Analisis Praktikum Labtek-2

Pada Percobaan ini kita memperoleh sifat mampu keras dari spesimen. Spesimen yang dipakai adalah AISI 4142 yang merupakan baja dengan kadar C 0.4-0.45%, jadi spesimen termasuk baja hypoeutectoid. Spesimen ini dipanaskan dahulu dalam tungku pada temperatur austenisasi kemudian diquenching pada ujung spesimen. Kemudian dilakukan uji keras mulai dari pusat quenching sampai pangkal spesimen dengan titik yang berbeda-beda. Semakin menjauhi pusat quenching, harga kekerasan semakin menurun. Kemudian harga kekerasan dan jarak pengujian keras diplotkan pada suatu kurva dan disesuaikan pada hardenability band. Jika kurva kekerasan berada di dalam band maka spesimen memiliki sifat mampu keras yang baik. Tujuan spesimen dipanaskan sampai suhu austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur austenit yang homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan bertambah dengan naiknya suhu austenisasi. Proses selanjutnya setelah spesimen dipanaskan sampai suhu austenisasi adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi, dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada kecepatan difusi. Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat mekanik yang keras dan getas.

Annealing

Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan lambat didalam tungku yang dimatikan. Temperatur pemanasan annealing, untuk spesimen (baja hypoeutektoid) adalah sekitar sedikit diatas garis A3. Tujuan dari annealing untuk memperbaiki ; mampu mesin, mampu bentuk, keuletan, kehomogenan struktur, menghilangkan tegangan dalam, dan lain sebagainya.

Normalizing

Normalizing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginannya diudara terbuka. Tujuan normalizing antara lain untuk memperbaiki sifat mampu mesin, memperhalus butir dan lain sebagainya. Temperatur pemanasan normalizing, untuk spesimen (baja hypoeutektoid) dipanaskan pada temperatur 30 oC sampai dengan 40 C diatas garis A3 agar diperoleh Austenit yang homogen.

Setelah waktu penahanan pada temperatur austenisasi selesai, kemudian baja diquenching sampai mencapai temperatur kamar (27 oC) dengan menggunakan water jet. Struktur Metalurgi spesimen (baja HypoEutektoid) yang dihasilkan adalah Martensite. Pada baja hypoeutektoid temperatur diatas garis Ac3, struktur baja akan seluruhnya berkomposisikan butir austenit, dan pada saat pendinginan cepat akan menghasilkan martensit.

Proses ini sangat dipengaruhi oleh parameter tertentu seperti :

a. Temperatur pemanasan, yaitu temperatur austenisasi yang dikehendaki agar dicapai transformasi yang seragam pada material.

b. Waktu pemanasan, yaitu lamanya waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pemanasan tertentu (temperatur austenisasi).

c. Waktu penahanan, (holding time)yaitu lamanya waktu yang diperlukan agar didapatkan distribusi temperatur yang seragam pada benda kerja.

Waktu pemanasan ini merupakan fungsi dari dimensi dan daya hantar panas benda kerja. Lamanya waktu penahanan akan menimbulkan pertumbuhan butir yang dapat menurunkan kekuatan material.

Quenching

Untuk memperoleh kekerasan yang diinginkan, maka dilakukan proses quenching. Media quech yang biasa dipergunakan diantaranya :

1. Air

Sangat umum digunakan sebagai quenching, dan juga mudah diperoleh sehingga tidak ada kesulitan dalam pengambilan dan penyimpanan.

Panas jenis dan konduktivitas termal tinggi, sehingga kemampuan mendinginkannya tinggi.

Dapat mengakibatkan distorsi

Digunakan untuk benda−benda kerja yang simetris dan sederhana.

2. Oli

Banyak digunakan

Laju pendinginan lebih lambat dibandingkan air

Konduktivitas termal, panas laten penguapan rendah

Viskositas tinggi, laju pendinginan menjadi rendah(pendinginan lambat)

Viskositas yang rendah menyebabkan laju pendinginan tinggi dan menjadi mudah terbakar.

3. Udara

Distorsi bisa diabaikan

Pendinginan dilakukan dengan menyemprotkan udara bertekanan ke benda kerja

4. Salt bath

Campuran nitrat dan nitrit (NaNO3 dan NaNO2)

Digunakan untuk meng−quench benda kerja pada temperatur yang relatif rendah

5. Polimer

Larutan polimer yang digunakan : poliakalin glikol atau polivinil alkohol

Penambahan 12−15 % polimer laju quenchnya lebih baik dibandingkan oli

Pemilihan media quech untuk mengeraskan baja tergantung pada laju pendinginan yang diinginkan agar dicapai kekerasan tertentu. Kurva ini menyatakan perubahan temperatur benda kerja pada saat didinginkan atau di quench dari temperatur pengerasannya. Pada pendinginan tersebut terjadi dalam 3 tahap berbeda yang ditandai A, B, C, dimana masing-masing tahap memiliki karakteristik pendinginan yang berbeda-beda.

Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium queching, lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap. Pada tahap ini (tahap A) benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda kerja. Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap, akan menurunkan laju pendinginan, karena lapisan terbentuk dan akan berfungsi sebagai isolator.

Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap ini lama-kelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya. Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan makin rendah. Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan lapisan uap, dengan demikian tahap B dimulai. Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda kerja sehingga terbentuk gelembung-gelembung udara dan menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah besar.

Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah pada saat temperatur benda kerja turun. Untuk mencapai struktur martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi melampaui kecepatan pendinginan kritik dari benda kerja yang diquench, sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.

Fluida yang ideal untuk media quench agar diperoleh struktur martensit, harus bersifat :

o Mengambil panas dengan cepat didaerah temperatur yang tinggi.

o Mendinginkan benda kerja relatif lambat di daerah temperatur yang rendah, misalnya di bawah temperatur 350˚C agar distorsi atau retak dapat dicegah.

Pada tabel.berikut dapat dilihat beberapa sifat dan keunggulan dari setiap media quenching yang biasa digunakan.

Tabel. Nilai kekerasan (severity) dari media quenching

Air

Oil

Water

Brine

No Circulation of Fluid or Agitation of Piece

0.02

0.25 to 0.30

0.9 to 1.0

2

Mild Circulation …………………………….

0.30 to 0.35

1.0 to 1.1

2 to 2.2

Moderate Circulation ………………………

0.35 to 0.40

1.2 to 1.3

Good Circulation ……………………………

0.4 to 0.5

1.4 to 1.5

Strong Circulation …………………………..

0.05

0.5 to 0.8

1.6 to 2.0

Violent Circulation ………………………….

0.8 to 1.1

4

5

Karena pada proses quenching pendinginan yang terjadi berlangsung cepat, sehingga atom karbon tak sempat berdifusi menjadi sel satuan BCC dan akhirnya membentuk struktur kristal BCT.

Akibat adanya atom karbon yang terjebak tersebut, maka pada proses quenching terjadi transformasi dari struktur austenit menjadi struktur martensit.

Mekanisme Terbentuknya Martensit

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa transformasi dari austenit ke martensit terjadi apabila dilakukan pendinginan cepat (quenching), untuk itu diperlukan suatu diagram yang dapat memberikan informasi struktur mikro yang terbentuk akibat proses pendinginan yang berlangsung cepat yaitu diagram TTT (time−temperatur−transformation).

Karakteristik utama yang membedakan transformasi austenit ke martensit dengan reaksi yang lain adalah reaksi ini tidak melibatkan pengintian dan pertumbuhan yang dicirikan dengan kontrol difusi atom. Pembentukan martensit didasari pada proses pergeseran atom yang melibatkan penyusutan dari struktur kristal. Struktur martensit merupakan konsekwensi langsung dari tegangan disekitar matriks yang timbul akibat mekanisme geser.