89808219 Heat Treatment

Praktikum Struktur dan Sifat MaterialKelompok 16

Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro


BAB IV

HEAT TREATMENT

4.1 PENDAHULUAN

Heat treatment menjadi sangat penting karena dalam aktifitas permesinan saat

ini mengingat fungsi dan tujuan dari adanya heat treatment ini sangat mendukung dari

alur perkembangan logam dalam upaya meningkatkan fungsi dari masing-masing

logam. Proyek pengerjaan logam tentunya memerlukan nilai kekerasan tiap-tiap

logam yang akan digunakan untuk memudahkan dan meningkatkan nilai efisiensi

pabrik itu sendiri. Dengan adanya heat treatment pengerjaan logam untuk pelaksanaan

proses permesinan selanjutnya akan lebih mudah, dapat juga meningkatkan kekuatan

dari logam yang menjadi spesimen, karena dalam proses heat treatment ini terjadi

yang namanya penghilangan tegangan dalam dan meningkatkan tingkat keuletan

logam yang menjadi specimen.

Ada dua hal yang berkaitan langsung dengan perubahan nilai kekerasan suatu

logam, yang pertama adalah menaikkan nilai kekerasan suatu benda yang disebut

dengan hardening. Dan menurunkan nilai kekerasan benda itu sendiri atau yang

disebut dengan softening. Heat treatment merupakan metode untuk melakukan itu

semua, karena dengan metode heat treatment ini, logam yang akan diubah nilai

kekerasannya diperlakukan sesuai dengan tujuannya. Logam yang diharapkan nilai

kekerasan lebih besar akan diperlakukan berbeda dengan logam yang diharapkan

memiliki nilai kekerasan yang rendah.

4.2 TUJUAN

a. Mendapatkan sifat mekanik material yang diinginkan dengan melakukan proses

Heat Treatment

b. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap sifat fisik dan sifat mekanik suatu

material.

c. Membandingkan kekerasan suatu material yang mendapat perlakuan panas

dengan yang tidak mendapat perlakuan panas.

d. Untuk mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan energi.



4.3 DASAR TEORI

4.3.1 Pengertian.

Heat treatment adalah proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol

terhadap logam hingga suhu tertentu sesuai dengan tujuan pemakaiannya. Tujuan dari

heat treatment adalah :

1. Mempersiapkan material untuk pengolahan berikutnya.

2. Mempermudah proses machining.

3. Mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan energi.

4. Memperbaiki keuletan dan kekuatan material

5. Mengeraskan logam sehingga tahan aus dan kemampuan memotong meningkat.

6. Menghilangkan tegangan dalam.

7. Memperbesar atau memperkecil ukuran butiran agar seragam.

8. Menghasilkan pemukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.

Pembentukan sifat-sifat dalam baja tergantung pada kandungan karbon,

temperatur pemanasan, sistem pendinginan, serta bentuk dan ketebalan bahan.

1. Pengaruh unsur karbon

Kekerasan baja ini tergantung dari pada jumlah karbon yang terkandung di dalam

baja, dimana makin tinggi prosentase karbonnya makin keras baja.

2. Pengaruh suhu pemanasan

Baja karbon rendah dipanaskan diatas titik kritis atas (tertinggi). Seluruh

unsur karbon masuk ke dalam larutan padat dan selanjutnya didinginkan. Baja

karbon tinggi biasanya dipanaskan hanya sedikit diatas titik kritis terendah

(bawah). Dalam hal ini, terjadi perubahan perlit menjadi austenit. Pendinginan

yang dilakukan pada suhu itu akan membentuk martensit. Juga sewaktu

kandungan karbon diatas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi

austenit, karena larutannya telah menjadi keras. Sehingga perlu dilakukan

pemanasan pada suhu tinggi untuk mengubahnya dalam bentuk austenit.

Lamanya pemanasan bergantung atas ketebalan bahan tetapi bahan harus tidak

berukuran panjang karena akan menghasilkan struktur yang kasar.

3. Pengaruh pendinginan



Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan

kecepatan pendinginan kritis maka seluruh austenit akan berubah ke dalam

bentuk martensit. Sehingga akan dihasilkan kekerasan baja yang maksimum.

Adapun kecepatan pendinginan kritis adalah bergantung pada komposisi kimia

baja. Untuk pendinginan yang cepat digunakan larutan garam atau soda api yang

dimasukkan ke dalam air. Sementara itu, untuk pendinginan yang sangat lambat

digunakan embusan udara secara cepat melalui batas lapisannya.

Dari penjelasan di atas, secara umum pemanasan pada baja dapat dibuat

skema transformasi dekomposisi austenit seperti pada Gambar 4.1 di bawah ini.

Gambar 4.1 Skema Transformasi Dekomposisi Austenite

(Sumber : William D. Callister. Materials Science And Engineering halaman 225)

Selain karbon, pada besi dan baja terkandung Si, Mn, dan unsur pengotor lain

seperti P, S, dll. Unsur-unsur tersebut tidak berpengaruh besar terhadap diagram fasa

seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.2 sehingga diagram fasa dapat dipergunakan

tanpa menghiraukan adanya unsur-unsur tersebut. Paduan besi karbon terdapat fasa

karbida yang disebut sementit dan grafit, grafit lebih stabil daripada sementit.



Gambar 4.2 Diagram Fasa Besi-Karbida-Besi (Fe-Fe3C)

Titik penting dalam diagram fasa ini adalah :

A : titik cair besi

A2 : titik transformasi magnetic untuk besi atau ferrit

A3 : titik transfomasi besi ∂ →

ACM : Titik eutektoid selama pendinginan ferrit pada komposisi alfa dan sementit

pada komposisi terbentuk simultan dari austenit. Reaksi eutektoid ini dinamakan

transformasi A1 dan fasa eutektoid ini dinamakan ferrit.

Diagram tersebut bermanfaat untuk memilih suhu yang tepat untuk berbagai

operasi heat treatment dan memperlihatkan pula struktur yang dapat diperoleh setelah

pendinginan perlahan-lahan. Dilihat dari transformasinya, ada 3 macam baja yaitu:

a. Baja dengan titik transformasi A1, berupa ferit dibawah A1

dan austenit pada A3 atau di atas A1.

b. Baja dengan titik transformasi A1 dibawah temperatur kamar,

berupa austenit pada temperatur kamar.

c. Baja dengan daerah austenit yang kecil, berupa ferit sampai

temperatur tinggi pada daerah komposisi tertentu.



4.3.2 Jenis-jenis heat treatment

Proses heat treatment dapat dikelompokkan dalam 2 (dua)

kelompok besar, yaitu :

1. Hardening

Hardening adalah pemanasan yang dilakukan terhadap logam (spesimen) agar pada

permukaan logam terbentuk kembali austenit kemudian dilakukan pendinginan

cepat untuk mendapatkan struktur logam terkeras yaitu martensit. Material besi dan

baja yang akan digunakan pada suatu produksi diharapkan mempunyai kekuatan

statik dan dinamik, ulet, mudah diolah, tahan korosi dan memiliki sifat

elektromagnet. Sehingga diperlukan suatu perlakuan khusus pada material tersebut

agar dapat memenuhi harapan tersebut, antara lain dengan proses hardening.

Hardening dapat menjadi 2 ( dua ) yaitu :

a. Surface hardening

Suatu komponen harus mempunyai permukaan yang keras dan tahan pakai.

Sifat-sifat yang berbeda dapat digabungkan dalam suatu baja dengan pengerasan

permukaan yang dapat dilakukan dengan cara pemanasan seluruh komponen

atau sebagian pada bagian permukaan komponen (surface hardening). Jenis

hardening berdasarkan bahan yang digunakan yaitu :

1.) Dengan penambahan zat

a.) Karburasi

Karburisasi atau karbonasi adalah proses memanaskan sampai suhu 900-

950oC dalam lingkungan yang memberikan karbon, lalu dibiarkan

beberapa waku lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan.

Tujuan dari pengerjaan panas itu ialah untuk memberi lapisan luar pada

benda kerja yang dapat disepuh keras. Pengerjaan karbon ini digunakan

untuk baja dengan kadar karbon dari 0.1-0.2%. Tebalnya lapisan

karburasi dalam lingkungan yang dapat menghasilkan karbon tergantung

dari waktu karburasi dan suhu. Hubungan antara kandungan karbon pada



material dan kekerasan material pada proses karburasi ditunjukkan

dalam Gambar 4.3 di bawah ini.

Gambar 4.3 Hubungan Kandungan Karbon dan Kekerasan Material pada Karburasi

i. Karburasi dengan perantaan zat padat ( pack carburizing )

Dalam proses karburasi seperti yang terlihat pada Gambar

4.4 di bawah ini, ini baja mengalami pemanasan dengan

menggunakan 80% batu bara dan 20% BaCO3 sebagai energi

dalam kotak pemanas dan dipanaskan pada suhu 930°C dalam

kotak pemanas elektrik dengan waktu tertentu tergantung pada

kedalaman yang diinginkan. Temperatur yang tinggi pada alat

tersebut membantu penyerapan karbon pada lapisan luar.

Reaksi yang terjadi:

(i) Penguraian energi untuk memberikan gas CO pada

permukaan baja

BaCO3 → BaO + CO2

CO2 + C → 2CO

(ii) Karbon monoksida bereaksi dengan permukaan baja

2CO + Fe → Fe(c) + CO2

(iii) Karbon berdifusi ke dalam baja



(iv) CO2 yang terbentuk dalam tahap (i) bereaksi dengan ‘C’

pada batubara

CO2 + C↔ 2CO

Gambar 4.4 Proses Pack Carburizing

(Sumber: www.info.lu.farmingdale.edu )

Pada umumnya waktu karburisasi bervariasi antara 6 sampai 8 jam

dan kedalamannya antara 1-2 mm. Pada proses ini hasilnya

bergantung pada kualitas batu bara. Pada proses ini kontrol suhu

dan kedalaman lebih kecil daripada karburisasi cair dan gas.

Gambar 4.5 Penyusunan Benda pada Pelaksanaan Karburising

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa dalam proses karburasi,

jarak antara benda kerja yang akan dikarburasi minimal sejauh 30

cm.


http://www.info.lu.farmingdale.edu/


Kelebihan sistem karburasi ini adalah diperlukan biaya

yang kecil dan sangat mudah dari pada teknik surface hardening

yang lain. Sedangkan kekurangannya adalah memakan waktu

yang cukup lama dan merupakan proses hardening yang kotor.

ii. Karburasi dengan perantaraan zat cair (liquid carburizing)

Karburisasi jenis ini menggunakan lelehan sianida (CN)

pada baja berkarbon rendah yang dipanaskan dengan

menggunakan belanga pemanas yang dipanaskan dengan minyak

atau gas. Suhunya kira-kira 815-900°C. Proses yang dilakukan

dengan kontinue dan otomatis akan memberikan hasil akhir yang

baik. Permukaan lelehan ditutup dengan grafit atau batu bara untuk

mengurangi hilangnya radiasi dan dekomposisi sianida yang

berlebihan. Selain sodium dan potassium sianida, lelehan yang

digunakan juga mengandung sodium dan potassium klorida dan

barium klorida yang berperan sebagai aktivator.

Reaksi pada larutan garam sianida;

BaCl2 + 2Na CN → Ba(CN)2 + 2NaCl

Ba(CN)2 + Fe → Fe(c) + BaCN2

Difusi nitrogen berguna untuk oksidasi sianida (CN)

menjadi CNO. Kelebihan karburisasi cair, jangka waktu

pemanasannya pendek dan perambatan panasnya cepat. Proses ini

menghasilkan lapisan karburisasi yang merata, tipis dan jernih

(ketebalannya 0,08mm). Kekurangannya, proses ini memerlukan

pengawasan dan kehati-hatian untuk mencegah peledakan.

iii. Karburasi dengan perantaraan zat gas (gas carburizing).

Metode ini adalah karburisasi yang paling sering

digunakan. Proses ini dilakukan pada tabung kimia, pendingin

tertutup, atau tungku pemanas dengan pendororng kontinyu. Suhu

gas untuk karburisasi sekitar 870-950 °C. Gas tersebut dihasilkan



dari cairan (metanol, isopropanol) atau gas hidrokarbon (propana

dan metana) seperti yang terlihat pada Gambar 4.6 di bawah ini.

Gambar 4.6 Proses Gas Carburizing

( Sumber : www.rpdrc.com )

Generator gas endotermik digunakan untuk menghasilkan gas

endotermik. Senyawa propana atau metana akan terpecah oleh

udara pada tabung kimia pada generator endogas untuk

membentuk gas penghubung, dimana titik pengembunannya diatur

pada +4°C dengan rasio gas yang tepat.

Gas tersebut merupakan gas penghantar dalam proses ini. Tungku

pemanas dipenuhi oleh gas tersebut sampai bertahan pada tekanan

positif. Keadaan ini akan mencegah infiltrasi udara dari atmosfer.

Gas ini juga mencegah oksidasi baja selama pemanasan. Selama

karburisasi gas, reaksi yang berlangsung adalah;

(i) C3H8 → 2CH4 + C (pemecahan hidrokarbon)

(ii) CH4 + Fe → Fe(c) +2H2

(iii) CH4 + CO2 → 2CO +2H2

(iv) 2CO + Fe → Fe(c) + CO2

Karburisasi terjadi sebagian besar meliputi konversi CO

menjadi CO2 pada reaksi (iv). Hidrogen bereaksi dengan CO2 dan

meningkatkan konsentrasi CO dengan reaksi:


http://www.rpdrc.com/


H2 + CO2 → CO + H2O

Oksigen (O2) dihasilkan dari reaksi;

2CO → 2CO + O2

2CO + Fe → Fe(c) + O2

Gas digunakan sebagai bahan perantara yang sesuai untuk

karburasi yang dilakukan terus menerus. Hal itu akan

menghasilkan suatu lapisan yang tebalnya sekitar 1 mm dan

memerlukan waktu sekitar 4 jam. Selama karburasi, peralatan

dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang dipanaskan dengan gas

karbon yang sesuai. Kandungan karbon di dalam lapisan

komponen dapat dikontrol dengan mengatur komposisi gas untuk

karbonasi. Pelaksanaan karbonasi yang memerluakan waktu lama

akan menyebabkan terjadi pertumbuahan butir-butir baru, kecuali

kalau baja disepuh dengan perantaraan nikel.

Peralatan yang dikarbonasi dengan perantaraan perlakuan

panas dan menghasilkan butiran-butiran adalah suatu baja yang

akan mempunyai lapisan sekitar 0.83% karbon dan intinya sekitar

0.15% karbon. Secara berangsur-angsur butiran akan berpindah

dari lapisan luar ke arah inti sekitar 0.5 mm. Suhu perlakuan panas

untuk inti akan lebih tinggi daripada suhu untuk lapisan, sehingga

pengerjaan lapisan pada inti dilakukan secara terpisah.

Kelebihan dari gas carburizing yaitu lebih cepat

dibandingkan pack carburizing, hanya membutuhkan sedikit

tenaga kerja dan penanganan, dan lebih praktis daripada pack

carburizing untuk jumlah yang banyak. Kekurangan, alat dan

bahan yang digunakan dalam proses ini lebih mahal.

b.) Karbonitriding

Karbonitriding adalah proses hardening yang merupakan

kombinasi dari gas carburizing dan nitriding seperti yang terlihat pada



Gambar 4.7 di bawah ini. Karbonitriding disebut juga sianida kering

atau nikarbing, yang adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana

baja dipanaskan diatas suhu kritis didalam lingkungan gas dan terjadi

penyerapan karbon dan nitrogen. Dapat digunakan gas amonia atau gas

yang kaya akan karbon. Amonia dan gas alami dialirkan mengenai

material, material yang dihasilkan adalah kombinasi antara besi karbida

(dari karbon) dan besi nitrida (dari nitrogen). Lapisan ini tahan aus dan

mempunyai ketebalan antara 0,08 sampai 0,75 mm. Keuntungan

karbonitriding adalah bahwa kemampuan pengerasan lapisan luar

meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan baja

yang relatif murah.

Gambar 4.7 Proses Karbonitriding

(Sumber: www.rpdrc.com )

Kelebihan karbonitriding, karena dengan adanya nitrogen maka struktur

austenit berubah. Perubahan ini menyebabkan penurunan temperatur dan

pendinginan yang lambat. Kekurangannya, prosesnya memakan waktu

yang lama dibandingkan karburasi.

Gambar 4.8 di bawah ini merupakan contoh material yang telah

mengalami proses karbonitriding.




Gambar 4.8 Hasil Karbonitriding

c.) Cyaniding

Cyaniding merupakan proses untuk mengeraskan permukaan

baja dengan penambahan nitrogen dan karbon. Benda yang dikeraskan

dicelupkan ke dalam cairan yang mengandung garam natrium sianida

(NaCN) pada suhu sedikit di atas daerah austenit (800-960°C), dengan

konsentrasi bervariasi antara 25% dan 90%. Sejumlah udara dimasukkan

ke dalamnya sehingga NaCN berreaksi dengan oksigen di udara dan

beroksidasi, reaksinya adalah

2NaCN + O2 → 2NaNCO

4NaNCO + O2 → Na2CO3 + 2NaCN + CO + 2N

2CO → CO2 + C

Dari reaksi diatas sodium cyanide (NaCN) dibakar, menghasilkan

sodium cyanate (NaNCO). Sodium cyanate dinaikkan konsentrasinya

dan terurai yang dalam uraiannya menghasilkan karbon monoksida

(CO). Karbon monoksida tersebut berperan dalam proses pengerasan

baja. Semakin tinggi suhu sianida yang diberikan, semakin besar

persentase karbon yang berdifusi (sampai dengan 0,8-1,2%) ke dalam

permukaan baja bereaksi dengan nitrogen (0,2-0,3%). Kemudian

material didinginkan dengan air atau oli. Setelah proses ini akan



dihasilkan kekerasan permukaan sekitar 850 VHN. Proses ini tidak

memakan banyak waktu. Cyaniding terutama diterapkan untuk heat

treatment bagian-bagian yang kecil.

Kelebihannya yaitu biaya yang dihabiskan tidak mahal karena baja

karbon biasa dapat digunakan. Kekurangannya adalah proses ini sangat

berbahaya karena garam sianida sangat beracun dan fatal jika terhirup.

d.) Nitriding

Nitriding didefinisikan sebagai suatu proses pengerasan

permukaan dengan senyawa nitrat. Dalam hal ini baja paduan spesial

dipanaskan untuk waktu yang lama dalam suatu atmosfer dari gas

nitrogen. Hasil dari pengerjaan nitrid adalah menghasilkan suatu

permukaan yang keras. Supaya dihasilkan permukaan yang keras dengan

cara dengan cara ini maka digunakan suatu baja paduan yang

mengandung sedikit unsur kromium dan alumunium sesuai dengan

kekerasan yang akan dihasilkan. Apabila baja karbon biasa yang

digunakan dalam proses ini maka proses nitrid akan membentuk seluruh

struktur dengan pengaruh yang kecil atas sifat-sifatnya. Kandungan

karbon pada baja yang dinitrid adalah sekitar 0.2-0.5% sesuai dengan

sifat-sifat inti yang diperlukan. Dan baja tersebut akan bereaksi secara

langsung terhadap pengerjaan pengerasan. Peralatan yang dinitrid diberi

pengerjaan panas selama tingkat awal daripada pengerjaan mesin, untuk

memperbaiki kekuatan intinya.

Pengerjaan ini terdiri dari proses pengerasan dengan

pendinginan tiba-tiba dalam minyak. Selanjutnya, diikuti dengan

penyepuhan pada suhu sekitar 550-750oC yang tersinggung atas

komposisi dan sifat-sifat baja yang diperlukan seperti yang tergambar

pada Gambar 4.9 di bawah ini



.

Gambar 4.9 Proses Nitriding

(Sumber: www.rpdrc.com)

Gambar 4.10 Dapur Nitriding

Gambar 4.10 di atas menggambarkan seperi apa tempat yang dipakai

dalam proses nitriding beserta alur kerjanya.

2.) Tanpa Penambahan zat

a. Flame hardening

Proses ini disebut juga proses pengerasan dalam waktu yang

singkat. Baja dengan kandungan karbon yang sesuai tingginya




dipanaskan sampai suhu pengerasan dengan busur nyala gas esitelen.

Dan seterusnya didinginkan secara cepat untuk memperoleh permukaan

yang keras.

Gambar 4.11 Flame Hardening

Dari Gambar 4.11 di atas diperlihatkan 2 metode yang berbeda

dalam proses flame hardening yaitu Progresive Flame Hardening

(gbr.atas) dan Progresive Spin Hardening (gbr.bawah). Namun masih

ada satu metode lagi yaitu Spot Flame Hardening.

Dasar pengerasan nyala adalah sama dengan pengerasan induksi

yaitu pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan tebal

lapisan yang mengeras tergantung pada kemampuan pengerasan bahan,

karena selama proses pengerasan tidak ada penambahan unsur-unsur

lainnya. Pemanasan di lakukan dengan nyala oksiasitelin yang dibiarkan

memanasi logam sampai suhu kritis. Pada alat dipasangkan juga aliran

pendingin sehingga setelah suhu yang diinginkan tercapai permukaan

langsung disemprot dengan air. Bila dikendalikan dengan baik, bagian-

bagian dalam tidak terpengaruh. Tebal lapisan yang keras tergantung

pada waktu pemanasan dan suhu nyala.

Pada proses ini diterapkan berbagai cara:



(1.) Pengerasan stasioner: baik nyala maupun benda yang akan

dikeraskan keduanya berada dalam keadaan diam, pengerasan

bersifat setempat.

(2.) Pengerasan progresif: nyala bergerak menuju ke benda yang diam.

Metode ini berguna untuk mengeraskan bagian yang luas, contohnya

gigi dari roda gigi yang besar.

(3). Pengerasan spinning: Nyala tetap diam sedangkan benda berotasi

Metode ini digunakan untuk pengerasan bagian melingkar.

(4).Pengerasan progresif-spinning: Nyala bergerak pada benda yang

berputar. Metode ini digunakan untuk mengeraskan permukaan

benda melingkar, contohnya rolling.

b. Pengerasan induksi ( induction hardening )

Pengerasan induksi termasuk suatu cara pengerasan permukaan.

Komponen yang akan dikeraskan ditempatkan di dalam suatu gulungan

(koil) induktor dan kemudian dimasukkan arus listrik frekuensi tinggi.

Dapur yang digunakan hampir sama dengan dapur untuk menghasilkan

baja paduan. Tetapi dapur ini dilengkapi dengan suatu silinder air

berlubang yang bersatu dengan kumparan yang berfungsi sebagai unit

pendingin. Permukaan komponen yang akan dikeraskan, dipanaskan

mencapai suhu pengerasan yang berlangsung sangat cepat. Selanjutnya,

didinginkan dengan cepat sewaktu komponen masih tetap di dalam

kumparan. Pengerasan lapisan yang tebalnya mencapai 3 mm dilakukan

dengan pengerjaan setempat (lokal). Hal itu ditunjukkan seperti pada

Gambar 4.12 di bawah ini.



Gambar 4.12 Induction Hardening

Proses pengerasan induksi lebih sesuai untuk baja dengan

kandungan karbon sekitar 0.45%. Dalam cara ini suhu yang dihasilkan

dapat dikontrol dengan pengaturan kunparannya, yaitu dengan mengatur

jarak antara kumparan dengan permukaan komponen yang dikeraskan.

Aplikasi proses induction hardening akhir-akhir ini melalui

penggunaan arus induksi dalam industri mengalami kemajuan pesat,

termasuk penggunaan arus listrik untuk pencairan logam, pengerasan,

dan perlakuan panas lainnya. Seperti pemanasan permukaan untuk

penempaan, pemanasan untuk sinter, brazing dan perlakuan jenis. Arus

bolak-balik berfrekuensi tinggi berasal dari konverter merkuri, osilator

spark atau osilator tabung. Frekuensi pada umumnya tidak melebihi

500.000 Hz. Untuk benda yang tipis digunakan frekuensi yang tinggi,

sedangkan untuk benda yang tebal digunakan frekuensi yang rendah.

Pemanasan induksi memberikan hasil yang cukup baik pada pengerasan

permukaan kurkas dan yang harus tahan aus. Berbeda dengan

pengerasan permukaan biasa, disini susunan kimia baja tidak berubah

karena pemanasan berlangsung sangat cepat dan pencelupan permukaan

tidak berpengaruh pada bagian dalamnya. Pengerasan yang diperoleh



melalui pengerasan induksi sama dengan pemanasan biasa dan

tergantung pada kadar karbon.

c. Laser and Electron Beam Hardening

Metoda ini dapat digunakan untuk melaksanakan proses selektif

hardening dari baja yang keras. Proses ini melaksanakan fungsi yang

sama sebagai nyala api pada proses pengerasan atau sebagai kumparan

induksi pada proses pengerasan dengan induksi. Proses ini hanya dapat

diaplikasikan untuk baja yang mempunyai karbon cukup dan komposisi

campuran logam dapat membuat proses pembekuan dapat berjalan

maksimal. Laser atau gudang elektron digunakan untuk menaikkan

temperatur permukaan material. Berkas elektron yang mengeraskan

material memerlukan ruang hampa. Laser ( berkas cahaya) tidak

memerlukan ruang hampa dan proses hardening dapat dilakukan dengan

penggunaan suatu gas. Ukuran noda berkas elektron adalah sekitar 0.010

sampai 0.015 inchi persegi. Laser dapat lebih besar tetapi pada

umumnya tidak ada yang lebih besar dari sekitar 0.150 inchi persegi.

Kedua metode tersebut mempunyai kerugian yaitu:

( 1 ) Peralatan yang digunakan cukup mahal

( 2 ) Proses ini tidak dapat diterapkan pada campuran logam tinggi .

Proses ini hanya terbatas pada baja karbon sederhana dan kualitas

hasilnya masih belum bagus.

http://www.sdsc.edu/tmf/Vis98Notes/SffForSciVis.html

Gambar 4.13 Laser and Electron Beam Hardening


http://www.sdsc.edu/tmf/Vis98Notes/SffForSciVis.html


b. Quenching

Quenching adalah proses pendinginan setelah mengalami pemanasan.

Media quenching dapat berupa oli, air, air garam, udara dan lain-lain sesuai

dengan material yang diquenching.

Dalam urutan menurun, kapasitas pendinginan dari beberapa media pendingin

adalah : air garam 5; air suling 1; minyak suling 0,3; gas dingin 0,1; dan udara

suling 0,02. Pengadukan juga merupakan faktor yang penting pada tingkat

pendinginan. Semakin baik pengadukan, makin tinggi tingkat pendinginannya.

Media pendingin disimbolkan dengan huruf, seperti W untuk pengerasan air, O

untuk pengerasan oleh minyak, dan A untuk pengerasan oleh udara.

Tingkat pendinginan juga tergantung dari permukaan luas dan ketebalan, serta

luas dan volume dari bagian itu. Makin tinggi rasionya, makin besar tingkat

pendinginannya. Contohnya, plat tebal lebih lambat menjadi dingin daripada

plat tipis dengan luas yang sama. Pertimbangan ini juga sangat penting pada

pendinginan logam dan plastik pada proses pengecoran dan pencetakan.

Gambar 4.14. Diagram Quencing

Tiga tahap pendinginan, yaitu:

a. Vapor-blanket Cooling stage

Tahap pertama, suhu logam sangat tinggi sehingga medium quenching

menguap pada permukaan logam.

b. Vapor-transport Cooling Stage



Proses ini dimulai ketika logam didinginkan pada suhu uap air dan suhu film

tidak stabil. Permukaan logam basah oleh medium quenching dan titik didih

yang tinggi.Tahapan ini merupakan proses pendinginan yang paling cepat.

c. Liquid Cooling Stage

Proses ini dimulai ketika suhu permukaan logam mencapai titik didih.

Tahapan ini merupakan proses yang paling lambat.

Gambar 4.15 Diagram Proses Quenching Baja Diameter 1/2 inchi

Dengan Berbagai Media Quenching

Gambar 4.15 yang merupakan Diagram Quenching memuat berbagai macam

media pada pusat dari baja berdiameter ½ inchi. Pada sisi kiri kurva adalah

campuran brine 10 % pada 75° F. Dilanjutkan dengan tap water pada suhu 75° F,

gulf super-quench pada 125° F, fused salt pada 400° F, slow oil pada 125° F dan

yang terakhir still air pada 82° F.

Beberapa macam media quenching, yaitu :

a. Quenching media brine ( air + 10 % sodium klorida )

Dari kurva diatas dapat dilihat bahwa media brine memiliki tahap penguapan

sangat pendek yang bertahan sekitar 1 detik dan kemudian menurun dengan

cepat menjadi tahap mendidih dimana tingkat pendiginannya sangat cepat.

Dan akhirnya menuju pada tahapan yang ketiga pada sekitar 10 detik. Pada

umumnya media yang digunakan mengandung 5 - 10 % garam (sodium

klorida) dalam air.



Gambar 4.16 Quenching Media Brine

(Sumber: www.monroeccce.du)

b. Quenching media tap water (air kran)

Dari Gambar setelah kurva media brine terdapat kurva media air kran pada

suhu 75° F yang memiliki tahap penguapan sedikit lebih panjang daripada

brine. Kurva ini kemudian turun pada tahap mendidih setelah kira-kira 3

detik. Tingkat pendinginan sedikit agak cepat, namun tidak secepat tingkat

pendinginan media brine. Tahap ketiga dicapai setelah 15 detik.

Gambar 4.17 Quenching dengan Media Air

c. Quenching media fused / liquid salt


http://www.monroeccce.du/


Pada quenching dengan media fused salt biasanya digunakan garam

(salt) anorganik bertitik lebur rendah yang harus dipanaskan hingga menjadi

cair. Dalam kasus ini cairan garam ini bersuhu 400° F. Perhatikan bahwa

fused salt mempunyai tahap penguapan yang sangat pendek, hampir sama

dengan brine. Namun, tingkat pendinginan selama tahap mendidih tidak

terlalu cepat seperti pada brine atau tap water. Dan media ini mencapai tahap

ketiga pada waktu 10 detik.

d. Quenching media campuran oli dan larutan air (gulf super-quench oil)

Kurva berikutnya berhubungan dengan gulf super-quench oil pada

suhu 125° F. Media ini memiliki tahap penguapan yang relatif panjang, dan

memasuki tahap mendidih setelah 7 detik, tahap ketiga gulf super-quech oil

dicapai setelah 15 detik .

Gambar 4.18 Quenching media campuran oli dan larutan air

(Sumber: www.beautifuliron.com)

e. Quenching media oil (oli)

Pada kurva media oli juga memiliki tahap penguapan yang relatif

panjang pada suhu 125° F, hanya saja media oli ini mencapai tahap mendidih

setelah 13 detik, dan tahap ketiganya dicapai setelah sekitar 22 detik.


http://www.beautifuliron.com/


Gambar 4.19 Quenching dengan Media Oli

(Sumber: www.coutelcutlery.com)

f. Quenching media udara

Dari media-media qunching diatas media yang paling cepat mendinginkan

menghasilkan kekerasan material yang paling tinggi. Meskipun dalam

pemilihan media quenching tetap harus memperhatikan kadar karbon dalam

material. Material yang panas ditempatkan pada screen, kemudian udara

dingin dengan kecepatan tinggi dihasilkan, dialirkan dari bawah melalui

screen dan material panas seperti pada Gambar 4.20.

Gambar 4.20 Quenching media udara


http://www.coutelcutlery.com/


Dari proses quenching juga dapat dihasilkan diagram TTT (time, temperature,

transformation), seperti pada gambar 4.21 dan 4.22 di bawah ini:

Gambar 4.21 Diagram TTT Proses Quenching(Sumber: www.rpdrc.com )

Gambar 4.22 Kurva Quenching Dengan Berbagai Media


2. SOFTENING

a. Annealing





Annealing didefenisikan sebagai pemanasan pada suhu yang sesuai,

diikuti dengan pendinginan pada kecepatan yang sesuai. yang bertujuan :

- Menghilangkan tegangan sisa

- Meningkatkan kehalusan, kerapuhan, dan kekasaran

- Menghasilkan mikrostruktur spesifik

Gambar 4.23 Diagram Annealling


Dari Gambar 4.23 di atas dapat kita lihat bahwa dalam proses Annealing

terdapat berbagai macam proses disesuaikan dengan kandungan karbon yang

terdapat pada material dan temperature proses.

Tahapan-tahapan perubahan material dapat kita lihat dari diagram fasanya

seperti yang terlihat pada Gambar 4.24 di bawah ini.




Gambar 4.24 Diagram Tahap Annealing

( Sumber : www.info.lu.farmingdale.edu )

Sifat-sifat baja yang didefinisikan di atas dapat diartikan bahwa baja

harus dipanaskan melalui suhu pengkristalan kembali untuk membebaskan

tegangan-tegangan dalam baja. Kemudian mempertahankan pemanasannya

pada suhu tinggi untuk membuat sedikit pertumbuhan butir-butiran dan suatu

struktur lapisan austenit. Dan seterusnya didinginkan secara perlahan-lahan

untuk membuat suatu struktur lapisan perlit, mengindikasi kelunakan, dan

memperbaiki sifat-sifat pengerjaan dingin.

Jenis-jenis annealing:

1.) Annealing sempurna (Full

Anneling )

Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan yang dipertahankan

pada beberapa suhu di atas temperatur Ac3 kemudian menahannya pada

temperatur tersebut selama beberapa waktu (1 jam tiap ketebalan per

inchi) kemudian didinginkan bersamaan dengan dinginnya tungku. Hal itu

dilakukan sampai struktur austenit secara komplet berubah menjadi

struktur perlit dan terakhir didinginkan secara bebas. Agar diperoleh suatu

logam yang bersifat lunak maka suatu bahan perlu didinginkan secara

perlahan-lahan. Contohnya yaitu perubahan austenit menjadi perlit.


http://www.info.lu.farmingdale.edu/


Pendinginan tersebut melalui suhu kritis terendah yang sesuai sampai

pemanasan baja mencapai perendaman cairan garam (biasanya sekitar

650o C). Selanjutnya baja dikeluarkan dari dalam rendaman air garam dan

didinginkan secara bebas di udara.

(William D. Callister. Materials Science And Engineering. Halaman 226)

Siklus Annealing sempurna dapat kita lihat seperti yang terlihat

pada gambar 4.25 dibawah ini.

Gambar 4.25 Siklus Annealing Sempurna

2.) Spherodizing

Merupakan proses annealing yang digunakan untuk baja karbon

tinggi contohnya bantalan peluru. Tujuan dilakukan spherodizing adalah

meningkatkan ketangguhan baja rapuh. Langkah spherodizing adalah

memanaskan bahan hingga temperatur tepat di bawah garis ferrite-austenit

(garis di bawah garis austenit-sementit). Metode spherodizing

menghasilkan struktur sementit yang berbentuk bulat bola (spheroids)

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.26 di bawah ini.



Gambar 4.26 Struktur mikro Spheroidizoid

Dalam proses ini baja dipanaskan pada suhu sekitar 650o C. Suhu

ini cukup tinggi untuk membuat pengkristalan kembali dan struktur yang

seragam. Baja setelah dipanaskan didinginkan secara bebas di dalam

udara. Apabila proses ini digunakan untuk jenis baja karbon tinggi akan

menyebabkan sementit diperkirakan berbentuk bulat.Sehingga baja itu

mudah untuk dibentuk dan dikerjakan mesin perkakas. Sewaktu baja

dikerjakan dengan proses annealing dengan cara dipanaskan pada suhu

tinggi dalam periode yang cukup lama, berlangsung proses oksidasi. Hal

tersebut menyebabkan terjadi pengelupasan pada bagian lapisan luar.

Struktur ini meningkatkan kemampuan mekanis dalam proses

pemotongan. Spherodizing juga meningkatkan ketahanan terhadap

goresan. Struktur yang terbentuk adalah spherodite seperti pada gambar

4.26 diatas.

3.) Stress Relief Anneling

Tegangan sisa dapat meningkat dalam potongan logam sebagai

respon dari:

a.) Proses plastik deformasi seperti machining (permesinan) dan grinding

(penggerindaan).

b.) Pendinginan yang tidak seragam pada potongan logam.

c.) Suatu fase transformasi yang disebabkan oleh pendinginan sehingga

fase produk memiliki kerapatan yang berbeda.

Bila tegangan sisa tersebut tidak dihilangkan maka dapat

mengakibatkan gangguan atau distorsi. Cara untuk menghilangkan



tegangan sisa tersebut adalah dengan melakukan proses stress relief

anneling, karena proses ini tidak mengurangi kekuatan material secara

signifikan. Proses ini digunakan pada situasi dimana pengawasan

dimensional secara ketat diperlukan dalam proses pengelasan, dalam

proses penempaan, proses pengecoran dan lain-lain.

4.) Soft Anneling

Merupakan proses pelunakan dengan menggunakan proses

pengerasan regangan yang dilakukan dengan prosedur pemanasan yang

wajar. Ditinjau dari segi produksi, proses ini lebih cepat dibandingkan

dengan paduan dan makin besar deformasi maka makin cepat proses ini

berlangsung. Pemanasan dilakukan pada suhu 15o F. Tujuan dari soft

annealing adalah untuk menghilangkan tegangan akibat regangan akibat

dari proses penarikan.

5.) Anil

Dilakukan pada material gelas untuk menghilangkan tegangan-

tegangan sisa dan menghindarkan terjadinya retakan panas (benda mula

dan benda akhir tidak berubah kekerasannya). Prosedur pelaksanaannya

berubah dengan komposisi gelas karena suhu pemanasan harus mendekati

suhu transisi gelas agar memungkinkan penurunan tegangan tanpa

melampaui titik regangan dimana viskositas = 10 13,5 Pa. Pendinginan yang

lambat ini mencegah terjadinya tegangan termal baru. Dibawah suhu titik

regangan dimana ada peningkatan viskositas sebanyak 30 kali,

pendinginan dapat berlangsung dengan cepat karena tidak mungkin terjadi

tegangan sisa yang baru. Pada proses ini tidak ada perubahan struktur

mikro. Grafik annealing berdasarkan suhu dapat kita lihat seperti pada

Gambar 4.27 di bawah ini.



Gambar 4.27 Klasifikasi annealing berdasarkan suhu pada annealing

Untuk full annealing, baja dipanaskan di atas suhu kritis(A3)

maksimum dan kemudian didinginkan secara lambat. Untuk partial

annealing, baja dipanaskan diantara suhu kritis maksimum (A3 or Acm) dan

suhu kritis minimum (A1). Sedangkan pada subcritial annealing, baja

dipanaskan di bawah suhu kritis (A1), dapat dilihat pada Gambar 4.24 di atas.

b. Normalizing

Proses ini seperti yang terlihat dari pada Gambar 4.28, dapat

diartikan sebagai pemanasan dan mempertahankan pemanasan pada suhu

yang sesuai diatas batas perubahan, diikuti pendinginan secara bebas di dalam

udara luar supaya terjadi perubahan ukuran butir-butiran. Pendinginan yang

bebas akan menghasilkan struktur yang lebih halus daripada struktur yang

dihasilkan dengan annealing. Pengerjaan mesin juga akan menghasilkan

permukaan pengerjaan yang lebih baik.



Gambar 4.28 Proses Normalizing


Hal tersebut membuat struktur lebih seragam dan juga untuk

memperbaiki sifat-sifat mekanik baja tersebut. Pada proses ini baja

dipanaskan untuk membentuk struktur austenit, direndam dalam keadaan

panas dan seterusnya didinginkan secara bebas di udara

c. Tempering

Baja biasanya dipanaskan kembali pada suhu kritis terendah setelah

dilakukan pengerasan untuk memperbaiki kekuatan dan kekenyalannya. Akan

tetapi hal itu mengurangi daya regang dan kekerasannya, sehingga membuat

baja lebih sesuai untuk kebutuhan untuk membuat peralatan. Proses

pemanasan kembali disebut penyepuhan. Proses tersebut menyebabkan

martensit berubah menjadi troostit dan sorbit sesuai dengan suhu

penyepuhannya. Troostit dan sorbit tersebar halus dalam bentuk karbid pada

lapisan ferrit. Bentuk strukturnya tidak seperti austenit tetapi berlapis-lapis.

Suhu penyepuhan tergantung pada sifat-sifat baja yang diperlukan,

biasanya sekitar 180oC-650oC, dan lamanya pemanasan bergantung pada

tebalnya bahan. Pemanasan biasanya dilakukan di dalam dapur sirkulasi

udara dan seterusnya direndam dalam minyak atau timbal (timah hitam).

Dengan demikian, suhu pemanasanya dapat dikontrol secara tepat. Alat-alat




biasanya disepuh pada suhu rendah. Penetapan suhu dengan cara melihat

warna pada selaput oksida yang dihasilkan dengan pemanasan.

1.) Austemper

Proses pencelupan tertunda seperti Gambar 4.29 di bawah ini

disebut austemper. Austenit mengalami transformasi isotermal dan

berubah menjadi bainite yang keras. Benda atau bagian harus dicelup

dengan cepat sampai mencapai suhu yang tepat, tanpa memotong ujung

kurva transformasi. Baja dibiarkan diatas garis Ms akan tetapi dibawah

430oC ( diquench dengan air garam ). Bila dibiarkan cukup lama akan

diperoleh struktur bainite. Dibawah mikroskop struktur bainite mirip

dengan martensite, akan tetapi bainite lebih ulet dibandingkan dengan

martensite temper. Proses ini diterapkan untuk benda yang kecil dengan

kemampuan kekerasan yang baik.

Gambar 4.29 Diagram Austemper

Keuntungan austemper yaitu untuk meningkatkan keuletan dan

daya tahan impack dari beberapa baja dan mengurangi distorsi dari

material yang diquenching. Sedang kekurangannya yaitu membutuhkan

air garam khusus dan proses ini hanya dapat digunakan pada baja tertentu.



2.) MartemperTujuan utama martemper adalah untuk menekan distorsi,

terjadinya retak atau timbulnya tegangan dalam akibat pencelupan dalam

minyak atau air. Struktur yang terjadi sama dengan martensit temper dan

biasanya disusul temper lagi.

Dari Gambar 4.30 di bawah ini dapat kita lihat proses

Martemper. Baja didinginkan dengan cepat dari daerah austenite sampai

suhu diatas garis Ms. Baja dibiarkan cukup lama sehingga suhu merata,

artinya bagian dalam dan luar telah mencapai suhu yang sama. Setelah itu

baja biasanya didinginkan diudara sampai mencapai suhu ruang dan

terbentuklah martensite. Baja dipanaskan kembali; suhu tergantung pada

kadar karbon dan pada unsur paduan, untuk baja karbon dengan C sama

dengan 0,4 %, suhu adalah 370oC.

Gambar 4.30 Diagram Martemper

Beberapa macam proses tempering

1. Tempering suhu rendah (150°C - 500° C)

Untuk mengurangi tegangan kerut dan kerapuhan dari baja. Digunakan untuk

alat kerja yang tak mengalami beban berat.

2. Tempering suhu menengah (300°C - 500°C)



Untuk menambah keuletan dan kekerasan sedikit berkurang. Digunakan untuk

alat kerja yang mengalami beban berat

3. Tempering suhu tinggi (500°C - 650°C)

Untuk memberikan keuletan yang besar tetapi kekerasannya rendah.

Digunakan untuk roda gigi, poros, batang penggerak, dan lain-lain

Gambar 4.31 Grafik Tempering



Gambar 4.32 proses pada tempering

Penjelasan untuk gambar 4. 32 dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 4.1

Proses tarnsformasi untuk baja

Proses Tujuan Prosedur Fasa

Anil PelunakanPendinginan lambat dari

daerah γ stabilα + karbida

Celup PengerasanCelup yang lebih cepat

daripada CRmMartensit

Celup

TerputusPengerasan tanpa retak

Celup disusul dengan

pendinginan lambat dari

Ms ke Mf

Martensit



Austemper

Pengerasan tanpa

pembentukan martensit

rapuh

Celup disusul dengan

transformasi isotermal

diatas Ms

α + karbida

Temper

Peningkatan ketangguhan

(biasanya dengan

pelunakan minimal)

Pemanasan ulang dari

martensitα + karbida

Urutan kekerasan yang kita dapatkan pada benda kerja :

Lunak : - udara

- udara tiupan

- minyak : mineral

tumbuhan

hewan

- air

- air yang mengalir

- Na 2 CO 3

- Larutan NaCl (5 – 10 %)

Keras : - Larutan NaOH (5 – 10%)

4.3.3 Aplikasi Heat Treatment

Laser beam hardening seperti layaknya teknologi hybrid pada kombinasi

laser,plasma, dan sumber induksi yang tersedia pada CCL untuk memperbaiki dan

melapisi komponen,cetakan,dan peralatan. Salut, paduan atau disperse dari paduan logam,

material yang keras, dan keramik dapat menghasilkan lapisan dan struktur 3D.



Gambar 4.33 Laser Beam Hardening

CARA/METODE

Laser adalah singkatan untuk pancaran radiasi inframerah suatu berkas cahaya.

Berkas cahaya infaramerah tidak terlihat mata, cahaya ini memiliki panjang gelombang

pada fasa bergetar dan diarahkan untuk suatu tingkat derajat tertentu.

Jika radiasi diarahkan pada permukaan logam dan diserap secara proporsional

akan dirubah menjadi panas. Laser hardening disebabkan oleh self-quenching yang

melibatkan perubahan temperature diantara lingkungan sekitarnya dan material

didekatnya, dimana tidak ada medium pendingin yang dibutuhkan.

Laser beam difokuskan pada permukaaan benda kerja yaitu batang pemandu dan

komponen pembentuk.

Cara atau metode yang digunakan secara prosedur:

1. Heating(pemanasan); pemanasan local sampai dengan temperatur austenit,

dengan menggerakkan laser sepanjang material sekaligus melakukan

pembuatan alur dan membaca amplitudo dn pemendaran laser. Jadi

pemanasan dikatakan hanya terjadi sepanjang alur tersebut saja.

2. Halting(penahan temperatur); penghentian pemanasan agar terjadi difuasi

temperatur secara merata ke kedalam yang diinginkan.



3. Cooling(pendinginan); self-quenching yang berkaitan dengan gradient

temperatur tinggi dari material yang digunakan.

HASIL

Proses pengerasan material dengan laser beam hardening ini memberikan

berbagai keuntungan. Hasil yang diperoleh dari material yang mengalami perlakuan laser

beam hardening adalah :

· Pengurangan penyimpangan berhubungan dengan beban panas rendah

( energi parsial masuk)

· komponen besar Dan kompleks dapat dikeraskan dengan mudah,

Contoh : di dalam rongga

· Fleksibilitas tinggi

· Mempunyai tingkat pengerasan yang lebih tepat, derajat pengerasan yang

tinggi, disamarkan butir halus.

• pakaian/pengausan terkemuka

• Kekuatan lelah lebih tinggi

• Keuletan (ductility) tidak mudah hilang saat kekerasan permukaannya

tinggi.

• penyimpangan dimensional lebih kecil

• Pembekuan permukaan tunggal atau tepi

• Dapat mengendalikan permukaan temperatur

• Dapat melakukan proses Quenching dengan sendirinya

• Dapat diaplikasikan pada beberapa material yang dapat dikeraskan.



4.4. PERALATAN PERCOBAAN

1. Sebuah perangkat Furnace Chamber HOFFMAN Type KL.

Gambar 4.34. Gambar Furnace Chamber HOFFMANN type KL



2

1

3 5

7 4

6

9

9

12

10 11

Keterangan :

1. Display

adalah layar yang yang digunakan untuk menampilkan keterangan suhu,

kecepatan pemanasan, waktu penahanan, maupun kecepatan pendinginan.

2. Unit

Bagian yang menunjukkan satuan-satuan dari angka-angka yang ditampilkan

pada bagian display.

3. Program Number

Program number merupakan untuk tiap program yang ada dalam mesin

tersebut.

4. Heating Program

Diagram pemanasan dimana pada diagram tersebut terlihat adanya kenaikan

suhu dan penahanan suhu.



A Mengontrol waktu tunggu yang telah disimpan samapi memulai proses

pemanasan.

B, D, F Mesin pemanas memanasi dg kecepatan yang telah disimpan, dapat

dipilih dari 4oC – 700oC.

C, E, G, I Suhu tidak merubah waktu tunggu.

H Mesin pemanas menurunkan suhu dengan kecepatan normal

5. Relais

Indikator untuk mengontrol sirkulasi udara luar mesin, nilai magnetik, dan

penghubungnya.

6. Program Button

Adalah tombol untuk memilih-milih program yamg dinginkan, yang

selanjutnya akan ditampilkan pada layar program number (3).

7. Segment Button

Tombol yang digunakan untuk memindahkan tahapan-tahapan suhu

yang dapat dilihat pada diagram pemanasan.

8. Up/down button

Tombol untuk menaikkan atau menurunkan suhu, kecepatan pemanasan

seperti yang ditampilkan pada display (1).

9. Key Button

Adalah tombol untuk mengunci bila kita menginginkan program tersebut

menjadi salah satu program dalam mesin

10. Comsumption button

Tombol ini tidak dipergunakan dalam uji jominy dan kurang jelas fungsinya.

11. Relais button

Untuk mengontrol sirkulasi udara luar mesin, nilai magnetik, dan

penghubungnya.

12. Start stop button

Tombol untuk memulai jalannya program dan menghentikannya

relais button

Spesifikasi alat Chamber Hoffman :



• Tipe K-1

• Tahun pembuatan 1991

• Temperatur alat 20°-850°C

• Waktu mulai penundaan 0-9999 menit

• Ramp end, Skip, 4-700°C/h

• Dweel 0-9999 menit

• Pendinginan skip 4-700°C

• End 0-9999 menit ditahan

2. Rockwell Hardness Tester HR 150A

Gambar 4.35 Rockwell Hardness Tester Model HR-150A

2. Mesin Polish



Gambar 4.36 Mesin Polish

4. Media Pendingin

o Air

o Udara

o Oli

5. Material Uji

o Baja ST – 40

o Baja ST – 60

o Besi Cor

4.5. METODE PERCOBAAN

4.5.1 Metode Percobaan

Metode yang digunakan untuk menguji kekerasannya adalah metode

Rockwell dan proses heat treatmentnya menggunakan sebuah perangkat Furnace

Chamber Hoffman. Langkah – langkahnya adalah sebagai berikut :

1. Mengukur kekerasan masing – masing spesimen dengan standar

Rockwell.

2. Memasukkan spesimen ke dalam Furnace Chamber Hoffman sampai

temperature 900°C.

3. Mendinginkan masing-masing spesimen dengan media pendingin.

4. Melakukan polishing seperti pada uji mikrografi dan mengamati

struktur mikronya.



5. Mengulangi uji kekerasan pada spesimen yang telah di heat treatment.

6. Mencatat hasilnya.

7. Membandingkan hasilnya untuk spesimen yang sama dengan media

pendingin yang berbeda.

4.5.2 Diagram Alir Pengoperasian Chamber HOFMANN Type KL



Mulai

Menyiapkan material yang akan diheat -tretman(Baja ST -40 dan Baja ST -60 )

Memasukkan material ke dalam Chambeer hoffman

Menghidupkan Chamber Hoffman

Membuat program untuk poroses heat -treatment

Memasukkan program yang digunakan dengan memperkirakan waktu ,

kecepatan bakar dan waktu penahanan

Mengecek Program

Menjalankan program dengan menekan tombol start

Menunggu sampai waktu burning selesai

Menekan tombol stop untuk menghentikan pemanasan

Mengeluarkan material dari chamber hofmann

Selesai

Yes

No

4.6 DATA DAN ANALISA



4.6.1. Data Hasil Percobaan

Setelah melakukan percobaan didapatkan data :

a. Material Non Perlakuan

No Baja ST-40 Baja ST-60 Besi Cor

1 38 39 40.5

2 38.25 40 40.5

3 39.5 39 40.5

Rata-rata 38.6 39.3 40.5

b. Material perlakuan panas dengan pendinginan udara


1 26.5 37 39

2 28.5 34 39.5

3 26.5 36 39.5

Rata-rata 27.2 35.7 39.3

c. Material perlakuan panas dengan pendinginan air


1 38.5 46.5 50

2 38.5 45.5 50

3 37.5 47 51.5

Rata-rata 38.2 46.3 50.5

d. Material perlakuan panas dengan pendinginan oli


1 27 47.5 54

2 27 48 54

3 26.5 46.5 53.3

Rata-rata 26.8 47.3 53.8



4.6.2. Analisa Data

Setelah dilakukan percobaan pada baja ST-40, baja ST-60 dan besi cor non perlakuan dan

perlakuan panas dengan pendinginan air, udara dan oli. Dan didapatkan hasil perhitungan

kekerasan material uji, maka dapat dibuat beberapa analisa, sebagai berikut

1. Analisis berdasarkan teori

a. Pendinginan air

Perlakuan panas dengan pendinginan air merupakan proses hardening dengan

cara proses quenching. Quenching adalah suatu proses perlakuan panas

terhadap suatu material dengan cara dipanaskan terlebih dulu sampai suhu

austenit (900oC). Kemudian dilakukan proses pendinginan cepat yaitu dalam

hal ini dengan media air. Proses pendinginan ini berlangsung cepat

mengakibatkan terbentuknya martensit yang keras. Martensit mempunyai

struktur kristal yang bersifat tidak stabil,berbentuk seperti jarum, dan bersifat

sangat keras dan rapuh. Struktur kristal dari martensit bukan BCC (Body

Centered Cubic) melainkan BCT (Body Centered Tetragonal).

Gambar 4.37 Struktur Kristal BCT ( Body Centered Tetragonal )



Struktur ikatan martensit tersebut dikarenakan kehadiran dari karbon yang

terjebak ditengah-tengah struktur kristal. Karena pendinginan yang cepat,

maka atom-atom logam tidak mengalami transformasi secara difusi. Dengan

pendinginan yang sangat cepat maka tidak akan ada waktu bagi austenit untuk

berubah maupun menjadi ferrit. Sedangkan pada pendinginan udara yang

merupakan jenis proses quenching, prosesnya berlangsung sangat lambat

sehingga austenit berubah menjadi perlit maupun ferrit yang lunak.

b. Pendinginan udara

Sedangkan untuk perlakuan panas dengan pendinginan udara merupakan

proses softening yaitu proses normalizing. Normalizing adalah proses di mana

material dipanaskan dulu sampai suhu austenit kemudian dilakukan

pendinginan dengan medium udara secara perlahan. Proses ini terjadi pada

suhu 55-650C diatas daerah austenit murni. Pendinginan ini mencegah

timbulnya segregasi praeutektoid sehingga struktur mikro yang terbentuk

adalah perlit halus dan tidak ada ferit praeutektoid dalam jumlah banyak.

Dengan demikian akan dihasilkan material yang kekerasannya lebih kecil dari

sebelumnya.

Dari penjelasan di atas jelaslah bahwa kekerasan material dengan perlakuan

panas dengan pendinginan air lebih besar daripada perlakuan panas dengan

pendinginan udara.

c. pendinginan oli

Pada media pendinginan oli juga memiliki tahap penguapan yang relatif

panjang pada suhu 125° F, hanya saja media oli ini mencapai tahap mendidih

setelah 13 detik, dan tahap ketiganya dicapai setelah sekitar 22 detik

1. Baja ST-40 merupakan baja karbon rendah dengan kadar C + 0,3 %. Pada

diagram fasa Fe – C dibawah, letak ST 40 pada garis warna merah. Sehingga

perubahan fase selama proses heat treatment dapat dilihat pada diagram

tersebut.



2. Baja ST- 60 merupakan baja karbon sedang dengan kandungan C antara 0,3

– 0,65 % pada diagram fasa dibawah letaknya antara garis merah dan biru

sehingga perubahan fase pada waktu heat treatment dapat dilihat pada

diagram fase Fe – C dibawah.

Gambar 4.38 Letak Baja ST-40 dan ST-60 dalam Diagram fasa Fe – C

(Sumber : Callister, Materials Science and Engineering 4th ,hal 270)



Gambar 4.39 Representasi struktur mikro baja ST-40 dan ST-60 dalam

proses heat treatment

(Sumber: Callister, Materials Science and Engineering 4th ,hal 275)

3. 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)karbon, suhu ausetetik

1148oC, 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 proses produksi,

dan diperlukan usaha khusus untuk menurunkannya. Akan tetapi yang

penting adalah peran silikon dalam produk akhir.

Gambar 3.40 Diagram fase Fe3C

(Sumber: Ilmu dan Tekhnologi Bahan, Lawrence Van Vlac, 1984, hal 294)



2. Analisis berdasarkan pengujian

Berdasarkan data pengujian :

a. Urutan nilai kekerasan (HR) pada baja ST – 60 adalah sebagai berikut :

Baja ST – 60 non perlakuan >pendinginan air> pendinginan

udara>pendinginan oli

b. Urutan nilai kekerasan (HR) pada baja ST – 40 adalah sebagai berikut :

Baja ST – 40 pendinginan oli>pendinginan air>non perlakuan> pendinginan

udara

c. Dan urutan nilai kekerasan (HR) pada besi cor adalah sebagai berikut :

Besi cor pendinginan oli>pendinginan air>non perlakuan> pendinginan

udara

3. Penyimpangan

Ternyata dari hasil diatas terdapat penyimpangan, dimana :

a. Baja ST – 40 non perlakuan lebih keras daripada baja ST – 40 pendinginan

air maupun pendinginan oli. Yang seharusnya urutan nilai kekerasan pada baja

ST-40 adalah sebagai berikut : Baja ST-40 pendinginan air >pendinginan

oli> non perlakuan >pendinginan udara

b. Baja ST-60 pendinginan oli lebih keras dari pada baja ST-60 pendinginan

air. Yang seharusnya urutan nilai kekerasan pada baja ST-60 adalah sebagai

berikut : Baja ST-60 pendinginan air >pendinginan oli> non perlakuan

>pendinginan udara

c. Besi cor pendinginan oli lebih keras dari pada besi cor pendinginan air.

Yang seharusnya urutan nilai kekerasan pada besi cor adalah sebagai berikut :



Besi cor pendinginan air >pendinginan oli> non perlakuan >pendinginan

udara

• Penyimpangan ini disebabkan oleh faktor-faktor sebagai berikut :

Dalam persiapan untuk uji keras (seperti mengamplas) terjadi banyak

perlakuan lain seperti membubut, menggerinda dan mengikir. Selain itu

benda uji pernah terjatuh sehingga terdapat tegangan sisa pada material.

Jarak penetrasi terlalu dekat

Waktu penetrasi kurang lama

Penggerakkan tuas yang kurang tepat.

4.7 KESIMPULAN DAN SARAN

4.7.1 Kesimpulan

1) Heat treatment dapat menentukan kekerasan suatu material.

2) Pada pendinginan dengan menggunakan media air, akan

terbentuk martensit yang menyebabkan material dengan perlakuan ini

menjadi lebih keras dibanding dengan material non perlakuan maupun

pendinginan udara.

3) Pendinginan yang cepat akan meningkatkan kekerasan,

sedangkan pendinginan yang lambat akan mengurangi kekerasan.

4) Heat treatment adalah proses pendinginan dan pemanasan yang

terkontrol terhadap logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-

sifat fisik dan mekanik logam tersebut.



4.7.2 Saran

Adapun saran yang dapat kami berikan dalam percobaan ini adalah :

1. Waktu dan temperature setiap material supaya diperhatikan selama

proses Heat Treatment.

2. Pada saat proses pendinginan setelah heat treatment, supaya

diperhatikan temperature setiap perlakuan pada material tersebut.

3. Sebelum digunakan, alat harus dikalibrasi terlebih dahulu agar hasil

sesuai dengan standar.

4. Perhatikan juga proses pengukuran dan kehalusan permukaan benda

saat dipolish.

5. Praktikan seharusnya sungguh–sungguh dalam pelaksanaan praktikum,

teliti dalam pengamatan dan cermat dalam pengukuran maupun

perhitungan.


89808219 Heat Treatment

Documents