Laporan Praktikum Laboratorium Laboratorium Teknik M ateri ate rial al M odul D Hardenability dan Percobaan Percobaa n Jominy
Oleh : Nama Nama
: Sury Suryaa Eko Suli Sulistiawan stiawan
NIM
: 13713054
Kel Ke lompok
:2
Anggota Anggota (NIM)
: Andrian Andrian Anggadha Anggadha Widatama Widatama (137130 (137 13005) 05) Antonio Ricardo Salomo Abraham (13713024) Adhi Setyo Nugroho (13713025) Aldi Wendo Kohara (13713042)
Tanggal Tanggal Prakti Prak tikum kum
: 03 Novem No vember ber 2015 201 5
Tanggal Tanggal Penyerahan Laporan
: 09 Novem No vember ber 2015 201 5
Nama Nama Asisten Asisten (NIM)
: Haki Hakim m Ginan Ginanjar jar (13711040)
Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2015
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Material logam dan paduan banyak dijumpai dan digunakan pada industry alat-alat berat, kontruksi, dan industry manufaktur. Para pelaku industri tersebut memanfaatkan sifat-sifat logam dan paduannya sebagai bagian yang tak terpisahkan dalam system pengoperasian industry mereka. Salah satu sifat logam yang umum dimanfaatkan adalah sifat kekuatannya. Sifat kekuatan logam dapat disejajarkan dengan sifat kekerasan logam. Untuk membuat produk dari logam dan paduan yang memiliki kekuatan dan kekerasan tinggi harus diatur kadar unsur-unsur yang terkandung dalam logam tersebut pada saat proses pencairan dan pembuatan logam. Namun cara ini tidak efisien karena membutuhk membutuhk a n biaya yang mahal dan prosesnya pro sesnya memerluka memerluka n waktu wak tu yang lama. Salah satu metode untuk memperkeras logam yaitu dengan quenching. Quenching akan me ningkatka ningkatka n kekuatan kek uatan dan kekerasan suatu logam. Namun, cara mengquench logam yang berbeda-beda terutama quenching tidak pada semua specimen logam dapat mengakibatkan harga kekerasan specimen tersebut berbeda-beda d i tiap tiap lokasi di specimen logam tersebut. Untuk mengetahui engeta hui harga har ga kekerasan pada jarak ja rak tertentu dari sisi specimen yang di d iq uench salah salah sa tu caranya yaitu dengan percobaan jominy. 1.2 1. 2 Tujuan Tujuan Praktikum Pra ktikum 1. Menentukan harga kekerasan baja AISI 4140 pada berbagai jarak terhadap letak pusat quench spesimen 2. Membandingka n kurva k urva hasil perco pe rcoba baan an jominy jominy terhada terha dap p kurva data literatur
BAB II TEORI DASAR
Kekerasan merupakan ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis lokal. Untuk meningkatkan kekerasan material terutama logam dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain heat treatment, solid solution strengthening, dan strain hardening. Heat treatment merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja, melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju pendinginan. Jenis-jenis heat treatm treat ment antara a ntara lain annealing, normalizing, tempering, dan quenching. Proses heat treatment pada baja dilakukan dengan cara memanaskan baja sampai sampa i temp temp eratur austenisasinya auste nisasinya kemudian d idinginka idinginka n secara cepat(quench). Parameter yang dapat mempengaruhi kekerasan hasil proses heat treatment antara lain
komposisi
kimia,
laju
pendinginan,
medium
pendinginan,
serta
cara
mendinginkannya. Keterkerasan dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk mengeras sampai kekerasan tertentu pada suatu material setelah melalui proses heat treatment. Untuk mengetah mengetahui ui sifat mampu keras materi mater ial de ngan pro pro ses heat treatment, ada dua metode yang bisa bisa digunaka digunakan, n, yaitu meto metode de bola bo la baja ba ja (oleh KraussKra uss-Bain Baine) e) dan da n metode jominy. jominy. Pada metode bola baja, perlu beberapa bola baja untuk dipanaskan kemudian didinginkan. Sifat mampu keras yang baik dari material diindikasikan dengan persentase persentase martensit yang terbentuk dan d iuk iuk ur dari dia me ter bo la baja. Sedangkan Sed angkan pada metode metode jominy, spes imen imen yang d igunakan igunakan berbe ntuk ntuk silinder yang dipanaskan dipanaska n pada temperatur austenisasinya, kemud ian didinginkan didinginka n pada salah satu ujungnya dengan cara disemprot air. Untuk mengetahui sifat mampu kerasnya, diukur kekerasan dari mulai dari jarak terdekat dari ujung penyemprotan air hingga ke ujung satunya lagi.
Hasil dari pengujian metode jominy berupa harga kekerasan pada jarak tertentu dari
pusat
quench
specimen.
Standar specimen uji jominy ada di
ASTM
A255.
Kurva
hardenability merupakan kurva yang
menghubungkan
harga
kekerasan (sumbu y) terhadap jarak jarak ke pusat pusat quench quench (sum (sumbu x). x). Gambar 2.1 Standar specimen uji jominy
Selama proses pengujian jominy, kadang ada beberapa cacat selama percobaan, antara lain vapour blanket dan shadow effect. Vapour blanket terjadi di sekitar benda kerja ketika baru saja dicelup ke media pendingin. Vapur b lanket ini dapat mengh eng hambat aliran panas dari benda kerj ke rjaa ke lingkungan. Sedangkan shadow effect akan terjadi jika benda kerja yang diquenching dengan cara disemprot disemprot pada pad a bagian bel be lakang aka ng specim spe cimen en tidak tidak terkena terk ena semprotan. semprotan. Selain itu, itu, pada proses p roses q uenching ada fenom feno mena se verity of qu q uench. Seve Se verity rity of quench merupakan ukuran dari suatu media quench dalam menyerap panas/kalor dari benda kerja. Media quenc q uench h ya ya ng sering digunaka n antara antara lain air, a ir, oli, dan da n udara. Dari ketiga media quench tersebut air memiliki kemampuan menyerap panas paling tinggi sehingga laju pendinginan spesimen dalam media quench air paling cepat daripada media quench lainnya.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Menyiapkan enyi apkan 1 spesimen spesime n baja AISI AI SI 4140 4140
Mengikir salah satu bagian specimen dan mengukur kekerasan awal spesimen
0
Memanaskan specimen pada temperatur 850 850 C selama 30 menit di dalam tungku
Memindahkan specimen keluar tungku dan didi nginkan dengan de ngan penyemprotan penye mprotan air
Mengikir salah satu bagian specimen untuk diuji keras
Menguji keras dengan Rockwell C pada setiap rentang 5 cm
Mencatat semua data kekerasan dan mempl ot kedalam kedal am kurva terhadap jarak indentasinya
BAB IV DATA PENGAMATAN
1. Kekerasan akhir specimen Spesi Spe sim men
: AISI 4140 414 0
Kekerasan awal awal
: 19.5, 25, 27, 23.5 ; 23.75 HRC
No
jarak (mm)
HRC HRC
No
jarak (mm)
HRC HRC
1
5
42
8
40
26
2
10
37
9
45
28
3
15
29
10
50
30
4
20
26
11
55
27
5
25
28
12
60
27
6
30
24
13
65
24
7
35
25
14
70
25
15
75
25
2. Perhitungan hardenability band : Spesi Spe siffikasi kas i baja AISI 4140 : Paduan Pa duan
% min min
% max
Fakto Fa ktorr pengal pe ngalii min. min.
Fakto Fa ktorr pengal pe ngalii max.
C
0,38
0,43
0,205
0,221
Cr
0,8
1,1
2,728
3,376
Mo
0,15
0,25
1,45
1,75
Mn
0,75
1
3,500
4,333
Si
0,15
0,35
1,105
1,245
DI (inch)
3,136
7,043
DI (mm)
79,65
178,9
Dengan DI= П factor pengal pe ngalii
Untuk mencari Distance Hardness Hardness Dividing Dividing Factors, Factors, dipakai DI terdekat yakni 80 mm dan 177,5 mm. Selanjutnya dari tabel 2 dan 3 hasilnya dapat ditabelkan sebagai berikut : Jarak Jara k (mm) (mm)
DHDF 80 mm
DHDF 177, 17 7,5 5 mm
3
1
1
4,5
1
1
6
1,06
1
7,5
1,13
1
9
1,22
1
10,5
1,3
1
12
1,35
1
13.5
1,42
1
15
1,47
1
18
1,61
1
21
1,72
1,01
24
1,8
1,02
27
1,88
1,03
33
2,01
1,06
39
2,13
1,09
45
2,23
1,12
51
2,33
1,18
Initial hardness, IH = 35.395 + 6.990x + 312.330x2− 821.744x3+ 1015.479x4− 538.346x5 . Dengan x=%C, x=%C, maka maka diperol dipero leh
IH min=54,97 min=54,97 HRC,dan IH
max=57,62 HRC. Untuk Untuk mempero mempero leh harde nability nability ban ba nd, IH d ib agi Di agi Distance stance Hardness Dividing Factors dan dapat ditabelkan sebagai berikut :
Jarak Jara k (mm) (mm)
IH/DHDF 80 mm
IH/DHDF 177, 17 7,5 5 mm
3
54,97
57,62
4,5
54,97
57,62
6
51,86
57,62
7,5
48,65
57,62
9
45,06
57,62
10,5
42,28
57,62
12
40,72
57,62
13.5
38,71
57,62
15
37,39
57,62
18
34,14
57,62
21
31,96
57,05
24
30,54
56,49
27
29,24
55,94
33
27,35
54,36
39
25,81
52,86
45
24,65
51,45
51
23,59
48,83
Berikut ini ini kurva hard hardenab enabilit ility y band ba nd dan da n hasil praktikum : 60 55 50 45 min 40
max
35
percobaan
30 25 20 0
20
40
60
80
BAB V ANALISIS DATA
Praktikum metode Jominy ini dilakukan dengan menggunakan specimen baja AISI 4140. Data yang diperoleh pada pengujian ini adalah harga kekerasan rockwell C pada berbagai jarak terhadap pusat quench specimen setelah melalui proses heat treatment. Spesimen pada percobaan ini mula-mula mula- mula dipanaskan dalam tungku 900‟C selama 30 menit untuk mendapatkan fasa austenite pada semua bagian specimen. Melalui proses pendinginan cepat dengan disemprot air pada salah satu ujung speci spec imen, fasa austenite austenite tersebut bertransf be rtransformas ormasii fasa berdasarkan berda sarkan diagram diagram CCT CC T baja. Secara umum, kekerasan specimen di tiap posisi pada specimen sete lah mela mela lui proses heat treatment ini meningka meningkatt terhadap terhadap kekerasan kekerasa n awal kare na pen pe nd inginan yang dilakukan secara cepat dengan media pendingin air dan udara lingkungan. Namun har ga kekerasan kekerasa n di d i tiap jarak jarak terhadap p usat usat que nch specimen b erbeda-beda. Harga kekerasan di dekat pusat quench specimen naik paling tinggi, terutama pada jarak jarak 0.5-2.0 cm, cm, diban dibandi dingkan ngkan di posisi posisi lain. ain. Semakin jauh posisi terhadap pusat quench specimen harga kekerasannya semakin turun. Harga kekerasan yang menurun ini disebabkan oleh laju pendinginan yang berbeda-beda tiap posisi. Pada posisi dekat pusat quench laju pendinginannya sangat cepat karena media pendingin air lebih dominan daripada udara. Semakin jauh dari pusat quench keterlibatan media pendingin air semakin berkurang dan dominan udara sehingga akan mempengaruhi harga kekerasan. Menurut literature, severity of quench air lebih tinggi daripada udara sehingga posisi specimen yang terpengaruh oleh med media ia pendingin air harga kekerasa keke rasanny nnyaa lebih tinggi. tinggi. Akan tetapi mulai pada jarak 2.5 cm keatas harga kekerasannya cenderung stabil. Hal ini mungkin disebabkan oleh media pendingin udara lebih dominan daripada air pada posisi-p posisi-posisi osisi ini sehingga sehingga harga kekerasannya kek erasannya stabil. stabil.
Walaupun pada percobaan ini tidak disertai pengamatan struktur mikronya, namun jika ditinjau dari struktur mikronya, daerah yang dekat dengan pusat quench specimen akan mengandung banyak fasa martensit dan semakin jauh jaraknya maka fasa martensit akan berkurang dan fasa perlit akan meningkat. Struktur mikro yang berbeda ini d isebabka n o leh laju pendinginan yang berbeda d imana imana semakin semak in cepat laju pendinginan kemungkinan terbentuknya fasa martensit semakin besar. Pernyataan ini berdasarkan berda sarkan interpretas interpretasii dari diagram diagram CCT CC T pada pad a baja. Dari kurva perbandingan hardenability band dengan hasil percobaan, terlihat bahwa mula-mul mula- mulaa garis garis percobaan percobaa n berada dibawah garis garis minimum. Akan tetapi mulai pada jarak jarak 40 mm garis percobaan memotong garis garis minimum minimum dan berada didalam didalam kurva hardenability band. Adanya garis percobaan yang berada diluar kurva hardenability band mungkin disebabkan oleh proses pendinginan yang tidak merata ke seluruh seluruh bagi ba gian an spec s pecim imen en dan da n sifat sifat specim spe cimen en yang ya ng belu be lum m tentu sesuai standar. Proses pendinginan yang tidak merata akan mempengaruhi struktur mikro yang terbentuk. Struktur mikro yang terbentuk juga pasti akan mempengaruhi harga kekerasan specimen. Sifat specimen yang belum tentu sesuai standar, antara lain ditanda ditandaii dengan adanya impurity pada specimen, ataupun specimen terseb ut tela h mengalami perlakuan tertentu sebelum proses pengujian ini.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 1. Harga kekerasan baja AISI 4140 pada berbagai jarak terhadap letak pusat quench spesim spes imen en dapa da patt ditabel ditabe lkan ka n sebagai seb agai berikut be rikut : no
jarak (mm)
HRC HRC
no
jarak (mm)
HRC HRC
1
5
42
8
40
26
2
10
37
9
45
28
3
15
29
10
50
30
4
20
26
11
55
27
5
25
28
12
60
27
6
30
24
13
65
24
7
35
25
14
70
25
15
75
25
2. Perbandingan kurva pengujian jominy hasil praktikum terhadap literature yaitu sebagai berikut :
60 55 50 45
min
40
max
35 percobaan
30 25 20 0
20
40
60
80
5.2 Saran Perlu pembuktian struktur mikro bahwa telah terjadi transformasi fasa pada specimen.
DAFTAR PUSTAKA
1. Dieter, Dieter, G.E. „Mechanica „Mechanicall Metallurgy Metallurgy”” 2th edition. edition. Mcg raw-hi raw-hill ll,, New York. 1986. 2. Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction” 6th edition. edition. John Will Willey & Sons, Inc. 2003. 200 3. 3. Kalpakjian,S & Schmid, S. “Manufacturing Engineering and Technology” 6th edition. Pearson. 2009. 4. ASTM. 2002. ASTM A255 – 02: Standard Test Methods for Determining Hardenability Hardenability of Steel . USA. ASTM International.
RANGKUMAN
Metode pengerasan logam selain heat treatment antara lain solid solution strengthening, strain hardening, grain refinement, precipitation hardening, dan martensitic strengthening. Penguatan solid solution dilakukan dengan pemaduan unsur-unsur yang lain untuk memperoleh sifat yang diinginkan. Strain hardening strengthening dilakukan dengan pemberian cold working sehingga terjadi fenomena strain hardening yang dapat mengeraskan material. Pengaturan ukuran butir mempengaruhi kekuatan dan kekerasan, berdasarkan hokum hall petch, semakin kecil ukuran butir maka kekuatan dan kekerasannya semakin tinggi. Precipitation hardening dilakukan dengan pembentukan presipitat didalam matriks, dimana presip presip itat itat ini dapat menghambat pergera pe rgeraka kan n d islokas islokas i. Sedang Sedan gkan ka n martensitic strengthening dilakukan dengan pembentukan fasa martensit yang keras dan getas melalui peman p emanasan asan dan pendinginan pendinginan yang cepat. cepa t. Kelebihan proses heat treatment dibandingkan metode pengerasan lainnya yaitu sifat sifat fisiknya fisiknya tida tidak k berubah beruba h karena komposisinya ko mposisinya masih masih tetap teta p sama.
Harga kekerasan suatu logam dapat dilihat pada kurva hardenability. Sifat mampu kerasnya dapat kita ketahui dengan mencocokkan kurva hardenability pada hardenability band. Selain menggunakan kurva hardenability, kita dapat melihat sifat mampu kerasnya melalui diagram CCT. Semakin jauh jarak diagram (hidung) dari garis tegak mak makaa semakin baik ba ik sifat sifat mampu mampu kerasnya. ker asnya. Berikut Berikut diagram diagram CCT C CT untu untuk k baja hypoe hypoeutektoid utektoid dan baja hypereutecto hypereutectoiid.
Dari diagram disamping, ada beberapa garis yang ditandai dengan garis A1,A3,Acm dan lainnya.
Pada
hypoeutektoid,
baja
baik
melunakkan mengeraskan
untuk maupun
temperatur
pem pe manasannya
yaitu
Tp=A3+50‟C. Sedangkan pada baja
hypere hypere utecto utecto id,
untuk untuk
melunakkan sifatnya perlu temperatur pemanasan Tp=Acm+50‟C dan untuk mengeraskan perlu temperatur pemanasan Tp=A13+50‟C.
Kekerasan merupakan ketahanan material terhadap deformasi plastis lokal sedangkan keterkerasan merupakan kemampuan untuk mengeras sampai kekerasan tertentu pada suatu material setelah melalui proses heat treatment. Faktor-faktor yang mempengaruhi keterkerasan antara lain komposisi kimia, ukuran butir austenite, laju pendinginan, kon ko nd uktivitas, uktivitas, ben be ntuk ben be nda, dan medium pend ingin. ingin. Ukuran Ukura n butir austenite akan mempengaruhi keterkerasan karena jika ukuran butirnya besar maka kandungan karbonnya banyak. Ada beberapa cara pemanasan, bergantung sifat dan bentuk benda kerjanya. Untuk benda kecil, benda dimasukan ke dalam tungku yang sudah dipanasi sebelumnya. Sedangkan untuk benda besar, benda kerja dimasukan kedalam tungku lalu dipanaskan secara bersama-sama.
Untuk benda yang sederhana dan permukaannya halus, pemanasan dilakukan secara 1 tahap langsung, sedangkan untuk benda yang rumit dan jelek, pemanasannya melalui melalui 2 tahap(interr tahap(interru up ted) dimana d iantar an taraa tahap ta hap tersebut tersebut te mperatur d ijaga ja ga konstan selama beberapa waktu.
Selama proses pengujian jominy, kadang ada beberapa cacat selama percobaan, antara lain vapo vapour ur b lanket dan shadow effect. Vapour b lanket terjadi d i sekitar benda kerja ketika baru saja dicelup ke media pendingin. Vapur blanket ini dapat menghambat aliran panas dari benda kerja ke lingkungan. Sedangkan shadow effect akan terjadi jika benda kerja yang diquenching dengan cara disemprot pada bagian bagian belakan belakang g specim specimen tidak tidak terkena terkena semprotan semprotan..
LAMPIRAN Tugas Tu gas Se S e telah tela h Praktikum Praktikum 1
1. Buat grafi grafik k dari hasil hasil percobaa perco baan n dan berikan berikan anali analisisnya! sisn ya! 2. Buat kurva grafik hardenability band dengan perhitungan dari baja yang ditentukan setelah praktikum! 3. Jelaskan metode yang dapat digunakan untuk menentukan sifat mampu keras logam! 4. Apa yang menyebabkan severity of quench berbeda-beda pada medium quenching! Jawab : 1. Dari
kurva
terlihat kekerasan didekat
disamping
bahwa
permukaan pusat
kurva hardenability
harga
quench
45 40 35
paling tinggi. Sem Se makin
30
jauh dari p usat usat q uench
25
harga
kekerasannya
semakin turun. Walaupun
20 0
20
40
60
80
begitu kekerasan kekerasa n akhir akh ir di semua titik titik d i specimen tersebut lebih tinggi dibandingkan kekerasan awal karena specimen ini telah melalui proses heat treatment terutama quenching. 2.
60 55 50 45 min 40
max
35
percobaan
30 25 20 0
20
40
60
80
3. A. Metode jominy : dengan menggunakan spesimen berbentuk silinder berdiameter berdiameter 1 inchi inchi deng de ngaa n panjang p anjang 4 inchi, inchi, spesim spes imen en ini mulamula- mula mula d ipanaska n terleb terlebih ih dahulu sampai temperatu temperat ur austenisasi, ke mud mud ian diquenching dengan cara disemprot dengan air sampai spesimen menjadi dingin (temperatur kamar). Setelah itu dikikir dan dibersihkan spesimen untuk diuji keras. Harga uji keras ya ng d idapat d ari p ercobaan, d iplo iplo t terhadap jarak titik titik yang d iuji dari pusat quenching menjadi kurva hardenability. Kurva hardenability yang diperoleh dicocokkan pada hardenab ility ility ban ba nd. Jika masih berada be rada di dalam band berart i sifat mampu keras spesimen tersebut baik, namun jika tidak terdapat dalam band berarti berarti sif sifat mampu ampu keras spesim spesimen buruk. buruk. B. Metode Bola baja : Pada metode bola baja, perlu beberapa bola baja untuk dipanaskan kemudian didinginkan. Sifat mampu keras yang baik dari material diindikasikan dengan persentase martensit yang terbentuk dan diukur dari diameter bola baja
4. Severity of quench berbeda-beda pada medium quenching disebabkan tiap media quenching memiliki kapasitas kalor yang berbeda-beda. Semakin besar kapasitas kal ka lornya maka severity of quenchnya semakin tinggi. tinggi. Tugas Tu gas Se S e telah tela h Praktikum Praktikum 2
1. Apa yang yang dimaksud dimaksud dengan temper embrittlemen embrittlementt dan secondary seco ndary phase hardening hardening Jawab : 1. Temper embrittlement diindikasikan dengan penurunan ketangguhan baja paduan ketika dipanaskan atau melalui pendinginan lambat, pada range temperatur 400600‟C. Temper embrittlement juga dapat terjadi akibat hasil exposure isothermal ke temperatur range ini. Keberadaan temper embritllement dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur transisi ductile ke brittle dengan uji impak, sebelum dan setelah heat treatment. Penyebab terjadinya temper embrittlement pada proses penemperan baja adalah terdapatnya austenit sisa pada baja akibat laju pen pe nd inginan yang k urang cepat sehingga masih terdapat fasa austenit pada baja. Adanya austenit sisa menyebabkan kekerasan menurun sehingga baja perlu dipanaskan da n diq diq uenching ke mbali ba li agar seluruhnya menj me njadi adi martensit. Secondary hardening merupakan pengerasan baja paduan pada temperatur 250-650‟C 250-650‟C oleh presipitasi karbida. Penyebab terjadinya secondary hardening adalah akibat adanya inklusi lain yang bereaksi membentuk senyawa karbida yang keras sehingga sehingga kekerasan kek erasan naik naik saat saa t ditemper. ditemper.
