Laporan heat treatment

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM PERLAKUAN PANAS

BAB I PENDAHULUAN 1.1

LATAR BELAKANG Suatu Negara dikatakan maju jika konsumsi terhadap material logamnya tinggi. Kebutuhan logam yang semakin tinggi menuntut kita untuk semakin cerdas dalam menyediakan suatu material yang dapat memenuhi kebutuhan manusia, material yang baik bukan hanya material yang keras, namun material tersebut harus memenuhi fungsi yang baik dalam kehidupan manusia dan memiliki umur yang panjang. Perlakuan panas adalah suatu ilmu yang mempelajari bagaimana mengubah struktur mikro dari suatu material agar tercapai sifat mekanik yang memenuhi fungsi yang dibutuhkan. Ilmu perlakuan panas merupakan ilmu yang sangat penting dalam pembelajaran memperbaiki sifat mekanik suatu material. Pada dasarnya konteks dari Teknik Metalurgi itu sendiri merupakan suatu disiplin ilmu yang melibatkan proses pembentukan, penguatan, perlindungan, perbaikan, dan menganalisa suatu logam agar layak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai mahasiswa Teknik Metalurgi tentu perlu memahami, mengetahui,mengerti, mampu mengoprasikan alat-alat dan menguasai proses-proses pada praktikum perlakuan panas karena ini akan bisa meningkatkan

kemampuan

seorang

sarjana

metalurgi

sehingga

bisa

diaplikasikan nantinya didunia kerja. Laporan diupayakan agar mudah dipahami oleh pembaca dan disusun sedemikian rupa agar mudah dipahami isi dari proses perlakuan panas pada baja dan penerapannya dalam industri. Bahkan kita harus mampu menganalisis suatu pengamatan yang berlangsung selama praktikum perlakuan panas. Hal ini dilakukan agarilmunya dapat diterapkan dalam pengaplikasian dalam dunia nyata. 1.2

TUJUAN Tujuan penelitian pada Laporan Akhir Praktikum Perlakuan Panas ini yaitu:

LABORATORIUM LOGAM TEKNIK METALURGI UNJANI 2014-2015

1


 Memahami tata cara perlakuan panas dan pendinginan dengan berbagai media pendingin dengan spesimen uji AISI 1045  Memahami pengaruh pemanasan hingga temperature austenisasi dengan media pendingin yang berbeda terhadap kekerasan spesimen uji AISI 1045  Memahami mekanisme pengujian hardenability Jominy Test dan Grossman and Bain  Memahami perbandingan hasil pengujian hardenability Jominy Test dan Grossman and Bain  Memahami pengaruh ketebalan benda pada nilai hardenability  Dapat mengetahui struktur dan fasa logam dengan proses metalografi kualitatif  Dapat mengetahui pengaruh perlakuan dan media pendingin pada struktur dan fasa  Dapat mengetahui proses-proses metalografi kualitatif  Dapat mengidentifikasi sifat mekanik logam dengan proses metalografi kualitatif  Mampu melakukan pengujian metalografi  Dapat mengetahui dan memahami pengukuran besar butir rata-rata  Dapat melakukan pengukuran besar butir dengan menggunakan metode garis Heyn dan Interception serta metode bidang datar Circle  Dapat memahami hubungan sifat mekanik dan diameter butir 2.1 

BATASAN MASALAH Di dalam pembuatan laporan akhir ini, adapun batasan masalah yaitu : Bagaimana cara melakukan pengujian mampu keras dan menganalisis proses



jominy test? Bagaimana cara melakukan proses pengerasan quenching serta membaca hasil



pengukuran kekerasan material pada alat uji kekerasan?. Bagaimana cara melakukan proses annealing dan normalizing dan membaca



hasil pengukuran kekerasan material pada alat uji kekerasan?. Bagaimana cara melakukan metalografi kualitatif dan

proses-proses

pengerjaaan sampai pemeriksaan struktur fasa, dan membaca struktur fasa suatu  2.2

material dengan mikroskop? Bagaimana cara menentukan nilai besar butir suatu material? METODE PENELITIAN


2


Metode penulisan yang digunakan pada Laporan Akhir Praktikum Perlakuan Panas menggunakan beberapa metode, baik dalam hal penulisan, penyusunan, maupun pengolahan data. Beberapa metode yang digunakan sebagai berikut:  Pengamatan (observation) Pengumpulan dan pengolahan data hasil dari materi dasar dan praktikum  Pencarian (searching) Mencari bahan dari berbagai sumber untuk memudahkan pembahasan 

dan sebagai penambahan wawasan Diskusi (discussion) Pengumpulan data dari berbagai pihak baik secara lisan maupun tulisan


3


2.3

SISTEMATIKA PENULISAN Laporan akhir Perlakuan Panas ini terdiri dari Pendahuluan dan 5 bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Pada pendahuluan ini berisikan latar belakang, tujuan praktikum, batasan masalah, sistematika penulisan. BAB II PERLAKUAN PANAS Pada bab ini berisikan tentang tujuan, skema proses, alat dan bahan, data pengamatan, analisa dan pembahasan, kesimpulan dari praktikum pengujian mampu keras. BAB III SIFAT MAMPU KERAS Pada bab ini berisikan tentang tujuan, skema proses, alat dan bahan, data pengamatan, analisa dan pembahasan, kesimpulan dari praktikum proses pengerasan (hardening). BAB IV METALOGRAFI KUALITATIF Pada bab ini berisikan tentang tujuan,, alat dan bahan, tata cara praktikum, pengumpulan dan pengolahan data, analisa dan pembahasan, dan kesimpulan dari praktikum metalografi kualitatif. BAB V METALOGRAFI KUANTITATIF Pada bab ini berisikan tentang tujuan, alat dan bahan, tata cara praktikum, pengumpulan dan pengolahan data, analisa dan pembahasan, dan kesimpulan dari praktikum metalografi kualitatif.

2.4

LOKASI PRAKTIKUM Dosen Perlakuan Panas : Bpk Kusharjanto ST.,MT Assisten Lab Teknisi

: Eka Nurhanifah : Bpk Joko Purwanto


4


Hari/Tanggal Tempat Jurusan Fakultas Universitas

: jum;at 10 april - jum’at 17 april : Laboratorium Logam : Teknik Metalurgi : Teknik : Universtitas Jenderal Achmad Yani

BAB II PERLAKUAN PANAS 2.1 TUJUAN  Agar dapat mengetahui tahapan proses perlakuan panas  Untuk mengetahui perbedaan proses perlakuan panas antara proses Quenching, Normalizing dan Annealing  Dapat mengetahui nilai kekerasan setiap spesimen yang telah melalui proses perlakuan panas yang berbeda-beda


5


2.2

TEORI DASAR Proses pelakuan panas adalah suatu proses yang terdiri dari proses pemanasan dan proses pendingin pada logam dan paduannya dengan cara tertentu yang bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat material yang diinginkan.Secara umum proses perlakuan panas adalah sebagai berikut:  Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula.  Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga temperaturnya merata  Pendinginan dengan media pendingin (air, oli atau udara) Ketiga hal diatas tergantung dari material yang akan di heat treatment dan sifat-sifat akhir yang diinginkan. Melalui perlakuan panas yang tepat tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling inti yang ulet. Secara umum unsur-unsur paduan ditambahkan dalam baja dengan kadar tertentu bertujuan untuk:  Meningkatkan kekerasan  Menaikkan keuletan

Berikut ini beberapa jenis proses perlakuan panas diantaranya :  Quenching Proses Quenching biasa dilakukan pada semua perkakas dan bagian penting dari mesin yang berkaitan dengan hal yang berat. Tujuan mengeraskan perkakas adalah untuk mendapatkan nilai kekerasannya, sedangkan tujuan mengeraskan bagian mesin adalah untuk meningkatkan kekuatan tarik serta kekuatan luluhnya. Namun biasanya bila kekerasan tinggi maka kekuatan tariknya dan kekuatan luluhnya rendah, oleh karena itu proses hardening yang dilakukan adalah dengan cara melakukan proses tempering setelah dilakukan pendinginan cepat. Biasanya proses hardening yang umum dilakukan adalah


6


dengan memanaskan baja sampai temperature austenisasinya kemudian ditahan untuk beberapa lama lalu didinginkan secara cepat

Gambar 2.1 proses Quenchimg yang umum

Pada saat dilakukan pendinginan lambat fasa austenit (FCC) akan berubah sel satuannya menjadi BCC kembali. Namun karena adanya pendinginan cepat maka ada atom karbon yang terjebak pada kisi tegak sehingga austenite bertransformasi menjadi fasa martensit dengan sel sastuan BCT. Martensit inilah yang bersifat keras dan getas. Contoh specimen yang berfasa martensit adalah roda gigi, pahat potong, dan dies. Temperatur pemanasan untuk proses hardening sama dengan proses seperti annealing dan normalizing. Tetapi ada perbedaan sedikit bila baja yang ingin dikeraskan mempunya kadar karbon lebih besar dari 0,8%, maka pemanasannya dilakukan pada temperature A13 +50-100°C sehingga struktur yang terbentuk adalah martensit serta karbida yang tidak larut, dimana kekerasannya lebih tinggi. Agar diperoleh hasil yang baik dari proses pengerasan, maka benda kerja sebaiknya harus dibersihkan terlebih dahulu. Untuk baja karbon rendah dan baja paduan rendah tidak perlu dilakukian preheat (pemanasan awal). Namun pada baja perkakas harus dipreheat terlebih dahulu karena banyaknya unsur paduan sehingga konduktivitas panasnya menurun. Pada pendinginnya harus dengan media pendingin cepat agar atom karbonya terjebak pada kisi tegaknya. Adapun media pendingin yang sering dipakai untuk proses hardening adalah: - Air - Oli


7


- Brine  Normalizing Normalizing merupakan proses perlakuan panas yang dilkukan dengan cara memanaskan baja sampai temperatur austenisasi (Tγ) kemudian didinginkan dengan media udara dimana akan didapatkan fasa berupa pearlite. Baja carbon tinggi seperti die steel dan HSS (High Speed Steel) tidak pernah dilakukan proses ini karena baja-baja ini dikeraskan menjadi struktur martensite dengan cara pendinginan di udara. Normalizing umumnya dipergunakan pada baja carbon rendah dan plain carbon dengan tujuan sbb: - .memperhalus ukuran butir dan menghomogenisasikan struktur mikro dari hasil coran dan tempa, sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik dalam proses pengerasan baja. - untuk meningkatkan mampu mesin dengan komposisi karbon sekitar 0.3 %C - memperhalus karbida kasar yang mempunyai precipitate selama pendinginan lambat setelah proses pengerjaan panas. Sebagai contoh dibawah ini disajikan informasi mengenai perubahan yang terjadi pada sifat mekanik pada material setelah mengalami proses normalizing. Tabel 2.1 Efek normalizing pada sifat mekanik baja coran 0.26% C


8


 Annealing Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan lambat didalam tungku. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengurangi kekerasan dari baja dan membuat struktur yang mudah dilakukan proses pemesinan. Selain itu anneling bertujuan untuk memperbaiki sifat – sifat antara lain: -

mampu mesin mampu bentuk keuletan kehomogenan struktur menghilangkan tegangan dalam persiapan struktur unutk proses perlakuan panas

temperatur dan laju pendinginan dari annealing tergantung dari hasil yang diinginkan dari struktur mikronya. Faktor yang mempengaruhi proses perlakuan panas  Temperatur Pemanasan Temperatur pengerasan yang digunakan tergantung pada komposisi kimia (kadar karbon). Temperatur pengerasan untuk baja karbon hipoeutektoid adalah sekitar 20 - 500C di atas garis A3, dan untuk baja karbon hipereutektoid adalah sekitar 30 - 500C diatas garis A13 (lihat Gambar ) Jika suatu baja misalnya mengandung misalnya 0.5 % karbon (berstruktur ferit dan pearlit) dipanaskan sampai temperatur di bawah A1, maka pemanasan tersebut tidak akan mengubah struktur awal dari baja tersebut. Pemanasan sampai temperatur diatas A1 tetapi masih dibawah temperatur A3

akan mengubah perlit menjadi austenit tanpa terjadi

perubahan apa-apa terhadap feritnya.


9


Temperatur (C) 1200 E

1100 1000 900 Ferit

800

A+C

A+F A1 723

700

Acm

Austenit

A2

A 1,3

600 500

P F+P

400

P+C

300 200 100

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

Kadar Karbon %

Gambar 2.2 Diagram Temperatur pemanasan sebelum Quenching

Quenching dari temperatur ini akan menghasilkan baja yang semi keras karena austenitnya bertransformasi ke martensit sedangkan feritnya tidak berubah. Keberadaan ferit dilingkungan martensit yang getas tidak berpengaruh pada kenaikan ketangguhan. Jika suatu baja dipanaskan sedikit diatas A3 dan ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu agar dijamin proses difusi yang homogen, maka struktur baja akan bertransformasi menjadi austenit dengan ukuran butir yang relatif kecil. Quenching dari temperatur austenisasi akan menghasilkan martensit dengan harga kekerasan yang maksimum. Memanaskan sampai ke temperatur E (relatif lebih tinggi diatas A3 ) cenderung meningkatkan ukuran butir austenit. Quenching dari temperatur seperti itu akan menghasilkan struktur martensit, tetapi sifatnya, bahkan setelah ditemper sekalipun, akan memiliki harga impak yang rendah. Disamping itu mungkin juga timbul retak pada saat diquench. Pada baja hipereutektoid dipanaskan pada daerah austenit dan sementit, kemudian didinginkan dengan cepat agar diperoleh martensit yang halus dan


10


karbida-karbida yang tidak larut. Struktur hasil quench memiliki kekerasan yang sangat tinggi dibandingkan dengan martensit. Jika karbida yang larut dalam austenit terlalu sedikit, kekerasan hasil quench akan tinggi. Jumlah karbida yang dapat larut dalam austenit sebanding dengan temperatur austenisasinya. Jumlah karbida yang larut akan meningkat jika temperatur austenisasinya dinaikkan. Jika karbida yang terlarut terlalu besar, akan terjadi peningkatan ukuran butir disertai dengan turunnya kekerasan dan ketangguhan  Lama Pemanasan Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pengerasan tergantung pada beberapa faktor seperti jenis tungku dan jenis elemen pemanasnya. Lama pemanasan pada temperatur pengerasannya tergantung jenis baja dan temperatur pemanasan yang dipilih dari rentang temperatur yang telah ditentukan untuk jenis baja yang bersangkutan. Dalam banyak hal, umumnya dipilih temperatur pengerasan yang tertinggi dari rentang temperatur pengerasan yang sudah ditentukan. Tetapi jika penampangpenampang dari benda kerja yang diproses menunjukkan adanya perbedaan yang besar, umumnya dipilih temperatur pengerasan yang rendah. Pada

kasus

yang

pertama,

lama

pemanasannya

lebih

lama

dibandingkan dengan lama pemanasan pada kasus kedua. Untuk mencegah timbulnya pertumbuhan butir, baja-baja yang tidak dipadu dan baja paduan rendah, lama pemanasannya harus diupayakan lebih singkat dibanding bajabaja paduan tinggi seperti baja hot worked yang memerlukan waktu yang cukup untuk melarutkan karbida-karbida yang merupakan faktor yang penting dalam mencapai kekerasan yang diinginkan  Media Quenching Tujuan utama dari proses pengerasan adalah agar diperoleh struktur martensit yang keras, sekurang-kurangnya di permukaan baja. Hal ini hanya dapat dicapai jika menggunakan medium quenching yang efektif sehingga LABORATORIUM LOGAM TEKNIK METALURGI UNJANI 2014-2015

11


baja didinginkan pada suatu laju yang dapat mencegah terbentuknya struktur yang lebih lunak seperti perlit atau bainit. Tetapi berhubung sebagian besar benda kerja sudah berada dalam tahap akhir dari proses , maka kualitas medium quenching yang digunakan harus dapat menjamin agar tidak timbul distorsi pada benda kerja setelah proses quench selesai dilaksanakan. Hal tersebut dapat dicapai dengan cara menggunakan media quenching yang sesuai tergantung pada jenis baja yang diproses, tebal penampang dan besarnya distorsi yang diijinkan. Untuk baja karbon, medium quenching yang digunakan adalah air, sedangkan untuk baja paduan medium yang disarankan adalah oli.  Pengaruh Unsur Paduan Pada Pengerasan Pemanasan Sifat mekanik yang spesimen diperoleh menggunakan dari proses perlakuan panas terutama tungku muffle tergantung pada komposisi kimia. Baja merupakan kombinasi Fe dan C. Disamping itu, terdapat juga beberapa unsur yang lain seperti Mn, P, S dan Si yang senantiasa ada Holding meskipun sedikit, unsur-unsur ini bukan unsur Time pembentuk karbida . Penambahan unsur-unsur paduan seperti Cr, Mo, V, W, T dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan, unsur-unsur Pendinginan : ini merupakan unsur pembentuk karbida yang kuat. Quenching Air Quenching Oli 2.3

Normalizing TATA CARA PRAKTIKUM 2.3.1 SKEMA PROSES Annealing Baja AISI 1045 Pengamplasan

Pengujian Kekerasan

Analisa


Kesimpulan

12


Gambar 2.3 skema proses

2.3.2

PENJELASAN SKEMA PROSES  Siapkan 4 (empat) batang silender spesimen yang akan dilakukan    

proses perlakuan panas Masukan spesimen baja AISI 1045 kedalam tungku Panaskan tungku hingga mencapai temperatur 850° C Lakukan penahanan waktu (Holding time) selama 15 menit Keluarkan spesimen dari dalam tungku yang dilanjutkan dengan proses pendinginan


13


 Spesimen pertama dilakukan proses pendinginan dengan metode Quenching dengan menggunakan media pendingin air dan pada spesimen kedua menggunakan media pendingin oli. Untuk spesimen yang ketiga metode pendinginannya yaitu Normalizing kemudian metode pendinginan Annealing dilakukan pada spesimen yang ke empat.  Proses pengamplasan pada permukaan bagian bawah dan atas dari batang silinder  Dilakukukan pengujian kekerasan dengan menggunakam mesin Hardness Rockwell skala C pada masing-masing batang silinder  Analisa praktikum yang telah dilakukan  Pembuatan kesimpulan berdasarkan praktikum yang telah dilakukan 2.4

ALAT DAN BAHAN 2.4.1 ALAT  Tungku pemanasan  Penjepit spesimen  Sarung tangan tahan panas  Kain bekas  Mesin Uji Keras Rockwell 2.4.2     

2.5

BAHAN Spesimen Baja AISI 1045 Spesimen Baja AISI 4140 Ampelas Air Oli

DATA PENGAMATAN 2.5.1 PENGUMPULAN DATA  Jenis material : AISI 1045  Temperatur Austenite : 850° C  Penahanan waktu pada temperature austenite : 15 menit  Media pendingin : Air , oli , dan udara  Metode pengujian kekerasan : Indentasi  Jenis mesin/alat pengujian kekerasan: Rockwell skala C  Jenis Indentor  Beban Minor : 10 Kg


14


 Beban Mayor : 150 Kg  Beban Total : 160 Kg  Waktu Penekanan : 10 detik

2.2 tabel pengamatan

Media

NO

Jenis Spesimen

Spesimen Uji

Penahanan Waktu

1

AISI 1045

Quenching Air

15 menit

Air

2

AISI 1045

Quenching Oli

15 menit

3

AISI 1045

Normalizing

15 menit

Oli Udara di

4

AISI 1045

Annealing

15 menit

Pendingin

ruang terbuka Udara di dalam tungku

2.3 Tabel pengujian kekerasan

Nilai kekerasan (HRC) NO

Spesimen Uji

HRC 1

2

3

1

Quenching Air

49

48.5

46.5

48

2

Quenching Oli

25.5

29

30

28.2

3

Normalizing

10.5

10

11

10.5

4

Annealing

15.5

17.5

19

17.33


15


2.5.2

PENGOLAHAN DATA 2.5.2.1. GRAFIK PROSE KERJA

2.4 Gambar grafik proses kerja

2.5.2.2 Diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin


16


Gambar 2.5 diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin

2.6

ANALISA DAN PEMBAHASAN Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan bahwa spesimen yang digunakan merupakan baja dengan kodefikasi AISI 1045 dimana baja tipe ini merupakan baja tanpa paduan yang memiliki kandungan karbon 0,45 % dari data yang diperoleh bahwa baja tipe tersebut pada saat proses pemanasan didalam tungku tidak dilakukan proses pre-heating terlebih dahulu karena baja yang digunakan bukan termasuk baja paduan. Waktu penahanan pada saat proses pemanasan yaitu selama 15 menit pada temperature austenite atau pada temperature 850 ° C. kemudian dilakukan pendinginan dengan menggunakan tiga metode yaitu Quenching, Normalizing, dan Annealing. Secara teoritis spesimen yang didinginkan dengan berbagai media pendingin memiliki tingkat kekerasan yang bervariatif, urutan tingkat kekerasanya adalah sebagai berikut : 1. 2. 3. 4.

Air Oli Udara luar Udara didalam tungku

Hal ini berdasarkan kecepatan media pendingin dalam mendinginkan spesimen, tetapi

dari data yang diperoleh

pada saat praktikum tingkat


17


kekerasan antara media pendingin udara luar (normalizing) dengan media pendingin udara didalam tungku (annealing) menunjukan bahwa spesimen yang didinginkan dengan media pendingin udara luar (normalizing) kekerasanya lebih rendah dibanding dengan media pendingin udara dalam tungku (annealing) sebagaimana yang di tunjukan dalam grafik dibawah ini :

Gambar 2.6 diagram batang harga kekerasan pada berbagai media pendingin

Ada

beberapa

faktor

yang

menyebabkan

ketidaksuain

tersebut

diantaranya adalah preparasi permuakaan spesimen yang tidak berjalan sesuai dengan posedur atau terjadi kesalahan teknis mengingat spesimen yang di proses annealing disediakan langsung oleh assisten sehingga bisa saja terjadi hal-hal yang dapat menyebabkan spesimen tersebut mengalami kasus seperti demikian

atau faktor lainya yaitu terjadinya kesalahan pada alat ukur uji

kekerasan 2.7 KESIMPULAN  Komposisi paduan spsimen dapat mempengaruhi proses perlakuan panas  Terdapat beberapa parameter proses perlakuan panas yaitu temperatur dan waktu


18


 Factor kesalahan prosedur kerja, human error, dan kesalahan alat dapat menyebabkan tidak sesuainya data hasil secara teori dengan data hasil praktikum  Metode pendinginan dalam proses perlakuan panas dapat mempengaruhi kekerasan suatu logam


19

Laporan heat treatment

Recommend Documents