Senin, 03 Februari 2014

Heat Treatment



DAFTAR ISI




                                                                                                                       Halaman
HALAMAN JUDUL..........................................................................................  i
LEMBAR PENGESAHAN...............................................................................  ii
DAFTAR ISI....................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... iv
DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................... iv
BAB I     PENDAHULUAN
1.1       Latar Belakang................................................................................... 1
1.2       Tujuan Percobaan............................................................................... 2
1.3       Batasan Masalah................................................................................ 2
1.4       Sistematika Penulisan.......................................................................... 2
BAB II   TINJAUAN PUSTAKA
2.1          Perlakuan Panas (Heat Treatment)....................................................  3
2.2          Mekanisme Pembentukan Perlit..........................................................  5
2.3          Mekanisme Pembentukan Martensit...................................................  6
BAB III METODE PERCOBAAN
3.1     Diagram Alir Percobaan...................................................................... 7
3.2     Alat dan Bahan..................................................................................  8
                3.2.1 Alat yang Digunakan...........................................................  8
                3.2.2 Bahan yang Digunakan........................................................  8
       3.3    Prosedur Percobaan.....................................................................  8
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.............................................................  9
  4.1   Hasil Percobaan................................................................................ 10
  4.2   Pembahasan...................................................................................... 10
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 13
  5.1   Kesimpulan........................................................................................ 13
  5.2.. Saran................................................................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 14
LAMPIRAN........................................................................................................ 15





DAFTAR LAMPIRAN



Lampiran                                                                                                   Halaman
1.      Contoh Perhitungan......................................................................................... 16
2.      Jawaban Pertanyaan dan Tugas....................................................................... 18
3.      Gambar Alat dan bahan................................................................................... 21
4.      Blanko Percobaan............................................................................................ 22



BAB I
PENDAHULUAN



1.1              Latar Belakang
Logam merupakan material yang istimewa. Keistimewaan ini terletak pada sifat-sifatnya, salah satunya sifat mekanik. Sifat-sifat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: komposisi kimia, perlakuan panas, dan struktur-mikro. Salah satu yang penting dipelajari adalah perlakuan panas.
Perlakuan panas (heat treatment) didefinisikan sebagai suatu kombinasi dari pengendalian pemanasan dan pendinginan pada temperatur dan waktu tertentu untuk menghasilkan logam dengan sifat mekanik yang diinginkan. Perlakuan panas dilakukan untuk mendapatkan mikro struktur logam yang seragam, meningkatkan kekuatan, kekerasan, keuletan, ketangguhan (untuk finishing product), serta sifat mampu las, sifat mampu mesin, sifat mampu bentuk dan dapat mengurangi tegangan sisa (untuk produk setengah jadi), yang muncul dari hasil pengerjaan logam tersebut sebelumnya.
Beberapa jenis perlakuan panas antara lain normalizing, annealing, spheroidizing, homogenizing, full annealing dan stress relieving, dapat meningkatkan keuletan dan ketangguhan logam, sedangkan hardening dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan logam. Sifat-sifat mekanik yang dihasilkan ini didukung oleh struktur mikro yang terbentuk setelah perlakuan panas, struktur mikro tersebut antara lain distribusi fasa ferit, perlit, martensit dan fasa hasil transformasi lainnya.
Untuk mempelajari perlakuan panas maka terlebih dahulu harus mempelajari karakteristik baja selama proses transformasi selama pemanasan maupun pendinginan, karena hal ini dapat dilakukan untuk memprediksi struktur mikro apa yang terbentuk. Mekanisme transformasi struktur dalam baja akan dipengaruhi pengaturan temperatur pemanasan, waktu penahanan (holding time) dan unsur paduan yang terkandung dalam baja. Tujuan perlakuan panas yaitu untuk menghasilkan logam dengan sifat mekanik yang diinginkan.
1.2              Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan perlakuan panas ini adalah untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap perubahan sifat kekerasan logam.

1.3              Batasan Masalah
Pada percobaan perlakuan panas ini melakukan percobaan perlakuan panas dengan metode quenching dan normalising pada baja AISI 1045. Kemudian melakukan quenching dengan udara, media air, dan oli.

1.4              Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari lima bab. Bab I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. Bab II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai teori singkat dari percobaan yang dilakukan. Bab III menjelaskan mengenai metode penelitian. Bab IV menjelaskan mengenai hasil percobaan dan pembahasan. Bab V menjelaskan mengenai kesimpulan dan saran dari percobaan. Selain itu di akhir laporan juga terdapat lampiran yang memuat contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan tugas serta blanko percobaan.

 



BAB II
TINJAUAN PUSTAKA


2.1.      Perlakuan Panas (Heat Treatment)
Logam merupakan material dengan karakteristik sifat mekanik yang unik. Sifat mekanik meliputi kekerasan, ketangguhan, kekuatan, dan keuletan. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi sifat mekanik dari suatu logam, yakni: komposisi kimia, perlakuan panas, dan struktur-mikro. Namun ketiga faktor ini pun saling berhubungan satu sama lain.
Perlakuan panas (Heat Treatment) didefinisikan sebagai suatu kombinasi dari pengendalian pemanasan dan pendinginan pada temperatur dan waktu tertentu untuk menghasilkan logam dengan sifat mekanik yang diinginkan. Perlakuan panas dilakukan untuk mendapatkan mikro struktur logam yang seragam, meningkatkan kekuatan, kekerasan, keuletan, ketangguhan (untuk finishing product), serta sifat mampu las, sifat mampu mesin, sifat mampu bentuk dan dapat mengurangi tegangan sisa (untuk produk setengah jadi), yang muncul dari hasil pengerjaan logam tersebut sebelumnya.
Beberapa jenis perlakuan panas antara lain normalizing, annealing, spheroidizing, homogenizing, full annealing, stress relieving dan recristallization, dapat meningkatkan keuletan dan ketangguhan logam, sedangkan quenching atau hardening dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan logam. Namun yang akan dibahas selanjutnya hanyalah normalizing dan quenching.
Sifat-sifat mekanik yang dihasilkan ini didukung oleh mikro struktur yang terbentuk setelah perlakuan panas, struktur mikro tersebut antara lain distribusi fasa ferit, pearlit, martensit dan fasa hasil transformasi lainnya. Mekanisme transformasi struktur dalam baja dipengaruhi pengaturan temperatur pemanasan, waktu penahanan (holding time), dan unsur paduan yang terkandung dalam baja. Dalam suatu proses laku panas, setelah mencapai temperatur austenit dan ditahan pada temperatur tersebut secukupnya agar butir di dalam logam tersebut homogen menjadi austenit maka selanjutnya dilakukan pendinginan dengan laju pendinginan tertentu. Struktur mikro yang terjadi setelah pendinginan akan tergantung pada laju pendinginan. Sehingga akan dapat diprediksi sifat mekanik apa yang diharapkan.
Beberapa jenis perlakuan panas yang umum dikerjakan antara lain:
1.         Normalizing
Proses normalizing bertujuan untuk mengeliminasi struktur butiran yang kasar akibat pembentukan, untuk memodifikasi dan meningkatkan struktur dendrite cor-coran serta mengurangi segregasi dengan homogenizing mikrostruktur, untuk mendapatkan mikrostruktur dan sifat mekanik yang diinginkan, dan meningkatkan machinability  pada baja karbon rendah
 Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur yang halus, sehinga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki yield strength, UTS, kekerasan, dan impact strength akan lebih tinggi dari pada hasil full annealling. Normalizing dapat juga menghomogenkan struktur mikro sehingga dapat memberi hasil yang bagus dalam proses hardening, sehingga ummnya sebelum dihardening baja harus dinormalizing terlebih dahulu.
Pada normalizing pemanasan sebaiknya tidak terlalu tinggi karena butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar, sehingga pada pendinginan cepat ferit proeutektoid akan membentuk struktur widmanstaten yang berupa pelat-pelat ferrit yang sejajar, yang tumbuh didalam butir kristal austenit kasar yang akan menurunkan keuletan atau ketangguhan suatu baja. Pada pendinginan yang agak cepat inti ferrite proeutektoid tidak tumbuh secara normal menjadi butir-butir kristal, tetapi akan tumbuh dengan cepat membentuk ferrit berupa pelat kearah bidang kristalografi tertentu didalam butir austenit.
2.         Quenching dan Tempering                  
            Proses ini adalah proses yang umum dilakukan untuk mendapatkan struktur mikro martensite temper, yang mempunyai sifat ketangguhan yang relatif tinggi dan keuletan yang baik.
            Benda kerja dipanaskan sampai mencapai temperatur austenite, didinginkan cepat sehingga tidak terjadi transformasi pada temperatur diatas daerah martensite. Media pendinginan yang digunakan adalah air, minyak atau larutan garam.

2.2.      Mekanisme Pembentukan Perlit
Perlit merupakan perubahan fasa dari austenit dengan gabungan antara fasa ferit dan sementit. Fasa ini merupakan hasil dari pendinginan lambat. Perlit memiliki nilai kekerasan yang rendah namun cenderung ulet, sehingga fasa perlit dibutuhkan dalam beberapa bidang industri yang membutuhkan ketangguhan tinggi.
Pembentukan perlit dimulai dengan tumbuhnya inti sementit pada batas butir austenit. Untuk tumbuhnya sementit yang memiliki kadar karbon 6.67% diperlukan sejumlah karbon yang diperoleh dari austenit disekitarnya, yang mengeluarkan karbon untuk dapat menjadi ferit. Karbon ini selanjutnya akan keluar ke kanan dan ke kiri dan sebagian lagi mengumpul pada sementit untuk bertumbuhnya sementit yang sudah ada, dan yang keluar ke sisi lain akan membentuk sementit baru. Proses ini berlangsung terus menerus sehingga akan diperoleh struktur yang berlapis-lapis (lamellar) yang terdiri dari ferit dan sementit yang disebut perlit.
                                          Gambar 1. Skematis pembentukan perlit

2.3.      Mekanisme Pembentukan Martensit
Martensit merupakan fasa metastabil yang merupakan suatu perubahan fasa dari austenit. Sifat dari fasa ini adalah keras (memiliki nilai kekerasan tinggi) namun getas (tidak ulet). Fasa martensit ini dibutuhkan dalam beberapa komponen yang membutuhkan kekerasan tinggi.
Jika dari temperatur austenit kemudian didinginkan sangat cepat maka gaya dorongpun akan sangat besar, sehingga seolah-olah pergeseran atom untuk proses transformasi allotropic dari FCC (Face Center Cubic) ke BCC (Body Center Cubic) dapat tejadi tanpa proses difusi tapi hanya oleh gaya dorong yang sangat besar. Austenit yang memiliki kadar karbon lebih tinggi dari ferrit seharusnya mengeluarkan karbon dari larutan namun karena cepatnya pendinginan karbon yang mestinya keluar terperangkap karena tidak adanya lagi difusi akibat temperatur yang sudah dingin, sehingga BCC berubah menjadi BCT (Body Centered Tetragonal) atau disebut martensit.



                             
Gambar 2. Model susunan atom pada transformasi austenit-martensit




BAB III
METODE PERCOBAAN



3.1              Diagram Alir Percobaan
Literatur
1 buah sampel baja AISI - 1045

Data Percobaan
3 buah sampel baja AISI - 1045

Memanaskan sampai T=900 0C
Holding time, t = 20 menit
Pengujian kekerasan
Mendinginkan dengan media berbeda (air, oli, udara)
Pembahasan
Kesimpulan
Berikut ini adalah percobaan perlakuan panas (heat treatment) baja AISI 1045 untuk mengetahui sifat kekerasannya setelah dilakukan quenching dan normalizing.
























                  Gambar 3. Diagram Alir Percobaan Heat Treatment
3.2         Alat dan Bahan
3.2.1       Alat yang digunakan
1.    Muffle furnace
2.    Stopwatch
3.    Tang penjepit
4.    Sarung tangan
5.    Alat pengujian kekerasan (Hardness Rockwell)
6.    Gunting penjepit crucible
7.    Thermocouple
3.2.2       Bahan yang digunakan
1.    Sampel baja AISI – 1045 4 buah
2.    Media pendingin (air dan oli)

3.3              Prosedur Percobaan
1.       Menyiapkan benda uji sebanyak 4 buah (3 buah diuji perlakuan panas dan 1 buah tidak dilakukan perlakuan panas).
2.       Menghidupkan Muffle furnace dan memanaskan sampel sampai temperatur 9000 C .
3.       Memasukkan benda uji ke dalam muffle furnace dan menutup kembali.
4.       Melakukan penahanan dengan waktu selama 20 menit.
5.       Mengeluarkan benda uji dan masing-masing didinginkan secara kejut dengan media oli, didinginkan dengan air dan didinginkan dengan udara bebas (normalizing).
6.       Melakukan grinding dan uji kekerasan untuk mengetahui nilai kekerasan keempat benda uji.