8. BAB I FIX.pdf
-
Upload
puji-rochmat-k -
Category
Documents
-
view
248 -
download
0
Transcript of 8. BAB I FIX.pdf
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
1
Laboratorium Pengujian Bahan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Teori Dasar Pengujian Bahan
1.1.1 Pengujian Bahan
Pengujian bahan adalah pengujian suatu material untuk mengetahui sifat
mekanik, cacat, dan lain-lain suatu material. Dalam pengujian bahan ini ada 2 macam
jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut, yaitu :
a. Pengujian Destructive
Pengujian destructive adalah pengujian suatu material, tapi hasil akhirnya akan
menyebabkan cacat atau rusak. Pengujian ini dilakukan dengan cara merusak benda uji
dengan cara pembebanan atau penekanan sampai benda uji tersebut rusak, dari
pengujian ini akan diperoleh sifat mekanik bahan. Pengujian destruktif terdiri dari :
1. Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dibagi menjadi 3 cara, yaitu :
a. Pengujian kekerasan dengan cara penekanan
Pengujian ini sendiri dibagi menjadi tiga metode sesuai dengan
indentor yang digunakannya. jenis-jenis pengujiannya adalah :
1. Metode Brinell
2. Metode Vickers
3. Metode Rockwell
b. Pengujian kekerasan dengan cara goresan
c. Pengujian kekerasan dengan cara dinamik
2. Pengujian Tarik
3. Pengujian Impact
4. Pengujian Struktur
b. Pengujian Non-Destructive
Pengujian non-destructive adalah salah satu teknik pengujian material tanpa
merusak benda ujinya. Pengujian bertujuan untuk mendeteksi secara dini timbulnya
crack atau flaw pada material secara dini. Dari tipe keberadaan crack pada material uji
dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu inside crack dan surface crack. Pengujian non-
destructive antara lain adalah :
1. Pengujian Visual
2. Pengujian Cairan Penetran
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
2
Laboratorium Pengujian Bahan
3. Pengujian Partikel Magnet
4. Pengujian Radiografi
5. Pengujian Eddy Current
6. Pengujian Ultrasonik
1.1.2 Sifat Mekanik Logam
Sifat mekanik logam adalah sifat yang menyatakan kemampuan suatu logam
untuk menerima beban atau gaya tanpa mengalami kerusakan. Sifat mekanik logam
merupakan salah satu sifat terpenting dari logam. Selain itu sifat mekanik juga
digunakan untuk membandingkan pilihan bahan dengan kebutuhan dari peralatan.
Sifat – sifat mekanik logam antara lain :
1. Kekuatan (strength)
Yaitu kemampuan bahan untuk menerima gaya berupa tegangan tanpa
mengalami patahan pada bahan.
2. Kekerasan (hardness)
Yaitu kemampuan material logam menerima gaya berupa penetrasi, indentasi,
serta pengikisan atau penggoresan.
3. Kekakuan (stiffness)
Yaitu kemampuan suatu bahan menerima beban tegangan tanpa menyebabkan
perubahan bentuk / defleksi.
4. Ketangguhan (toughtness)
Yaitu sifat yang menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah
energi tanpa menyebabkan kerusakan.
5. Elastisitas (elasticity)
Yaitu kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan
perubahan bentuk permanen setelah beban atau tegangan dihilangkan.
6. Plastisitas (plasticity)
Yaitu kemampuan suatu bahan untuk mengalami sejumlah deformasi permanen
tanpa mengalami kerusakan dimensi.
7. Kelelahan (fatigue)
Yaitu kecenderungan logam untuk patah jika menerima tegangan atau beban
secara berulang-ulang.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
3
Laboratorium Pengujian Bahan
8. Keuletan (ductility)
Yaitu kemampuan suatu material untuk diregang atau ditekuk secara permanen
tanpa mengakibatkan pecah atau patah.
9. Kegetasan (brittleness)
Yaitu sifat kerapuhan pada material, yang berarti material tersebut pecah dengan
sedikit pergeseran permanen.
10. Mulur (creep)
Yaitu kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastis apabila
diberikan
11. Keausan
Yaitu hilangnya sejumlah lapisan permukaan material karena adanya gesekan
antara permukaan dengan benda lain.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi sifat mekanik logam, diantaranya
adalah :
1. Kadar karbon
2. Unsur kimia
3. Homogenitas struktur mikro
4. Perlakuan panas
5. Cacat
6. Endapan
1.1.3 Perlakuan Panas
Perlakuan panas adalah pengubahan sifat-sifat bahan dengan pemanasan dan
pendinginan tertentu untuk menghasilkan sifat bahan tertentu dan sesuai batas
kemampuan dari masing-masing bahan. Proses dalam perlakuan panas ada 3, yaitu
heating, holding, dan cooling. Pada proses heating, material dipanaskan sampai terjadi
pembentukan butir, kemudian material di-holding, yaitu dipanaskan pada suhu tetap
untuk menyamakan butir yang terbentuk, kemudian material di-cooling atau di
dinginkan, untuk membentuk struktur yang kita inginkan.
A. Perlakuan Panas Fisik
Perlakuan panas fisik merupakan perlakuan yang dilakukan untuk merubah sifat
mekanik suatu material, pada perlakuan fisik tidak ada penambahan unsur pada
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
4
Laboratorium Pengujian Bahan
material. Proses yang dilakukan pada perlakuan panas fisik yaitu heating yang
merupakan pemanasan sampai temperatur daerah kritikal, holding yang merupakan
proses penahan pada temperatur tertentu, dan cooling yang merupakan proses
pendinginan dengan kecepatan tertentu.
1. Hardening
Hardening adalah perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh
kekerasan maksimum pada logam baja. Baja tersebut dipanaskan hingga suhu
tertentu antara 20-50°C di atas garis A3 (tergantung dari kadar karbon) dan
selanjutnya ditahan pada suhu tertentu, kekerasan maksimum yang dicapai
tergantung kadar karbon, semakin tinggi kadar karbon semakin tinggi kekerasan
maksimum yang didapat, kemudian didinginkan dengan cepat (quenching), media
pendingin yang digunakan antara lain air, oli, lempung, dll.
Gambar 1.1 Hardening
Sumber : Anonymous 1; 2014
2. Annealing
Annealing adalah perlakuan panas yang digunakan untuk meningkatkan
keuletan, menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir dan
meningkatkan sifat mampu mesin. Prosesnya adalah dengan memanaskan material
sampai suhu sekitar 50°C di atas garis A3, holding beberapa saat kemudian
didinginkan secara perlahan dalam dapur pemanas atau media terisolasi.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
5
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 1.2 Annealing
Sumber : Anonymous 2; 2014
3. Normalizing
Normalizing adalah perlakuan panas yang digunakan untuk menghaluskan
struktur butiran yang mengalami pemanasan berlebihan, menghilangkan tegangan
dalam, meningkatkan permesinan, dan memperbaiki sifat mekanik material.
Prosesnya dengan pemanasan sampai 30-40°C di atas garis A3 dan didinginkan
pada udara temperatur ruang.
Gambar 1. 3 Normalizing
Sumber : Anonymous 3; 2014
4. Tempering
Tempering digunakan untuk mengurangi tegangan dalam dan melunakkan
bahan setelah di-hardening dan meningkatkan keuletan. Hal itu karena baja yang
dikeraskan dengan pembentukan martensit biasanya sangat getas sehingga tidak
cukup baik untuk berbagai pemakaian.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
6
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar1.4 Tempering
Sumber : Anonymous 4; 2014
Adapun macam-macam tempering adalah :
a. Martempering
Martempering adalah perbaikan dari prosedur quenching dan
digunakan untuk mengurangi distorsi selama pendinginan. Pada proses
pendinginan, baja di-quenching hingga sedikit di atas garis Ms, lalu ditahan
hingga suhu pada inti sama dengan suhu pada permukaan, kemudian
didinginkan dalam suhu kamar.
Gambar 1.5 Martempering
Sumber : Anonymous 5; 2014
b. Austempering
Austempering bertujuan untuk meningkatkan keuletan, ketahanan
impact, dan mengurangi distorsi. Struktur yang dihasilkan adalah bainit.
Pada proses pendinginan, baja didinginkan dalam media garam pada suhu di
atas garis Ms.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
7
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 1.6 Austempering
Sumber : Anonymous 6; 2014
B. Perlakuan panas Kimiawi
Yaitu proses perlakuan panas yang memanfaatkan kombinasi dari panas dan
suatu reaksi dengan zat kimia atau dengan melakukan substitusi dari unsur-unsur kimia
pada bahan yang sedang diberi perlakuan panas. Hasil yang ingin dicapai dari perlakuan
panas kimiawi dapat diperoleh dengan menambahkan zat kimia yang sesuai. Proses-
proses perlakuan panas kimiawi antara lain:
1. Carburizing
2. Nitriding
3. Cyaniding
4. Sulphating
C. Perlakuan Panas pada Permukaan
Perlakuan permukaan dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan ketahanan
aus dengan jalan memperkeras atau memberikan lapisan yang keras pada permukaan
logam, meningkatkan ketahanan korosi tanpa merubah karakteristik sifat-sifat logam
pada permukaannya, serta akan akan meningkatkan kemampuan kerja (performance)
logam tersebut. Proses-proses perlakuan panas untuk permukaan logam antara lain:
1. Flame Hardening
2. Induction Surface Hardening
3. Electrolite Bath Hardening
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
8
Laboratorium Pengujian Bahan
1.1.4 Diagram Fasa Fe-Fe3C
Gambar 1.7 Diagram fasa Fe-Fe3C
Sumber : Anonymous 7; 2014
Dari Diagram diatas, dapat kita lihat pada proses pendinginan perubahan struktur
kristal dan struktur makro sangat bergantung pada komposisi kimia. Pada Kandungan
karbon 0,83% sampai 6,67% terbentuk struktur makro yang dinamakan cementit Fe3C.
Angka 6,67 berasal dari :
Keterangan diagram fasa Fe-Fe3C akan dijelaskan sebagai berikut :
0,008% C : batas kelarutan maksimum karbon pada ferrite dengan temperature kamar
0,025% C : batas ketentuan maksimum karbon pada ferrite temperature 7230C
0.83% C : titik eutectoid
2% C : batas kelarutan karbon pada besi gamma pada temperature 14030C
Garis A0 : garis temperature dimana terjadi perubahan magnetic ada cementit
Garis A1 : garis temperature dimana terjadi perubahan austenite menjadi ferrite
pada pendinginan
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
9
Laboratorium Pengujian Bahan
Garis A2 : garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada ferrit
Garis A3 : garis dimana terjadi perubahan ferrite menjadi austenite (gamma) pada
pemanasan
Garis ACM : garis kelarutan karbon pada besi gamma.
Garis solidus : garis yang menunjukkan awal dari proses pembekuan.
Garis liquidus: garis yang menunjukkan awal dari proses pendinginan.
Garis solvus : garis yang menunjukkan batas antar fasa padat.
Garis A : garis yang menunjukkan kandungan karbon minimum dari
transformasi baja hypoeutectoid.
Garis B : garis yang menunjukkan kandungan karbon maksimum dari
transformasi baja hypereutectoid.
Garis E : garis yang menunjukkan transformasi eutectoid.
a. Transformasi pada diagram Fase Fe-Fe3C
1. Transformasi Baja eutectoid
Transformasi yang dibahas adalah Transformasi yang terjadi pada Kondisi
equilibrium. Baja eutectoid dengan emperatur diatas garis liquidus, kemudian
temperatur diturunkan saecara perlahan pada hingga mencapai garis liquidus (di
titik 1) dan akan mulai terbantuk inti austenit. Kemudian di titik 2 (pada garis
solidus) seluruhnya sudah menjadi austenite. Pada pendinginan selanjutnya tidak
terjadi perubahan hingga temperatur mencapai titik 3, di garis A1, disini austenit
akan mengalami reaksi eutectoid
Austenite → Ferit + Cementit (Pearlit)
Terbentuknya Pearlit ini dimulai dengan terbentuknya inti cementit.
Austenite dengan kadar karbon yang sangat rendah ini pada temperatur ini akan
berubah jadi ferit (transformasi allotropik). Ferit yang kelebihan karbon akan
mulai membentuk cementit sampai seluruh austenite habis. Struktur yang
terbentuk akam berlapis lapis (lamellar) dan terdiri dari lamel-lamel cementit-
ferit-cementit. Struktur ini dinamakan Pearlit.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
10
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 1.8 Transformasi Baja eutectoid
Sumber : Anonymous 8; 2014
2. Transformasi pada Baja Hypoeutectoid
Sebagai contoh untuk pembahasan Pada Baja Karbon hypo-eutectoid ini
diambil baja dengan 0,25%C. Paduan ini akan mulai membeku pada titik 1 tanpa
membentuk inti Ferit delta yang nanti akan tumbuh menjadi dendrite ferit delta.
Hingga temperatur mencapai titik 2 (temperatur hypo-eutectoid) paduan akan
terdiri dari ferit delta dan liquid. Pada titik 2 akan terjadi reaksi hypo-eutectoid :
Ferit delta + Liquid -> Austenit
Pada paduan ini ridak semua liquid habis dalam reaksi tersebut. Struktur
terdiri dari liquid dan austenit, makin rendah temperatur makin banyak liquid
yang menjadi austenit. Sehingga pada titik 3 seluruhnya sudah menjadi austenit.
Perubahan berikutnya terjadi pada titik 4 (pada A3), terjadi transformasi allotropik
δ menjadi α. Transformasi ini dimulai dengan terbentuknya inti - inti ferit pada
batas butir austenit. Austenit pada paduan ini mengandung 0,25%C. Semakin
rendah temperaturnya, makin banyak ferit yang terbentuk, makin tinggi kadar
karbon pada sisa austenit (komposisi austenit akan mengikuti garis A3). Pada saat
mencapai titik 2 masih ada 0,25-0,80% dari austenit, sisa austenit ini akan
mengalami reaksi eutectoid menjadi pearlit. Pada temperatur dibawah A1 paduan
akan terdiri dari Ferit (hypoeutectoid) dan Pearlit.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
11
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 1.9 Transformasi Baja hypo-eutectoid
Sumber : Anonymous 9; 2014
3. Transformasi pada Baja Hypereutectoid
Perhatikan suatu paduan dengan 1,3 % C. Paduan mulai membeku pada
titik 2 dengan seluruhnya sudah berupa austenite, selanjutnya sudah tidak terjadi
perubahan lagi sampai temperatur mencapai garis solid ACM. Garis ini merupakan
batas kealrutan karbon dalam austenite dan batas ini makin rendah dengan makin
rendahnya temperatur. Pada temperatur dibawah titik 3 kemampuan melarutkan
karbon akan turun, berarti harus ada karbon yang keluar dari austenite dan
memang dengan pendinginan yang lebih lanjut akan terjadi pengeluaran karbon.
Hanya saja karbon yang keluar ini berupa cementit dan akan mengendap pada
batas butir austenite. Makin rendah temperatur paduan maka semakin banyak
cementit yang mengendap pada batas butir austenite, dan austenite sendiri akan
makin kaya Fe. Pada temperatur di titik 4, komposisi dari austenite tepat
mencapai komposisi eutectoid, pada temperatur eutectoid ini austenite akan
mengalami reaksi eutectoid menjadi pearlit.
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
12
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar 1.10 Transformasi Baja hyper-eutectoid
Sumber : Anonymous 10; 2014
1.1.5 Diagram TTT
Diagram TTT merupakan salah satu jenis diagram material yang bisa digunakan
untuk memprediksi hasil akhir dari suatu transformasi. Banyak ahli metalurgi
berpendapat bahwa waktu dan temperatur transformasi austenite mempunyai pengaruh
yang besar terhadap produk hasil transformasi dan properties baja. Karena austenite
tidak stabil dibawah suhu kritis bawah, sangat penting untuk diketahui berapa lama
waktu yang dibutuhkan untuk austenite selesai bertransformasi, dan bertransformasi
menjadi apa pada akhirnya austenite tersebut pada temperatur konstan dibawah
temperatur kritis bawah. Proses transformasi tersebut dinamakan Transformation
Temperature Time (TTT).
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
13
Laboratorium Pengujian Bahan
Gambar1.11 Diagram TTT
Sumber : Anonymous 11; 2014
Kalau baja di-austenite-kan, kemudian dicelup dingin pada suhu dibawah titik
transformasi dan dibiarkan untuk sementara, austenite berada dalam keadaaan stabil dan
setelah waktu yang tertentu akan terjadi transformasi. seperti ditunjukkan pada Gambar
1.46, proses dimana struktur martensit didapatkan dengan cara pencelupan dingin tiba
tiba setelah dibiarkan berada pada austenit yang menstabil, proses ini disebut
ausforming.
Perlit dan bainit yang terbentuk pada temperatur yang lebih tinggi memiliki
kekerasan yang lebih rendah dibanding yang terbentuk pada temperatur lebih rendah.
Hal ini erat kaitannya dengan kelakuan presipitasi sementit dari austenit. Struktur perlit
dan bainit yang terbentuk pada temperatur yang lebih tinggi relatif berbeda dengan
struktur bainit yang terbentuk pada temperatur yang lebih rendah.
Pembentukan Martensit sangat berbeda dibandingkan dengan Pembentukan
perlit atau bainit. Pembentukan martensit hampir tidak tergantung pada waktu. Sebagai
contoh: Martensit mula terbentuk sekitar 2000C (Ms) dan terus berlanjut sampai
temperatur mencapai 260C yaitu pada saat Martensit mencapai 100% (Mf).
Pembentukan martensit dikaitkan dengan waktu pada diagram dinyatakan dengan garis
horizontal. Pada 660C hampir 60% martensit telah terbentuk. Perbandingan ini tidak
berubah terhadap waktu sepanjang temperaturnya dijaga konstan.
Bentuk diagram tergantung dari komposisi kimia terutama kadar karbon dalam
baja. Posisi hidung dari diagram TTT dapat bergeser menurut kadar karbon. Posisi
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
14
Laboratorium Pengujian Bahan
hidungbergeser makin ke kanan menunjukkan karbon itu semakin mudah untuk
membentuk bainite atau martensit atau makin mudah untuk dikeraskan. untuk baja
karbon kurang dari 0,83% yang ditahan suhunya pada titik tertentu akan menghasilkan
struktur pearlit dan ferite. Garis sebelah kiri menunjukkan saat setelah berapa lama
dimulai transformasi dan garis disebelah kanannya adalah akhir transformasi (100%)
pada tiap tiap suhu
1.1.6 Diagram CCT
Diagram Continous Cooling Transformation atau biasa disebut diagram CCT,
merupakan diagram yang menggambarkan hubungan antara laju pendingin kontinyu
dengan fasa atau struktur yang terbentuk setelah terjadinya transformasi fasa secara
teoritis. Kurva pendinginan CCT tidak terdapat pada TTT diagram dan berlangsung
kontinyu. Diagram TTT hanya menunjukkan hubungan waktu, temperatur untuk
transformasi austenit yang terjadi pada temperatur konstan.
Hubungan pendinginan secara kontinyu terdapat pada tansformasi di diagram
CCT. CCT diagram pada hakekatnya adalah turunan dari TTT diagram, yaitu dengan
menggeser nose (merupakan titik penting terjadinya CCT) ke bawah.
Gambar 1.12 Diagram CCT
Sumber : Anonymous 12; 2014
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
15
Laboratorium Pengujian Bahan
a. Transformasi pada Diagram CCT
Terlihat bahwa dengan menggeser nose, maka proses pendinginan yang realtif
lebih lambat dibanding TTT. Diagram untuk perbandingan kontinyu seringkali
disebabkan oleh kelebihan diagram TTT yang memberikan perkiraan terhadap
klasifikasi mikrostruktur baja selama pendinginan kontinyu.
Pada proses laju pendinginan perlahan akan menghasilkan pearlit, pada proses
laju pendinginan yang sedang akan dihasilkan pearlit dan martensit. Pada laju
pendinginan cepat akan menghasilkan yang seluruhnya martensit.
1.1.7 Pergeseran Titik Eutetectoid
Diagram fase Fe-Fe3C dibuat tanpa unsur paduan, jika terdapat unsur paduan
maka diagram akan mengalami pergeseran, sedangkan pergeseran yang terjadi pada
diagram ini dapat ditentukan dengan bantuan diagram berikut ini :
Gambar1.13 Pengaruh komposisi bahan
Sumber : Anonymous 13; 2014
Dari diagram diatas terlihat komposisi unsur paduan mempengaruhi komposisi
eutectoid dan suhu pada gambar (b). Unsur paduan menggeser temperatur eutectoid
dari C menjadi naik atau turun tergantung jenis dari besarnya unsur paduan yang
ditambah. Pergeseran dari diagram Fasa dapat dihitung dari pergeseran titik eutectoid
(perpotongan dan pada diagram fasa) dengan rumus :
Laporan Praktikum Uji Material Semester Ganjil 2014/2015
16
Laboratorium Pengujian Bahan
Contoh soal :
Diketahui komposisi kimia suatu spesimen Cr = 1,2%, Mn = 0,3%, Si = 0,2%.
tentukan pergeseran titik eutectoidnya.
Penyelesaiannya :
Tabel 1.1 Pergeseran Titik Eutectoid
Unsur Paduan % paduan Suhu Eutectoid % C
Cr 1,2% C 0,65
Mn 0,3% C 0,76
Si 0,2% C 0,74
Keterangan : Fe – Fe3C
Pergeseran Titik Eutectoid
Gambar 1.14 Grafik Pergeseran Tititk Eutectoid