BAB IV MIKROGRAFI
4.1 PENDAHULUAN
Semua material logam maupun paduannya mempunyai stuktur mikro yang berbeda-beda. berbeda-beda. Antara logam l ogam yang satu dengan yang lain mempunyai kekuatan yang tidak sama. Hal ini dikarenakan berbedanya struktur mikro tersebut. Stuktur mikro merupakan kumpulan atom-atom yang mempunyai geometri tertenti dan berulang. Struktur mikro ini yang menentukan sifat dan karakteristik karakteristik dari suatu material. Karena ukurannya yang sangat kecil, kita tidak tidak bias melihat strukturmikro tanpa bantuan mikroskop. Material yang akan di bentuk pada proses produksi misalnya bubut,frais, dan sebagainya harus diketahui dahulu struktur mikronya. Dengan mengetahui struktur mikronya kita akan mengatahui sifat , karakteristik dan kekuatan suatu material. Dengan begitu tidak akan terjadi kesalahan pemilihan pahat. Uji mikrografi merupakan pengujian yang dilakukan terhadap material untuk memperoleh gambar struktur mikronya.dengan uji mikrografi kita dapat memperoleh gambar butiran dan mengetahui batas-batas butiran serta bentuk butiran.
4.1.1 LATAR BELAKANG
Mikrografi
merupakan
suatu
proses
yang
bertujuan
untuk
memperoleh gambar yang menunjukan struktur mikro sebuah logam atau paduan. Melalui proses ini kita dapat mengetahui struktur dari suatu logam atau paduan dengan memperjelas batas-batas butir logam sehingga dapat langsung dilihat dengan menggunakan mikroskop dan diambil gambarnya. Ada 2 macam cara untuk memeriksaan struktur kristal, dan yang biasa dilakukan yaitu pemeriksaan makro dan pemeriksaan mikro. [1] Selain itu, mikrografi menjadi sangat penting karena untuk memproses suatu bahan kita harus mengetahui sifat dari bahan tersebut. Dengan mengetahui struktur bahan yang dapat diketahui dengan mikrografi
1
kita dapat mengetahui sifat dari suatu bahan sehingga kita dapat mengolah suatu bahan menjadi yang kita inginkan. Dengan demikian kita juga dapat mengetahui karakteristik dari suatu material. [1]
4.1.2 TUJUAN PRAKTIKUM
Adapun tujuan dari praktikum mikrografi yatu: 1. Mengetahui struktur mikro suatu material baik logam maupun paduannya dengan menggunakan bantuan mikroskop. 2. Dapat melakukan perbandingkan struktur mikro logam dengan perlakuan heat treatment dengan struktur mikro logam non perlakuan heat treatment .
[2]
4.1.3 MANFAAT
Adapun manfaat dari praktikum mikrografi yaitu: 1. Dapat mengetahui struktur mikro suatu material baik logam maupun paduannya dengan menggunakan bantuan mikroskop. 2. Dapat melakukan perbandingkan struktur mikro logam dengan perlakuan heat treatment dengan struktur mikro logam non perlakuan heat treatment .
[2]
4.2 DASAR TEORI
Mikrografi berasal dari dua kata, yaitu “mikro ” yang berarti sangat kecil dan kata “grafi” yang berarti gambar. Mikrografi Mikrografi adalah gambar yang menunjukan struktur mikro pada hal ini struktur logam dan paduannya. Ada dua macam pengujian struktur kristal yang biasa dilakukan yaitu pengujian makro dan mikro.[2]
2
Gambar 4.1 perbandingan ukuran dan teknik pengukuran. [3]
a. Struktur Kristal
1. Struktur Kristal Pemusatan Ruang (BCC/ Body Centeed Centeed Cristal) Atom terletak disetiap sudut dan ditengah-tengah kubik. Logam yang mempunyai struktur ini antara lain: kromium, besi, tungsten. Struktur yang terbentuk dari perpenjangan salah satu dimensi dari BCC disebut BCT ( body Centered Tetragonal ). Struktur Struktur ini terbentuk dari baja martensit. Sifatnya
yaitu keras. [4]
3
Gambar 4.2 Struktur kubik kubik pemusatan ruang ruang logam. Bagian (a) Model bola keras (b) gambaran skematik dan terlihat letak atom pada titik pusat [4]
2. Struktur Kristal Pemusatan Sisi (FCC/ Flank Flank Centerd Crystal ) Atom terletak disetiap sudut dan ditengah-tengah seluruh sisi kubik. Logam yang mempunyai struktur ini yaitu: alumunium, emas, perak, nikel. Mempunyai sifat yang lebih lunak. [4]
Gambar 4.3 Struktur kubik pemusatan sisi pada pada logam. Bagian (a) model bola (b) keras pandangan skematis yang memperlihatkan letak pusat atom [4]
Packed (HCP) 3. Struktur Hexagonal Close Packed
Enam atom yang membentuk segi enam diatas dan di bawah struktur mengelilingi satu atom ditengah, tiga atom lainnya terletak ditengah-tengah struktur. Logam yang mempunyai struktur ini antaralain magnesium, seng dan titanium. Mempunyai sifat yang kuat karena letak atomnya yang berdekatan.[4]
4
Gambar 4.4 Struktur kristal Hexagonal kristal Hexagonal Closed Packed [4] Packed [4]
Tabel 4.1 Struktur-struktur Struktur-struktur Kristal [4]
b. Cacat
Dalam setiap butir, atom tersusun secara teratur sesuai struktur kristal dasar tetapi terdapat pula berbagai jenis ketidaksempurnaan, yang secara umum disebut sebagai cacat kristal. Apabila cacat terjadi pada suatu material maka akan mempengaruhi sifat elastisitas dan plastisitas material tersebut. Pada bagian yang cacat elastisitas material cenderung lebih besar dibanding plastisitas material tersebut. tersebut. Cacat Cacat tidak diperlukan pada suatu suatu material material bila
5
material
tersebut sudah mempunyai tingkat elastisitas dan plastisitas yang diinginkan, sedangkan cacat sendiri dilakukan pada suatu material untuk mendapatkan bentuk dan sifat material yang diinginkan. [5] Cacat tersebut mempunyai bentuk antara lain : 1. Cacat titik (Point Defect ) Cacat titik sering terjadi karena cor-coran yang jelek, pengerjaan dingin, adanya udara yang terjebak, dan oksidasi. Seperti lokasi atomik yang kosong ( vacancies ) dan atom interstisi (self interstitials ), dan atom ketidakmurnian (impurities atom). Kekosongan dapat terjadi dengan memindahkan atom dari lokasi kisinya ke lokasi atomik terdekat yang dapat menampungnya dengan mudah. Interestisial lebih sering dijumpai dalam struktur ionik dibandingkan dalam struktur metalik, karena keberadaan “lubang”
atau
interstisi
dalam
jumlah
besar.
Terdapatnya
atom
ketidakmurnian dalam posisi kisi atau dalam posisi sisipan mengakibatkan
gangguan lokal dalam keteraturan kisi, sama halnya seperti untuk kekosongan dan untuk sisipan.[5]
Gambar 4.5 Struktur atom yang mempresentasikan keberadaan vacancy dan self-interstitial . [5]
a
b
c
Gambar 4.6 Cacat titik a) kekosongan b) interstisi c) ketidakmurnian [5]
6
2. Cacat garis ( Linear Defect ) or Burgers Vektor Burgers adalah parameter dislokasi yang penting. Pada situasi deformasi manapun, vektor Burgers didefinisikan dengan Dislokasi Sisi dan Dislokasi Ulir membentuk rangkaian Burgers ada kristal terdeformasi. Vektor ini dapat dinyatakan dengan koordinat arah pada sumbu utama kristal. [5] Dislokasi adalah cacat garis dengan rentang yang besar dalam -1
kristal dan arena mempunyai energi regangan per satuan panjang (Jm ), maka dislokasi mempunyai energi regangan total. Variasi orientasi garis terhadap vector Burgers menjadikan struktur dislokasi yang berbeda. Apabila garis dislokasi tegak lurus pada arah slip, dislokasi itu dislokasi sisi ( edge dislocation ). Sedangkan bila garis dislokasi sejajar dengan arah slip garis,
dislokasi disebut dislokasi ulir ( screw dislocati on). Dari Gambar 3.22a terlihat bahwa jarang sekali garis dislokasi bersifat sisi atau ulir murni, tetapi untuk kemudahan setiap dislokasi dianggap ideal dan dapat diuraikan m enjadi komponen sisi dan ulir. [5]
Gambar 4.7 Skema (atas) dislokasi sisi dan (bawah) dislokasi ulir [5]
7
Gambar 4.8 Gambaran batas punter yang terdiri dari jaringan silang dislokasi ulir [5]
a
b
Gambar 4.9 (a) Skema yang mempresentasikan edge dislocation, screw dislocation (b) Pandangan atas [5]
3. Cacat planar (inter facid defect ) Dislokasi Batas butir
Penerapan paling sederhana dari model dilokasi pada batas sudut kecil dan batas butir sudut besar dilakukan dengan asumsi bahwa terdapat daerah dengan kesesuain atom yang baik yang dikelilingi oleh daerah inkoheren. Dislokasi ini disebut dislokasi batas butir ( grain boundary dislocation ) sekunder intrinsik dan perlu ada untuk mempertahankan salah
orientasi batas tersebut. [5] Batas butir terjadi karena faktor dislokasi yang mungkin menembus masuk dari butir berdekatan dan “ledge” atau undakan (anak tangga) antarmuka yang menimbulkan lengkungan seperti perpindahan batas selama
8
rekristalisasi, dan pertumbuhan butir, peluncuran butir selama creep, dan aliran superplastik. [5] Batas Kembaran
Anil dari logam dan paduan fcc yang mengalami pengerjaan pendinginan, seperti tembaga, kuningan- α dan baja tahan karat austenitik menyebabkan terbentuknya kembaran anil pada sebagian kristal konsituen. Perubahan orientasi kisi pada permukaan batas kembaran menghasilkan struktur dengan satu bagian kristal atau butir merupakan citra sermin dari bagian lainnya. Besar perpindahan atom sebanding dengan jarak dari batas kembaran. [5]
4. Cacat Volume ( volume defect ) Cacat yang menempati volume dalai kristal berbentuk void , gelembung gas dan rongga. Cacat ini dapat terjadi akibat perlakuan panas, iradiasi, atau defor- masi dan sebagian besar energinya berasal dari energi 2
permukaan (1-3 J/ m ). Atom gas inert dapat menarik kekosongan dan membebtuk molekul gas dalam void (apabila tekanan gas tidak berada dalai kesetimbangan dengan tegangan permukaan
void ) atau membentuk
gelembung gas bila tekan gas cukup besar. Void dan gelembung gas menimbulkan muai iradiasi dan penggetasan material. [5]
Gambar 4.10 Void [6]
c. Batas Butir
Dalam setiap butir, semua sel satuan teratur dalam satu arah dan satu pola tertentu. Sedangkan butir itu sendiri adalah atom-atom yang mempunyai arah dan orientasi pertumbuhan yang sama. [5] 9
Meskipun bahan seperti tambang dalam kawat listrik terdiri dari suatu fase saja, benda tersebut terdiri dari banyak sekali kristal dengan orientasi yang berbeda. Kristal-kristal ini disebut butir. Bentuk butir dalam bahan padat biasanya diatur oleh adanya butir-butir lain disekitarnya. [5] Material mengandung berbagai cacat planar mulai dari batas butir sudutsudut besar, yang merupakan antarmuka inkoheren dan mempunyai energi yang 2
cukup tinggi (0,5 J/m ), hingga bidang atomik dalam kristal dengan atom salah susun. Batas butir memisahkan kristal yang mempunyai perbedaan sudut orientasi besar. Pada kasus ini batas butir mempunyai lima derajat kebebasan, tiga berasal dari kenyataan bahwa kristal berdekatan dapat diputar sesamanya pada tiga sumbu yang tegak lurus, serta dua lagi berasal dari derajat orientasi permukaan batas itu sendiri terhadap kristal. [5] Pada batas butir, antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dalam kedua butiran tadi. Batas butir dapat kita anggap berdimensi dua, bentuknya mungkin melengkung dan sesungguhnya memiliki ketebalan tertentu yaitu antara dua sampai tiga jarak atom. Ketidakseragaman orientasi antara butiran yang berdekatan menghasilkan tumpukan atom yang kurang efisien sepanjang batas. Oleh karena itu atom sepanjang batas butir memilki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang ada dalam butir. Ketidakseragaman orientasi pada butir yang berdekatan mempengaruhi kecepatan gerak dislokasi. Jadi batas butir merubah regangan plastik dalam bahan. [5]
Gambar 4.11 Batas Butir [5]
10
Semua logam, sebagian besar keramik dan beberapa polimer membentuk kristal ketika bahan tersebut membeku. Dengan ini dimaksudkan bahwa atomatom mengatur diri secara teratur dan berulang dalam pola 3 dimensi. Struktur semacam ini disebut kristal. [5]
Gambar 4.12 Struktur Kristal NaCl [5]
Pola teratur dalam jangkau panjang yang menyangkut puluhan jarak atom dihasilkan oleh koordinasi atom dalam bentuk bahan. Di samping itu, pola ini kadang-kadang menentukan pola bentuk luar dari kristal, contoh yang dapat dikemukakan adalah bentuk bintang enam bunga salju. Permukaan datar batubatuan mulia, kristal kwarsa (SiO 2) bahkan garam meja biasa (NaCl) merupakan penampilan luar dari pengaturan di dalam kristal itu sendiri. Dalam setiap contoh yang dikemukakan tadi, pengaturan atom di dalam kristal tetap ada meskipun bentuk permukaan luarnya diubah. Struktur dalan kristal kwarsa tidak berubah meskipun permukaan luar tergesek sehingga membentuk butiran pasir pantai yang bulat-bulat. Hal yang sama dijumpai pada pangaturan heksagonal molekul air dalam es atau bunga salju. [5]
d. Diagram Fasa
Diagram fasa dilandaskan pada laku panas pada suatu logam baik yang terdiri dari suatu fasa atau lebih. Diagram fasa digunakan untuk : 1. menunjukkan diagram fasa yang terdapat dalam keadaan seimbang pada berbagai suhu komposisi. 2. menunjukkan komposisi kimia untuk semua fase berimbang : a. dalam daerah fase tunggal, komposisi sama dengan komposisi paduan
11
b. dalam daerah dua fase, komposisi ditentukan oleh perpotongan isoterm dengan kurva batas daya larut. 3. untuk menghitung fraksi kuantitas fase – fase dalam paduan dua fase secara interpolasi sepanjang isoterm.
A. Diagram Fasa Fe-Fe3C
Diagram fasa Fe-Fe3C dalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. [1]
Gambar 4.13 Diagram fase Fe3C [4]
Tabel 4.2 Keterangan gambar diagram fasa Fe 3C
Simbol
Keterangan gambar
A
Titik cair besi/ Titik eutektik
B
Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan titik peritektik.
H
Larutan padat yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik.
J
Titik peritektik selama pendinginan austenit pada komposisi J fasa terbentuk pada larutan padat pada cairan dan komposisi pada komposisi B.
12
N
Titik transformasi dari titik menjadi titik, titik transformasi A4 dari besi murni.
C
Titik eutektoid selama pendinginan fasa dengan komposisi E dan sementit pada komposisi F (6,67% C) terbentuk dari cairan pada komposisi C. Fasa eutektoid ini disebut Ledeburit.
E
Titik yang menyatakan fasa, ada hubungannya dengan fasa eutektoid. Kelarutan maksimum dari karbon 2,14 %. Paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja
G
Titik transformasi besi. Titik transformasi A3 untuk besi.
P
Titik yang menyatakan ferrit, fasa, ada hubungannya dengan reaksi eutektoid. Kelarutan maksimum dari karbon kira-kira 0,02 %.
S
Titik eutektoid. Selama pendinginan, ferrrit pada komposisi P dan sementit pada komposisi K (sama dengan F) terbentuk simultan dari austenit pada komposisi S. Reaksi eutektoid ini dinamakan transformasi A1, dan fasa eutektoid ini dinamakan perlite.
GS
Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dengan komposisi, di mana mulai terbentuk ferrit dan austenit, dinamakan garis A3.
ES
Garis
yang menyatakan hubungan antara
komposisi,
temperatur dan
dimana mulai terbentuk sementit dari austenit,
dinamakan garis A em. A2
Titik transformasi magnetik untuk besi/ ferrit.
A0
Titik transformasi magnetik untuk sementit.
-
Liquidis adalah batas suhu terendah untuk bentuk cair.
-
Solidus adalah batas atas untuk bentuk padat
Dari diagram fase dari Fe3C(besi karbon) dapat diperoleh dari informasi sebagai berikut : 1. besi karbon punya daerah eutektik yang menjadi landasan dalam besi cor 2. besi biasanya ditempa atau mengalami pengerjaan panas sebagai bahan berfase tunggal. 13
3. larutan padat FCC ( austenit ) terurai menjadi ferrit BCC dan karbida.
B. Diagram Fasa Al-Si
Diagram fasa Al-Si dalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan Si (%Si) selama pemanasan lambat. [1]
Gambar 4.14 Diagram Fasa Al-Si [4]
Diagram fase diatas menunjukkan diagram fase dari system Al-Si. Ini adalah tipe eutektik yang sederhana yang mempunyai titik eutektik pada o
577 C, 11,7% Si, larutan padat terjadi pada sisi Al. Karena batas kelarutan padat sangat kecil maka pengerasan penuaan sukar diharapkan. Paduan Al – Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan bagus sekali, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan coran, sebagai tambahan ia juga mempunyai ketahanan korosi yang baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar yang baik untuk listrik dan panas. Umumnya dipakai paduan dengan 0,15 % Mg. Paduan yang diberi perlakuan pelarutan dan dituakan dinamakn silumin γ, dan yang hanya distemper saja dinamakan silumin β. Paduan yang memerlukan perlakuan panas ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk memberikan kekerasan pada saat panas, bahan ini biasa dipakai untuk torak motor.
14
C. Diagram Fasa Cu-Zn
Diagram fasa Cu-Zn adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan Zn (%Zn) selama pemanasan lambat. [1]
Gambar 4.15. Diagram Fasa Cu-Zn [4]
Karena sistem campuran logam yang lain, larutan padat intermediate mungkin ditemukan komposisi yang selain dari komposisi keduanya ekstrim.seperti kasus untuk sistem Cu-Zn. diagram fasanya mulanya terlihat ada beberapa reaksi dan titik-titik yang serupa dengan eutektik yang belum dibahas. Sebagai tambahan, ada enam larut an padat yang berbeda α dan η serta β, γ, δ dan ε. Tahap β disebut suatu larutan padat, satu di mana atom Zn dan Cu diposisikan dalam suatu spesifik pengaturan di dalam sel satuan masing-masing. [4]
4.2.1 PENGUJIAN STRUKTUR MAKRO
Pengujian struktur makro dari suatu kristal adalah pengujian penampang dimana bahan dinilai dari besar butir kristal, warna, dan mengkilapnya penampang dari batang uji atau produk yang dipatahkan. Pengujian yang lainnya adalah dengan jalan mengetza dan pembesaran
15
struktur kristal, segregasi, dan pemisahan cacat kecil setelah memoles patahan. Pengujian makro biasanya dilakukan perbesaran yang besarnya di bawah 50x. [2]
4.2.2 PENGUJIAN STRUKTUR MIKRO
Untuk mengetahui struktur mikro dari suatu logam pada umumnya pengujian dilakukan dengan reflek pemendaran (sinar), pada pemolisan atau etsa, tergantung pada permukaan logam uji polis, dan diperiksa langsung di bawah mikroskop atau dietsa lebih dulu, baru diperiksa di bawah mikroskop. [ 6] Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan pengujian struktur mikro, yaitu: a.
Sectioning/ Pemotongan Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pada umumnya bahan komersil tidak homogen, sehingga satu sampel yang diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap representatif. Pengambilan
sampel
harus
direncanakan
sedemikian
sehingga
menghasilkan sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata bahan atau kondisi di tempat-tempat tertentu (kritis), dengan memperhatikan kemudahan pemotongan pula. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh, untuk pengamatan mikrostruktur material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai. [7]
16
Ada beberapa sistem pemotongan sampel berdasarkan media pemotong
yang
digunakan,
yaitu
meliputi
proses
pematahan,
pengguntingan, penggergajian, pemotongan abrasi ( abrasive cutter ), gergaji kawat, dan EDM ( Electric Discharge Machining). [7] Berdasarkan
tingkat
deformasi
yang
dihasilkan,
teknik
pemotongan terbagi menjadi dua, yaitu : 1. Teknik pemotongan dengan deformasi yang besar, menggunakan gerinda. 2. Teknik pemotongan dengan deformasi kecil, menggunakan low speed diamond saw. [7] b. Mounting /Pemegangan
Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan akan sulit untuk ditangani khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan pemolesan akhir. Sebagai contoh adalah spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran metal tipis, potongan yang tipis, dll. Untuk memudahkan penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media (media mounting ). [7] Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan mounting adalah : 1. Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa) 2. Sifat eksoterimis rendah 3. Viskositas rendah 4. Penyusutan linier rendah 5. Sifat adhesi baik 6. Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel 7. Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan yang terdapat pada sampel 8. Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus kondusif. [7] Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin
17
(castable
resin ) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit.
Penggunaan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak memiliki sifat mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok untuk materialmaterial yang keras. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin dengan menggunakan material bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam. Thermosetting mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan
aplikasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas (1490C) pada mold saat mounting . [7] c.
Grinding/ Pengamplasan kasar Grinding dilakukan dengan menggunakan disc pengamplasan
ditutup dengan Silicon carbide kertas dan air. Ada sejumlah ukuran amplas, yaitu 180, 240, 400, 1200, butir Silicon carbide per inci persegi. Ukuran 180, menunjukkan kekasaran dan partikel ini adalah ukuran untuk memulai operasi pengamplasan. Selalu menggunakan tekanan langsung di pusat sampel. Lanjutkan pengamplasan hingga semua noda kasar telah dihapus, permukaan sampel rata, dan semua goresan yang pada satu posisi. Mencuci sampel dengan air dan ganti ke ukuran selanjutnya. Hal ini membuat mudah untuk dilihat ketika goresan semuanya telah dihapus. Setelah operasi pengamplasan selesai pada ukuran amplas 1500, cuci sampel dengan air diikuti oleh alkohol dan keringkan sebelum dipindah ke polish. Atau juga dapat tahap ini ukurannya 200, 400, 800, 1000, 1200, 1500. [7] Berikut adalah beberapa tahap dalam pengampelasan, yaitu : 1.
Persiapan, tahap ini adalah tahap dimana melakukan pemilihan
amplas yang dimulai dengan menggunakan amplas dengan nomor yang paling rendah (kasar) dan juga ditambah dengan penggunaan air dengan tujuan supaya tidak terjadi gesekan antara permukaan
18
spesimen dengan amplas yang dapat mengakibatkan percikan bunga api. 2. Rough Lap, adalah tahap menghaluskan permukaan dari spesimen dengan menggunakan amplas dari nomor rendah (nomor 360) ke nomor yang paling tinggi (nomor 1500) sampai permukaan dari spesimen yang diuji rata dan tidak ada lagi scratch pada material bila dilihat di mikroskop, [7] d. Polishing Tahap polishing bertujuan untuk menghasilkan permukaan spesimen yang rata dan mengkilap, tidak boleh ada goresan yang merintangi selama pengujian. [7] Untuk mendapatkan hasil yang diinginkan pada “ finish lap“dilakukan secara bertahap dimana tahap – tahap tersebut dimaksudkan untuk mendapatkan tingkat pemolisan yang lebih halus. [7] Faktor – faktor yang mempengaruhi antara lain : 1. Kebersihan kain: Faktor ini berpengaruh karena apabila dalam melakukan pembersihan tidak sampai dalam keadaan bersih maka pada waktu dalam tahap pengetzaan sisa autosol maupun air dapat terlihat jelas dalam mikroskop. Kain yang biasa digunakan adalah beludru, katun, dll. [7] 2. Pemolisan: dalam melakukan pemolisan sebaiknya dilakukan dengan satu arah agar permukaan spesimen yang dipolis dapat berlangsung dalam waktu yang tidak terlalu lama dan juga tidak terjadi adanya scratch . Contoh: kain dan beludru [7] 3. Tekanan:
pada waktu melakukan pemolisan, tekanan juga
berpengaruh pada proses pemolisan sebab apabila terlalu menekan, posisi dari pemolisan mungkin akan berubah. [7] 4. Waktu: selain ketiga faktor tersebut yang perlu diperhatikan lagi adalah faktor waktu, dalam melakukan pemolisan kita harus menunggu selama beberapa menit (kurang lebih lima menit) supaya
19
permukaan spesimen menjadi rata. dan hal ini disesuaikan dengan setiap campuran logam. [7] e.
Attack (etching)
Etching digunakan dalam metallography untuk memperlihatkan mikrostruktur dari specimen dengan menggunaka mikroskop. Specimen yang akan di etching harus dipolish secara teliti dan rata serta bebas dari perubahan yang disebabkan deformasi pada permukaan spesimen, alur material, pullout , dan goresan. [7] Meskipun dalam mikrography beberapa informasi sudah dapat diketahui tanpa proses etching, tetapi mikrostruktur suatu material biasanya baru dapat terlihat setelah dilakukan pengetsaan. Hanya reaktan, pori, celah, dan 20nsure nunmetalik lainya yang dapat diamati hanya dengan polishing, selebihnya diperlukan etching. [7] Etching With changing surface of microsection
Without surface of icrosection
Optical Enhancement
Electrochemical Etching
Physical Etching
Dark Field Anodizin g Polarized Light
Phase Contrast
Potentiostati c Etching
Classical Chemical Etching
Magneti c Etching
Ion Etchin g
Evaporation of Interverence Layers
Interference Contrast
Gambar 4.16 Bagan berbagai jenis pengetsaan
20
Thermal Etching
Secara umum tujuan dari etching adalah: 1. Memberi warna pada permukaan benda uji sehingga tampak jelas ketika diamati dengan mikoskop. ( Color Enhancement ) 2. Menimbulkan korosi sehingga memperjelas batas butir 3. Meningkatkan kontras antar butir dan batas butir. ( Optical Enhancement of Contrast )
4. Mengidentifikasi fasa pada suatu spesimen ( Anodizing process). [7]
Tabel 4.3 Reaktan untuk proses pengetsaan [18] Material
Reaktan
Besi, baja, besi paduan
Proses
Nital HNO3 1-5 ml, 100ml
Dicelup dalam reaktan selama
etanol (95%) atau methanol
1-5 detik, kemudian dibilas
(95%)
dengan air lalu dikeringkan Teknik swabing
Keller’s HNO 3 2,5 ml, HF 1
Aluminium
Dicelupkan ke dalam reaktan
ml, HCL 1,5 ml, 95 ml
selama 1-5 detik, kemudian
aquades
dibilas dengan air lalu dikeringkan dan didiamkan selama 24 jam
Tembaga, kuningan atau Cu
Larutan I :
Alloy
25 ml NH4OH, 25 ml aquades,
Dicelup 1-10 detik, kemudian dibilas air lalu dikeringkan
50 ml H2O2 (3%) Larutan II : 5 gr FeCl3,50 ml HCL, 100 ml aquades
f.
Foto (pemotretan)
Dimaksudkan untuk mendapatkan gambar dari struktur kristal yang dimaksud. Untuk mendapatkan foto mikrografi yang tajam, variabel berikut
harus
terkontrol
yaitu
penghilangan
getaran,
pelurusan
pencahayaan, penyesu-aian warna cahaya terhadap korelasi objek, menjaga kejernihan objek, penyesuaian daerah pengamatan, dan lubang diagram serta kecepatan fokus. [9]
21
4.2.3 MATERIAL UJI
Dalam praktikum menggunakan material uji,antara lain: 1. Baja
Baja adalah besi karbon campuran logam yang dapat berisi konsentrasi dari elemen campuran lainnya ; ada ribuan campuran logam, yang mempunyai perlakuan bahan dan atau komposisi berbeda. Sifat mekanis adalah sensitif kepada isi dari karbon, yang mana secara normal kurang dari 1.0 wt%. Sebagian dari baja umum digolongkan menurut konsentrasi karbon, yakni ke dalam rendah, medium, dan jenis karbon tinggi.[2] Baja merupakan paduan besi (Fe) dengan karbon (C), dimana kandungan karbon tidak lebih dari 2%. Sifat Kekuatannya Tinggi Baja banyak digunakan karena : a. Tangguh dan ulet b. Mudah dibentuk c. Mudah diproses d. Sifatnya dapat diubah dengan mengubah karbon e.Sifatnya dapat diubah dengan perlakuan panas Aplikasi baja : Digunakan untuk kawat, paku,wirmush dan sebagai bahan baku untuk wealed fabrication(kisi-kisi jendela/pintu, pagasr dan jeruji)
Gambar 4.32 Gambar Diagram Fasa Besi Karbon[24]
22
Dewasa ini baja bisa diproduksi dengan berbagai-bagai kekuatan yang bisa dinyatakan dengan kekuatan tegangan tekan lelehnya, ζy , atau oleh tegangan tarik batas, ζu. Bahan baja walaupun dari jenis yang paling rendah kekuatannya, tetap memiliki perbandingan kekuatan per volume lebih tinggi bila dibandingkan dengan bahan-bahan bangunan lainnya. Duktilitas
Sifat dari baja yang dapat mengalami deformasi yang
besar
dibawah pengaruh tegangan tarik yang tinggi tanpa hancur atau putus disebut sifat duktilitas Proses Pembuatannya :
Baja dibuat dengan bahan dasar biji besi dan besi tua ditambah kokas dan oksigen diolah dalam tungku temperatur tinggi. Hasil keluaran dari tungku berupa massa-massa besi kasar dalam ukuran yang besar, yang disebut pigs dan pig irons.
Besi kasar ini masih kotor dan
mengandung karbon yang berlebihan.
Kotoran dan karbon yang
kelebihan ini dihilangkan dengan cara menghaluskan besi tersebut. Untuk memperoleh mutu tinggi yang berkaitan dengan kekuatan, keliatan kemungkinan dapat dilas, dan ketahan terhadap karat, logam lain perlu ditambahkan.
Beberapa logam ini antara lain tembaga, nikel, krom,
mangan, molibden, pospor, silikon, belerang, titan, columbium, dan vanadium. Pemngolahan didalam tungku ini menghasilkan ingot baja. Ingot baja digilas dengan dua rol yang berputar dengan jarak tertentu. Proses penggilasan ini dilakukan berulang-ulang disertai dengan perlakuan panas agar dapat dicapai mutu tertentu. Hasil yang diperoleh dari proses ini adalah plat tebal, blok atau billet. Hasil ini siap dikirim ke pabrik penggilingan baja untuk dibentuk sesuai dengan keperluan. Walaupun baja lebih sering digunakan, namun baja mempunyai kelemahan yaitu ketahanan terhadap korosinya rendah. Baja dapat dipadukan (2 atau lebih unsur digabung sehingga dihasilkan sifat lain).
23
Hasil pemaduannya yaitu : a. Larutan padat/solid solufion (dapat memperbaiki sifat fisik/kimia) b. Senyawa (lebih keras dari larutan padat, dapat memperbaiki sifat mekanik)
Gambar 4.33 Struktur mikro baja eutectoid (0,8 %C) (2500 X). (a) perlit terbentuk dari transformasi austenit ( ) dengan komposisi eutectoid 0
(b) Speroidit terbentuk sewaktu tempering pada 700 C [1]
Pengaruh unsur-unsur terhadap baja, yaitu : 1. Pengaruh karbon (C), membentuk: Semakin besar pengaruh karbon maka kekerasan/kekuatan bajanya semakin tinggi. a. Larutan padat α → kelarutan pada suhu kamar sangat kecil b. Senyawa → Fe3C c. Perlit → α + Fe 3C 2. Pengaruh Mangan (Mn) Berfungsi sebagai deoksidan, mengikat belerang (S) → MnS, dan memperhalus perlit sehingga kekuatan dan ketangguhannya tinggi. 3. Pengaruh Belerang (S) Kadar belerang ini harus serendah mungkin, sehingga FeS mempunyai titik cair yang rendah. 4. Pengaruh Silikon (Si) Berfungsi sebagai deoksidan.
24
5. Pengaruh Fosfor (P) Kadar fosfor ini harus serendah mungkin sehingga Fe 3P → getas. 6. Pengaruh Aluminium (Al) Berfungsi sebagai deoksidan. Al 2O3 akan mengambil tempat pada batas butir yang berfungsi sebagai penghalus butir dan mencegah pertumbuhan butir pada saat pemanasan. Klasifikasi baja didasarkan pada : a. Komposisi b. Kekuatan c. Metoda pembuatan d. Bentuk dan ukuran Baja ST 40
Sifat mekanik baja ST 40 a. Kekuatan tarik 42 – 50 kgf/mm
2
b. Perpanjangan minimal 20 % dari panjang semula c. Kandungan karbon 0,25 % d. Yield Strength minimal 23 kgf/mm
2
e. Ultimate Strength 25 % f. Kekerasan yang diperoleh dengan metode Brinell 129 – 140 kgf/mm
2
ST 40 termasuk baja dengan kandungan karbon kurang dari 0.3 %. Pada diagram fasa Fe – C diatas, letak ST 40 disebelah kiri warna merah.
Gambar 4.34 Diagram fasa Fe- C : ST 40 [25]
25
Gambar 4.35 Struktur mikro baja ST – 40 perbesaran 100x [1]
Gambar ST 40 dengan pendinginan udara perbesaran 550x [1]
Gambar ST 40 seteleh pendinginan air perbesaran 500x [1]
Aplikasi Baja ST 40 : a. Digunakan untuk kawat, paku, wire mesh, dan sebagai bahan baku untuk welded fabrication (kisi-kisi jendela atau pintu, pagar, dan jeruji).
b. Aplikasi khusus seperti untuk kawat elektroda berlapis untuk keperluan pengelasan.
26
Baja ST 60
Baja ST 60 merupakan material yang banyak dipakai sebagai bahan dasar dari peralatan-peralatan berat atau dapat juga untuk peralatanperalatan otomotif, seperti untuk roda gigi,poros dan berbagai peralatan berat lainnya, dimana bagian – bagian tersebut membutuhkan sifat tahan aus, kekeras yang tinggi dan tangguh. Kandungan Material dalam komposisi kimia (%berat) baja ST 60 terdiri dari unsur C 0,35 - 0,4 ; Si Maks. 0,35; Mn Maks. 0,80 ;P Maks. 0,040 S Maks.0,040; Cr 0,70 - 0,90; Ni Maks. 1,83; Mo 0,20 - 0,30 baja ST 60 memiliki sifat mekanik sebagai berikut: 1. Tegangan Luluh ( ) 1100 Mpa 2. Kekuatan Tarik 1174 Mpa 3. Perpanjangan (e). 13 % 4. Area Reduksi (A) 53,8 % 5. Memiliki kekuatan tarik sebesar 60 kgf/mm. 6. Kandungan karbon dalam kategori sedang antara 0,25% < C < 0,55%. 7. Memiliki nilai kekerasan antara 170-195 (kgf / mm²). 8. ST-60 memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi daripada ST-40.
Gambar 4.36 Strutur Mikro Baja ST – 60 perbesaran 200x [26]
27
Gambar St 60 pendinginan udara perbesaran 500x [1]
Gambar ST 60 pendinginan air perbesaran 500x[1] 2. Besi Cor
Besi cor sebenarnya merupakan paduan eutetik dari besi dan karbon. Jadi, suhu cairnya relatif rendah (~ 1200 °C). Hal ini menguntungkan oleh karena mudah dicairkan, pemakaian bahan bakar lebih irit dan dapur peleburan lebih sederhana. Logam cair mudah dicor karena dapat mengisi cetakan yang rumit dengan mudah. Karena itu, besi cor merupakan bahan yang murah dan serba guna ditinjau dari segi desain produk. Dari diagram Fe3C dapat diketahui bahwa pada 4,3% ( berat o
)karbon, suhu ausetetik 1148 C, besi cor berada di daerah eutentik dan mengandung 2,5%-4% Sebetulnya besi cor lebih kompleks dari paduan eutektik sederhana. Besi cor biasanya mengandung silikon sekitar 1% - 3 %. Hal ini diakibatkan oleh karena silikon memang tertinggal dalam besi selama
28
proses
produksi,
dan
diperlukan
usaha
khusus
untuk
menurunkannya. Akan tetapi yang penting adalah peran silikon dalam produk akhir. Ada 3 jenis besi cor yang di uji , yaitu: a. Besi cor kelabu Besi cor dengan serpih grafit yang bila patah mempunyai permukaan patah berwarna kelabu. Besi cor kelabu sangat rendah keuletannya dan merupakan peredam getaran yang baik.
Gambar 4.37 Struktur besi cor kelabu perbesaran 105x [1]
b. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan udara Besi cor meruapakan material yang sangat keras yang disebabkan kadar karbonnya lebih banyak dibandingkan dengan material yang lain. Terlihat serpihan ( flakes) dan sebagian besar strukturnya martensite.
Gambar 4.38 Struktur besi cor perlakuan panas dengan pendinginan udara perbesaran 500x [1]
29
c. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan air menunjukan terjadi serpihan (flakes) dan struktur mikro logam umumnya martensite.
Gambar 4.39 Struktur besi cor perlakuan panas dengan pendinginan air perbesaran 500x [1] 3. Tembaga ( Cu )
Tembaga murni untuk keperluan industry dicairkan dari tembaga yang di proses dengan elektrolisa, dan diklasifikasikan menjadi tiga macam menurut kadar oksigen dan cara oksidasi yaitu tembaga ulet tembaga dioksidasi dan tembaga bebas oksigen. Kalau O terkandung dalam tembaga unsure-unsur pengotor dapat mengendap sebagai oksida maka jumlah laruta padat utuk menaikkan hantaran listrik menjadi kurang. Dengan oksida yang banyakpada temperature tinggi dapt menyebabkan kegetasan hydrogen, untuk mencegah ini dipergunakan tembaga dioksidasi atau tembaga bebas oksigen dalam tembaga murni untuk
keperluan
industri
biasa
terdapat
unsure-unsur
gas
yang
memberikan pengaruh terhadap berbagai sifat. Oksigen adalah unsur yang penting yang berhubungan erat dengan kadar hydrogen dan belerang. [12]
30
Di alam berupa : bijih yang bersenyawa dengan belerang ( bijih sulfida ) atau berupa bijih oksida sifat-sifat tembaga : a. lemah, liat, tahan korosi b. karena liat → dipakai untuk pekerjaan dengan perubahan bentuk, gelang c. paking 2
d. Kekuatan tarik : 200 N/mm . Pada suhu rendah, kekuatan tarik jauh lebih e. besar. Baik untuk teknik pendingin f. Daya hantar panas, daya liStrik cukup baik. Sifat pantul panas juga besar → dapat untuk bahan isolasi g. Sulit dituang, sulit dilas, dapat dipadu dengan unsur lain. Paduan tembaga antara lain, perunggu dan kuningan. Proses Pembuatan :
Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut chalcopirit. Chalcopirit merupakan campuran Cu 2 S dan Cu Fe S 2 dan terdapat dalam tambang-tambang dibawah permukaan tanah. Mula-mula bijih digiling dan dicampur dengan batu kapur dan bahan fluks silika. Tepung bijih dipekatkan terlebih dahulu sesudah itu dipanggang sehingga terbentuk campuran FeS, FeO, SiO 2 dan Cus. Campuran ini yang disebut kalsin dilebur dengan batu kapur sebagai fluks dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak dan tembaga-besi yang tersisa atau matte dituangkan ke dalam konverter. Udara dihembuskan ke dalam konverter selama 4 atau 5 jam, kotoran-kotoran teroksidasi dan besi membentuk terak yang dibuang pasa delang waktu tertentu.
Panas oksidasi yang
dihasilkan cukup tinggi sehingga muatan tetap cair dan sulfida tembaga akhirnya berubah menjadi oksida tembaga atau sulfat. Bila aliran udara dihentikan oksida kupro bereaksi dengan sulfida kupro membentuk tembaga blister dan dioksida belerang. Kemurnian tembaga blister adalah 98-99 % lalu dilebur dan dicor menjadi slab.
31
Gambar 4.41 Struktur Mikro Tembaga perbesaran 1000x[1]
4.
Alumunium
Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik. Dengan penambahan unsur Mg, Cu, Si, Mn, Zn dan Ni secara satu persatu atau bersamaaan akan meningkatkan sifat mekanik, ketahanan korosi, ketahanan aus dan koefisien pemuaian rendah. [20] Kandungan aluminium yang terdapat di alam berupa senyawa bauksit (Al2O3.2H2O) dan kaofin (AL3O32SiO22H2O). Biji aluminium tersebut masih mengandung pengotor SiO 2 (bersifat asam), FeO2(basa), CaCO3 dan TiO8 sehingga harus dimurnikan dengan zat kimia asam atau basa untuk mendapatkan aluminium murni. [20] Perlakuan panas pada aluminium berupa pengerasan presipitasi (pengerasan penuaan). Perubahan sifat dengan berjalannya waktu dinamakan penuaan alamiah, sedangkan pada temperatur tinggi disebut 0
0
penuaan buatan.(120 C-180 C). [20] Bahan baku : bijih alumunium: 1.Bauksit (Al2O3.2H2O) 2.Kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O)
32
Gambar 4.42 Struktur Aluminium Silikon dengan kadar silikon yang berbeda perbesaran 100x[1]5
Sifat alumunium : a.
Lunak, liat, warna putih kebiru-biruan, lebih keras daripada Sn dan lebih lunak daripada Zn 3
3
b.
Berat jenis : 2,7x10 kg/m
c.
Kekuatan tarik 10 kg/mm
d.
Dapat dituang
e.
Regangan : 18 – 25 %
f.
Daya hantar panas baik, daya refleksi panas besar, daya hantar listrik
3
baik g.
Bisa dibuat cat alumunium
h.
Titik cair 650 °C
i.
Pemakaian pada teknik pesawat, kapal
5. Kuningan
Kuningan merupakan perpaduan antara tembaga dan seng. a.
Kuningan khusus Kuningan yang dicampur unsur ketiga untuk memperbaiki ketahanan korosi, ketahanan aus, mampu mesin, dsb, disebut kuningan khusus. Unsur-unsur yang dipadukan terutama Mn, Sn, Fe, Al, Ni, Pb, dsb. Unsur-unsur ini larut padat dalam α dan β, sehingga tidak membentuk fasa baru hanya mengubah perbandingan antara fasa α dan β.
33
Pb larut padat dalam kuningan hanya sampai 0,4%, dan kelebihannya mengendap dalam batas butir dan di dalam butir terdispersikan secara halus yang hal ini memperbaiki mampu mesin dan membuat permukaan yang halus oleh karena itu dipergunakan untuk roda gigi pada jam yang dibebani secara ringan. Sn memperbaiki ketahanan korosi dan sifat-sifat mekaniknya kalau ditambahkan dalam daerah larutan padat. Al
adalah
efektif
untuk
memperhalus
butir
kristal
dan
memperbaiki ketahanan korosi terhadap air laut jadi paduan ditambah 1,5 sampai 2,5% Al dapat dipergunakan untuk pipa kondensor dsb. b.
Kuningan berkekuatan tarik yang tinggi Kuningan yang berkekuatan tarik yang tinggi dibuat dari kuningan 60-40 dengan paduan 5% Mn, 2% Fe, dan 2% Al, tidak melebihi
jumlah
3-5%.
Ni
memberikan
pengaruh
sama
dan
memperbaiki sifat-sifatnya sesuai dengan jumlah yang ditambahkan, yang bisa ditambahkan sampai 10. Paduan Cu dan Zn : a.
Kuningan Kepal Cu = 58 s.d. 60 % dan sisanya Zn, biasa digunakan untuk pipa, plat, kawat dll.
b.
Kuningan Tuang Cu = 60 s.d. 80 % sisanya Zn, sering ditambah Pb = 3% untuk mengurangi sifat rapuh.
c.
Kuningan Paten Cu 40 % dan Zn 60 % untuk memateri perunggu, tembaga, dan loyang. lalu diolah lebih lanjut secara elektrolit menjadi tembaga murni.
34
Pengerjaan Dingin 33% perbesaran 1000x
3 Sek pada 580º C perbesaran 1000x
4 Sek pada 580º C
8 Sek pada 580º C
Perbesaran 200x
Perbesaran 200x
Gambar 4.43 Struktur Mikro Kuningan[19]
4.2.4
APLIKASI PENGUJIAN MIKRIGRAFI PEMERIKSAAN MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN HASIL PENGE-LASAN PADUAN Al-6061. Telah
dilakukan percobaan untuk mengamati pengaruh pengelasan terhadap kekerasan dan mikrostruktur paduan Al6061. Mula-mula dua potongan pelat paduan Al6061 dilas dengan menggunakan lasan GTAW dan filler dari paduan Al-4043. PengUjian logam hasil pengelasan yang terdiri atas kekerasan, mikrostruktur dan komposisi kimia dipilih pada daerah logam induk , daerah terpengaruh panas (HAZ) dan daerah logam lasan. Dari
pengUjian kekerasan Rockwell F terlihat bahwa kekerasan tertinggi dicapai 35
pada daerah logam induk yakni sebesar 66,4 RF, kemudian di derah HAZ (56,8 RF) dan logam lasan (54,5 RF). Pada pengamatan mikrostruktur, terlihat bahwa bentuk butir logam induk , HAZ dan logam lasan masingmasing berbentuk cill, columnar dan equiaxial . Dari pengukuran ukuran butir dapat diketahui bahwa ukuran butir pada logam induk , HAZ dan logam lasan masing-masing sebesar 13,5μm, 15,9 μm dan 19,4 μm. Sementara itu, dari analisis komposisi kimia dengan menggunakan SEM-EDS terlihat bahwa kandungan unsur Si dan O tertinggi pada logam lasan, yakni masingmasing sebesar 10,14% dan 6,68 % berat. Dari proses pengelasan paduan Al-6061 yang dilasan dengan teknik GTAW dengan logam pengisi Al-4043 dapat disimpulkan bahwa, kekerasan logam berkurang dari logam lasan ( wel metal) ke arah HAZ dan logam induk, yakni masing-masing sebesar 66,4 RF; 56,8 RF; dan 56,8 RF. Hasil pemeriksaan
mikrostruktur
menun-jukkan
dari
logam
induk
ke
tengah/daerah lasan terlihat masing-masing mempunyai bentuk butir cill, columnar dan equiaxial. Sementara itu, dari analisis komposisi unsur dengan
menggunakan EDS terlihat perbedaan kandungan logam Si antara logam induk, HAZ dan logam lasan, yang mana kandungan Si yang paling tinggi terdapat pada logam lasan yakni sebesar 10,14% berat. Untuk unsur Mg, pada daerah lasan dan HAZ tidak terdapat unsur Mg. Dilihat kandungan unsur oksigen yang terbentuk sebagai oksida, maka unsur oksigen terbesar terdapat pada logam lasan yakni sebesar 6,68 % berat.[27]
36
4.3 PERALATAN DAN BAHAN PENGUJIAN
Dalam melakukan praktikum mikrografi maka kita tentunya membutuhkan alat dan bahan sebagai berikut : 4.3.1
BAHAN PENGUJIAN
Adapun bahan yang digunakan dalam praktikum Mikrografi adalah: 1. Reaktan untuk etza
Gambar 4.23 Reaktan HNO3 + Alkohol
2. Material uji 1. ST 40 NON PERLAKUAN 2. ST 40 PERLAKUAN AIR 3. ST 40 PERLAKUAN UDARA 4. ST 60 N0N PERLAKUAN 5. ST 60 PERLAKUAN AIR 6. ST 60 PERLAKUAN UDARA 7. ALUMINIUM 8. TEMBAGA 9. KUNINGAN 10. BESI COR NON PERLAKUAN 11. BESI COR PERLAKUAN UDARA 12. BESI COR PERLAKUAN AIR
37
4.3.2
PERALATAN PENGUJIAN
Adapun peralatan yang digunakan dalam praktikum mikrografi adalah: 1. Polisher – Grinder (amplas)
Gambar 4.24 Mesin Polisher-grinder
2. Polisher (Beludru)
Gambar 4.25 Kain Beludru
38
3. Gelas Kimia
Gambar 4.26 Gelas Kimia
4. Amplas
Gambar 4.27 Amplas
5. Mikroskop
Gambar 4.27 Mikroskop
39
\
4.3.3
LANGKAH PERCOBAAN
1. Siapkan material yang akan dilihat struktur mikronya, dan peralatan yang akan digunakan. 2. Pasang amplas pada mesin pemolis, dimulai dari polis yang paling kasar.
Pengamplasan
dilakukan
dalam
keadaan
basah
untuk
menghilangkan panas dan pengotor pada benda uji. 3. Setelah cukup rata, mengganti amplas dengan amplas yang agak halus yaitu amplas nomor 1000, kemudian amplas nomor 1500 dan yang terakhir menggunakan amplas yang paling halus yaitu nomor 2000. Kemudian polis menggunakan autosol. 4. Sebelum melakukan pengetzaan, permukaan benda uji harus sudah halus dan datar. Pengetzaan dilakukan dengan mencelupkan material ke dalam reaktan beberapa saat. 5. Cuci benda uji yang telah dietza dengan aquades kemudian keringkan sebelum diamati pada mikroskop. 6. Potret gambar apabila gambar yang diperoleh tampak jelas sesuai perbasaran pada mikroskop
40
4.3.4
DIAGRAM ALIR PERCOBAAN
Start
Menyiapkan peralatan dan material uji (spesimen)
Mengamplas permukaan s esimen
tidak Permukaan Specimen Rata ya Polising permukaan spesimen tidak Tidak ada goresan ya Etching
Pemotretan
Finish
Gambar 4.28 Diagram alir metode percobaan
41
4.4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.4.1
ANALISA PENGUJIAN
1. ST 40 non perlakuan
(a)
(b)
Gambar 4.52 struktur mikro baja ST 40 (a) teori perbesaran 1000x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Baja ST 40 non perlakuan
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
500x
Secara teori ST 40 memiliki nilai kekerasan yang lebih rendah daripada ST 60 maupun besi cor. Gambar diatas menunjukkan adanya perlit dan ferit. Dari gambar diatas swecara teori ferrit di tunjukan oleh gambar 4.52a menunjukan warna hitam sebagai perlit, Sedangkan dalam hasil percobaan ferrit tidak Nampak karena hanya terlihat struktur karbon yang yang berwarna kekuningan. Perbedaan hasil ini dikarenakan pada saat pengetsaan terjadi kesalahan. Terlalu cepat pencelupan pada saat pengetsaan akan mengakibatkan gambar berbeda dengan teori yang ada.
42
2. ST 40 perlakuan panas dengan pendingan air (water quenched)
(a)
(b)
Struktur 4.53 mikro baja ST 40-air(a) teori perbesaran 550x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Baja ST 40 pendinginan air
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
200x
Dalam gambar teori 5.53b menunjukan gambar ST 40 setelah diquenching dengan air.dalam gambar terlihat ferrit dengan warna putih dan warna hitam, menunjukan bainite lemah dengan garis garis hitam,sedangkan pada gambar hasil praktikum 5.53b Strukturnya hamper sama dengan teori yang terlihat ferrit dan bainite akan tetapi focus dari gambar kurang jelas sehingga kurang terlihat pasti. Gambar yang dihasilkan kurang jelas dibagian samping berarti permukaan spesimen yang kurang rata. Dalam melakukan pengetsaan sudah dilakukan dengan benar dan dengan etsa yang tepat karena spesimen ini sudah mempunyai warna yang jelas.
43
3. ST 40 perlakuan panas dengan pendinginan udara
(a)
(b)
Struktur 4.54 mikro baja ST 40-udara (a) teori perbesaran 500x (b) percobaan perbesaran 1000x
Material
Baja ST 40 pendinginan udara
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
1000x
Dari gambar teori gambar 5.45a menunjukan gambar struktur mikro ST 40 yang telah di quench oleh udara dalam gambar tersebut terlihat struktur pearlit yang hitam dan ferrit yang warna kelabu.Struktur pearlit lebih sedikit dari pada ferrit,hal yang sama di tunjukan gambar pada hasil percobaan 4.54b yang menunjukan pearlit dan ferrit dengan kuantitas ferrit lebih banyak. Hasil diatas sebenarna sudah sesuai dengan teori yang ada akan tetapi kemungkinan dalam pengamplasan yang kurang halus akan mengakibatkan hasil yang kurang baik.
44
4. ST 60 non perlakuan
(a)
(b)
Gambar 4.55 struktur mikro Baja ST 60(a) teori perbesaran 200x dan (b) percobaan perbesaran 1000x
Material
Baja ST 60 non perlakuan
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
1000x
Secara teori ST 60 lebih banyak mempunyai kandungan karbon dari pada ST 40. Hal itu di tunjukan dengan gambar teori 4.55a menunjukan kandungan karbon yang banyak dari suatu struktur mikro ST 60,hal ini di buktikan secara teori yaitu gambar 4.55b dengan mempunyai gambar yang sama dengan gambar 4.55a yang menunjukan struktur karbon dari ST 60.dalam gambar terlihat berbeda karena hanya perbedaan perbesaran dalam mikroskop. Pengetsaan yang dilakukan sudah tepat dengan larutan yang benar tetapi gambar pada bagian kiri bawah agak buram atau kurang fokus, ini mungkin dikarenakan permukaan spesimen yang masih kurang rata. Kerataan permukaan miring sehingga refleksi sinar ti dak seragam.
45
5. ST 60 perlakuan panas dengan pendingan air (water quenched)
(a)
(b)
Gambar 4.56 struktur mikro Baja ST 60-air(a) teori perbesaran 500 x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Baja ST 60 pendinginan air
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
500x
Dari gambar diatas dapat kita lihat perbandingan dua gambar hasil secara teori dan hasil dari percobaan.Pada gambar 4.56(a) menunjukan gambar baja ST 60 dengan pendingian air dan setelah di lihat hasilnya menunjukan yang gelap (hitam )menunjukan bainite dan yang gelap adalah martensite. Dalam gambar haisl percobaan juga menunjukan hal yang demikian gambar hitam menunjukan bainite dan yang putih menunjukan adanya struktur martensit di dalamnya Pengetsaan yang dilakukan berhasil karena pada gambar struktur mikro baja ST 60 perlakuan panas dengan pendinginan airini sudah timbul warna yang jelas. Gambar yang dihasilkan tampak jelas, ini karena pada waktu pemotretan, fokusnya sudah baik.
46
6. ST 60 perlakuan panas dengan pendinginan udara
(a)
(b)
Struktur 4.57 mikro baja St-60 udara(a) teori perbesaran 500x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Baja ST 60 pendinginan udara
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
500x
Dari
gambar
4.57a
menunjukan
struktur
mikro
yangterbentuk karena proses pendinginan dengan udara. Dalam gambar 4.57a menunjukan adanya struktur mikro pearlite (hitam) dan struktur mikro ferrite putih.hal serupa ditunjukan dalam gambar hasil dari pengujian (4.57b) pada gambar juga menunjukan gambar hitam dan putih dengan kata lain sama persis secara teori. Pengamplasan sudah rata dan menunjukan hasil yang bagus Pengetsaan yang dilakukan berhasil karena pada gambar struktur mikro baja ST 60 perlakuan panas dengan pendinginan airini sudah timbul warna yang jelas. Gambar yang dihasilkan tampak jelas, ini karena pada waktu pemotretan, fokusnya sudah baik.
47
7. Aluminium
(a)
(b)
Gambar 4.58 struktur mikro Aluminium(a) teori perbesaran 100x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Aluminium
Etsa
Kellers HNO3 , HF , HCL aquades
Perbesaran
500x
Aluminum mempunyai keuletan yang cukup tinggi tetapi tingkat kekerasannya rendah . Pada foto terlihat permukaan yang tidak rata dengan warna tiap butir yang tidak terlalu berbeda. Batas butir tidak terlihat jelas sehingga sulit membedakan antara butir yang satu dengan yang lain. Foto pada gambar cukup fokus. Dan pencahayaannya cukup terang. Pengetsanan pada spesimen ini sudah benar dalam menggunakan larutan etsa dan lamanya mencelupkan spesimen ke dalam larutan etsa, akan tetapi perbesaran yang dilakukannkurang sehingga gambar masih kurang jelas.
48
8. Tembaga
(a)
(b)
Gambar 4.60 struktur mikro (a) teori perbesaran 1000x dan (b) percobaan perbesaran 1000x
Material
CuFeCl3
Etsa
NH4OH, aquades, H 2O2 (3%)
Perbesaran
1000x
Dalam gambar diatas menunjukan struktur dari tembaga atau Cu. Dalam gamabar 4.60a menunjukan struktur dendrite yang baik terlihat semua , akan tetapi pada pengamatan untuk gambar 4.60b gambar menunjukan kurang jelas struktur-struktur dari tembaga seperti yang ditunjukan oleh gambar 4.60a. Hal itu mungkin karena perbesaran
yang
kurang
optimum
sehingga
gambar
kurang
jelas.Karena perbesaran sangat lah penting dalam mengamati struktur mikro yang terlihat
49
9. Kuningan
(a)
(b)
Gambar 4.62 struktur mikro kuningan (a) teori perbesaran 1000x dan (b) percobaan perbesaran 1000x
Material
Kuningan
Etsa
NH4OH, aquades, H 2O2 (3%)
Perbesaran
1000x
Kuningan merupakan paduan antara tembaga dan seng dimana kadar tembaga lebih besar daripada seng. Karena kadar tembaga yang lebih besar menyebabkan kuningan bersifat lunak. Unsur tembaga pada gambar terlihat berwarna merah, sementara seng terlihat berwarna kuning. Tidak terlihat adanya scratch pada gambar. Pada Gambar 4.62b Terlihat adanya perlit yang jumlahnya tidak terlalu banyak. Batas butir tidak terlihat jelas sehingga kurang dapat dibedakan antara butir yang satu dengan yang lain. Hal
itu
mungkin
disebabkan
tepat,terlalu cepat mengetsa struktur mikro yang terlihat
50
pengetsaan
yang
kurang
maka akan mempengaruhi hasil dari
10. Besi cor non perlakuan
(a)
(b)
Gambar 4.66 struktur mikro Besi cor non perlakuan(a) teori perbesaran 105x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Cor non perlakuan
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
1000x
Dari gambar baja cor non, perlit bagian yang kelabu dan ferit bagian yang terang, terlihat dengan jelas,. Batas butir terlihat jelas sehingga dapat dibedakan batas antara butir yang satu dengan yang lain Tampak pula jumlah ferrit lebih banyak dari ferrit. Dari struktur mikronya terlihat bahwa besi cor memiliki matrik sementit yang berasal dari austenit dan terlihat pula serpihan grafit (grafit flakes) yang berwarna gelap. Grafit tersebut menambah kekerasan bahan. Fokus dari kamera sudah baik. Cahaya sangat terang sehingga dapat terlihat jelas adanya goresan masih pada gambar baja cor non perlakuan, hal ini disebabkan proses polishing yang kurang baik.
51
11. Besi
cor
perlakuan
panas
dengan
pendinginan
udara
(
Normalizing)
(a)
(b)
Gambar 4.67 struktur mikro Besi cor Perlakuan udara(a) teori perbesaran 500x dan (b) percobaan perbesaran 500x
Material
Cor perlakuan udara
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
500x
Besi cor meruapakan material yang sangat keras yang disebabkan kadar karbonnya lebih banyak dibandingkan dengan material yang lain. Dari gambar 4.67 terlihat serpihan ( flakes) dan sebagian besar strukturnya martensite, dan dibandingkan dengan hasil percobaan 4.67b gambar juga terlihat ada flakes dan struktur martensitenya menyebar. Batas
butirannya
tidak
terlihat
jelas
sehingga
sulit
membedakan butir satu dengan lainnya.. Kurang fokus kamera menyebabkan gambar kurang jelas mugnkin dengan perbesaran yang lebih akan menghasilkan gambar yang lebih baik..
52
12. Besi cor perlakuan panas dengan pendinginan air
(a)
(b)
Gambar 4.68 struktur mikro Besi cor perlakuan air (a) teori perbesaran 500x dan (b) percobaan perbesaran 500x
( Perbesaran 500x ) Material
Cor perlakuan air
Etsa
Nital HNO3 dan ethanol
Perbesaran
500x
Pada gambar 4.68a menunjukan struktur mikro dari besi cor yang telah di beri perilaku panas dan di quench dengan air. Pada gambar menunjukan terjadi serpihan (flakes) dan struktur mikro logam umumnya martensite.padah gambar hasil percobaan 4.68b juga menunjukan hal yang sama akan tetapi karena gambar kurang jelas maka strukturnya tidak terlihat secara pasti Secara teoritis perbesaran sama tapi menunjukan hasil yang berbeda hal itu dikarenakan pada saat pemolishan kurang jelas ,dan pada saat pengetsaan harusnya secara tepat baik waktu maupun caranya karena itu sangat mempengaruhi hasil percobaan.
53
4.5 KESIMPULAN DAN SARAN 4.5.1
KESIMPULAN
1.
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui struktur logam dan kandungan karbon pada logam, sehingga berguna untuk mengetahui sifat sifat logam.
2.
Material dengan perlakuan berbeda menunjukkan struktur mikro yang berbeda.
3.
Untuk memperoleh hasil pemotretan yang baik diperlukan permukaan material dan pemolisan yang merata, mengkilap, tanpa goresan, dan bersih dari sisa autosol maupun air. Selain itu diperlukan juga pengetzaan yang benar agar komponen paduan dapat terlihat dan dibedakan dengan jelas.
4.
Struktur mikro pada specimen kebanyakan teridiri dari perlit ( berwarna kelabu yang berbentuk lamella ) dan ferit ( berwarna putih tanpa noda )
5.
Pada material perlakuan air martensit yang terbentuk mengakibatkan material bersifat keras dan rapuh.
4.5.2
SARAN
1.
Pada saat pemolesan sebaiknya dilakukan pada satu arah saja, dengan posisi spesimen tegak lurus terhadap amplas agar permukaan specimen datar sehingga dapat difoto dengan jelas
2.
.Pada
proses
pemolisan
(penghalusan
dan
peralatan),
perlu
memperhatikan posisi tangan dan juga tekanan tangan ke amplas pada material supaya tidak terjadi goresan. Posisi pada waktu memolis sebaiknya jangan berubah-ubah supaya permukaan cepat dan rata. 3.
Setelah selesai pemolisan kering yaitu pemolisan dengan menggunakan autosol, jangan menyentuh permukaan specimen, karena dapat menyebabkan adanya pengotor yang akan terlihat jelas pada mikroskop cahaya.
54
4.
Dalam melakukan pengetzaan sebaiknya dilakukan dalam waktu yang sesuai untuk masing-masing spesimen dan langsung mencelupkan benda uji ke air sebagai penetralan setelah di etza supaya tidak terjadi over etza yang akan mngakibatkan terbakarnya specimen sehingga butir-butir yang sulit di amati.
5.
Pada saat pemotretan sebaiknya menggunakan optik yang memiliki kejernihan yang baik.
6.
Perlu memperhatikan pemfokusan cahaya, yaitu diatur oleh tepat di tengah-tengah gambar, supaya cahaya dapat merata pada benda uji
55
REFERENSI
1. ASM Metals Handbook Volume 9 - Metallography and Microstructure, 2004 2. Callister, William D.1993. Materials
Science and Engineering
an
Introduction 7th. New York: John Wiley & Sons, Inc
3. D. Rajnovi, L. Sidjanin. 2007. Characterization of Microstructure in Comercial Al-Si Piston Alloy. Berlin
4. George Vander Voort,1984, Metallography Principles And Practice. New York: McGraw-Hill
5. http://cepiar.wordpress.com/2007/11/14/prosedur-percobaan-praktikummetalografi/ 6. http://www.google.co.id/images?duralumin+micro+structure=Telusuri 7. http://en.wikipedia.org 8. http://www.google.co.id/imglanding?q=batas+butirhttp://info.lu.farmingdaledu 9. http://pwatlas.mt.umist.ac.uk 10. http://www.atzonline.com 11. http://www.calphad.com 12. http://www.copper.org 13. http://www.marinenautoparts.com 14. http://www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/abstracts/CP1b.html 15. http://www.google.com 16. http://www.sv.vt.edu 17. http://www.tms.org 18. Job sheet praktikum struktur dan sifat material, 2011 19. Lawrence H. Van Vlack,1998. Ilmu dan Teknologi Bahan,Jakarta, Erlangga 20. Prof Ir Tata Surdia Ms.Met.E dan Prof DR. Shinroku Saito,1985, Pengetahuan Bahan teknik, Jakarta, PT. Paradnya Paramit
21. Prof Ir Tata Surdia Ms.Met.E dan Prof DR. Shinroku Saito,2005, Pengetahuan Bahan teknik,cetakan keenam,Jakarta, PT. Paradnya Paramit
22. www.answers.com/topic/duralumin_files 23. http://www.aluminum.org
56
