hasil yang basgu kemudian dilakukan pemotretan dengan kamrea digital atau handphone. Pemortetan dimaksudkan untuk menganalisa data dari gambartersebut.
Tujuan Preparasi sampel.
Tujuan Preparasi Sampel
Cutting
Mengetahui prosedur proses pemotongan sampel dan menentukan teknik pemotongan yang tepat dalam pengambilan sampel metalografi, sehingga di dapat banda uji yang representative.
Grinding
Meratakan dan menghaluskan permukaan sampel dengan cara menggosokkan sampel pada kain abrasive/ amplas
Pemolesan / Polishing
Mendapatkan permukaan sampel yang halus dan mengkilat seperti kaca tanpa gores.
Memperoleh permukaan sample yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin.
Menghilangkan ketidakteraturan sampel orde 0,01.
-Etsa / etching
Mengamati dan mengidentifikasi detil dtruktur logam dengan bantuan mikroskop optic setelah terlebih dahulu dilakukan proses etsa pada sampel.
Mengetahui perbedaan antara etsa kimia dengan eletro etsa serta aplikasinya.
Dapat melakukan preparaso sampel metalografi secara baik dan benar.
Tujuan pengamatan Struktur Makro dan Mikro
Menganalisa struktur mikro dan sifat – sifatnya.
Mengenali fasa – fasa dalam struktur mikro.
Mengetahui proses pengambilan foto mikrostruktur.
4. Tabel Hasil Pemotretan Spesimen dan Pembandingnya
No
Nama Perakitan
Gambar struktur mikro
Analisa
1
Fitri Nurjayanti
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan ST 80 terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir – butir
2
Gagat Radityo
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan ST 45 terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir - butir
3
Handy Putra
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan Besi Cor terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir - butir
4
Hariansyah
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan ST 37 terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir – butir
5
Heri Alfianto
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan ST 80 terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir-butir
6
Ikhsan Maulana
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan Besi Cor terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir - butir
7
Imam Taufik
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan Besi Cor terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir-butir
8
Indra Lesmana
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan ST 37 terdapat pearlite dan ferrite yang berbentuk butir – butir seperti garis
9
Kurnianto Joko
Gambar disamping menunjukan bahwa dalam bahan Amuktit terdapat pearlite yang berbentuk seperti garis
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum yang telah dilakukan adalah sebagai berikut:
Proses etsa yang terlalu lama mengakibatkan benda uji menjadi gosong/gelap dan sulit utuk diamati.
Kadar karbon dapat diketahui melalui hasil pengamatan.
Pada proses pengampelasan, jika benda uji tidak rata maka akan sulit diamati pada proses pembesaran.
Ukuran dan bentuk butir dari tiap-tiap logam berbeda-beda.
Kandungan karbon tiap logam berbeda-beda.
Besi cor mempunyai karbon lebih besar dari pada baja.
Menganalisa struktur mikro dan sifat-sifatnya.
Menganalisa fasa-fasa alam struktur mikro.
Mengetahui proses pengambilan foto mikrostruktur.
DAFTAR PUSTAKA
Modul Pengujian Logam 1, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta, 2010
George F. Vandervot, Metallography Principles and Practice, McGraw-Hill, 1984
http://www.google.com
