Pengamatan Mikrostruktur dan Pengukuran Kekerasan dengan Metode Jominy Test pada Bahan Besi Alloy
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
ABSTRAK
Telah dilakukan percobaan B5 yang bertujuan untuk mengukur kekerasan besi alloy sebagai fungsi jarak dari ujung besi karbon yang didinginkan setelah diberikan perlakuan panas sebelumnya Percobaan dilakukan dengan menggunakan prinsip jominy test, yaitu dengan memberikan perlakuan panas terhadap besi karbon sampai 750ºC dengan menggunakan tube furnace,kemudian dilakukan holding time selama 1 jam. Setelah itu, salah satu bagian ujung dari besi karbon tersebut didinginkan dengan cara menyemprotkan air secara konstan sampai suhu besi alloy menurun mendekati suhu kamar berkisar 30ºC . Diamati mikrostruktur batang pada tiga titik yang sudah ditentukan. Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh data rata-rata kekerasan besi karbon sebelum dilakukan pemanasan sebesar 178,35 kg/mm2. Sedangkan data nilai rata-rata kekerasan yang diperoleh setelah dilakukan pemanasan dan pendinginan terhadap besi karbon, antar lain, pada ujung besi karbon yang tidak terkena semprotan air sebesar 122,10 kg/mm2, pada bagian tengah besi karbon sebesar 125,97 kg/mm2, dan kekerasan pada bagian ujung besi karbon yang disemprot air sebesar 132,13 kg/mm2
Kata kunci : jominy tes, besi alloy, mikrostruktur
PENDAHULUAN
Heat treatment dilakukan untuk merubah sifat dari suatu bahan seperti halnya perlakuan panas dengan metode jominy test yang digunakan dalam praktikum ini. Terdapat beberapa perlakuan panas yang dapat dilakuakan untuk merekayasa suatu bahan. Perlakuan tersebut dilakukan sesuai dengan sifat apa yang akan direkayasa dari bahan tersebut dengan melihat beberapa parameter yang diperlukan untuk merubah
sifat dari suatu bahan. Misalkan, suhu, waktu dan beberapa parameter yang lain.
Perlakuan panas untuk merubah sifat suatu bahan juga tergantung dari proses pendinginan. Misalkan pada proses normalizing dilakukan pendinginan dengan udara, quenching dengan media air atau oli dan beberapa proses lain yang memiliki cara pendinginan yang berbeda-beda. Hal tersebut menunjukkan bahwa proses pendinginan pada perlakuan panas tehadap suatu bahan juga mempengaruhi sifat dari suatu bahan. Untuk itu, beberapa tes yang berhubungan dengan pendinginan juga perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh proses pendinginan terhadap mikrostruktur suatu bahan yang mempengaruhi sifat bahan tersebut.
TEORI
Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji.
Pada percobaan Jominy, kecepatan pendinginan tidak merata. Hal tersebut disebabkan karena hanya satu bagian/ujung
(bagian bawah) dari benda uji diquench dengan semprotan air sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi menurun sepanjang benda uji, dimulai dari ujung yang disemprot air.
Pada percobaan jominy pelaksanaannya menggunakan dua metode, dimana cara pendinginan untuk ujung yang bawah dengan cara menyemprotkan air langsung yaitu quench sedangkan untuk ujung yang lain dilakukan dengan cara normalizing. Pendinginan di ujung yang disemprot dengan air pendinginannya lebih cepat daripada ujung yang satunya karena bantuan udara. Jadi laju pendinginan terbesar terjadi di ujung benda uji yang disemprot air.
Logam yang didinginkan dengan kecepatan yang berbeda-beda misalnya dengan media pendingin yang berbeda, air, udara atau minyak akan mengalami perubahan struktur mikro yang berbeda. Setiap struktur mikro misalnya fasa martensit, bainit, ferit dan perlit merupakan hasil transformasi fasa dari fasa austenit. Masing-masing fasa tersebut terjadi dengan kondisi pendinginan yang berbeda-beda dimana untuk setiap paduan bahan dapat dilihat pada diagram Continous Cooling Transformation (CCT) dan Time Temperature Transformation (TTT) diagram.
Masing-masing suatu fasa mempunyai nilai kekerasan yang berbeda. Dengan pengujian Jominy maka dapat diketahui laju pendinginan yang berbeda akan menghasilkan kekerasan bahan yang berbeda. Pada percobaan Jominy ini , mampu keras dari suatu baja yang sama akan bervariasi karena dipengaruhi oleh komposisinya, dimana komposisi tersebut merupakan komposisi kimia dan terdapat ukuran-ukuran dari setiap benda uji atau spesimen. Spesimen yang biasa digunakan dalam percobaan Jominy test ini adalah baja karbon. Pada baja,pendinginan yang cepat dari fasa austenit menghasilkan fasa martensit yang tinggi kekerasannya. Sedangkan pendinginan yang lambat kan menghasilkan fasa austenit yang cenderung yang kekerasannya rendah.
METODE PERCOBAAN
a. Pengujian kekerasan
· Sebelum dilakukan pemanasan
Sebelum dilakukan pengujian kekerasan, besi karbon dipotong sepanjang 3,5 cm dan diiris melintang pada bagian sisi lingkarannya sehingga besi karbon tidak berbentuk tabung tapi setengah tabung yang memiliki permukaan lurus memanjang. Setelah itu, besi karbon di haluskan dengan menggunakan grinder sampai halus. Pengujian kekerasan sebelum pemanasan dan pendinginan, dilakukan dengan menggunakan alat vickers hardnes. vickers hardnes dapat menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136ο yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Intan pada vicker hardnes dengan berat 2 kg akan membebani besi karbon dengan waktu pembebanan 15 detik sehingga akan timbul bekas pembebanan pada besi karbon. Dari bekas pembebanan tersebut, akan diperoleh diameter bekas pembebanan sehingga dengan data diameter akan diperoleh nilai kekerasan pada besi karbon secara otomatis pada alat. Percobaan dilakukan sebanyak tiga kali pada tempat yang berbeda, sehingga diperoleh tiga data nilai kekerasan yang nantinya dirata-rata untuk mendapatkan nilai kekerasan uniform dari besi karbon.
· Setelah dilakukan pemanasan dan pendinginan
Pengujian kekerasan setelah dilakukan pemanasan dan pendinginan sama dengan pengujian kekerasan sebelum dilakukan pemanasan dan pendinginan terhadap besi karbon. Namun, bagian yang dilakukan pengujian kekerasan berbeda. Yaitu terdiri dari bagian ujung, bagian tengah dan bagian dekat ujung yang disemprot air. Pengujian pada masing-masing bagian dilakukan sebanyak tiga kali sehingga diperoleh data nilai kekerasan rata-rata dari masing bagian tersebut.
a. Jominy tes
Besi karbon dimasukkan kedalam tube furnace, kemudian tube furnace dihidupkan dan tunggu sampai suhu tube furnace mencapai suhu 750ºC. Setelah mencapai 750ºC, besi karbon ditahan suhunya selama kurang lebih 1 jam. Selanjutnya, besi karbon diambil dengan menggunakan penjepit, kemudian salah satu bagian ujungnya didinginkan dengan cara menyemprotkan air secara konstan sampai suhu besi karbon menurun mendekati suhu kamar yaitu sebesar 38ºC. untuk mengetahui suhu besi karbon menurun sampai suhu kamar digunakan thermometer digital sehingga suhu besi karbon dapat diketahui. Setelah itu dilakukan pengujian kekerasan pada bagian ujung besi karbon, bagian tengah besi karbon dan bagian ujung besi karbon dekat yang disemprot air dengan menggunakan Vickers hardnes.
b. Pengujian mikrostruktur
Pengujian dilakukan terlebih dahulu dengan membuat halus permukaan irisan melintang dari besi karbon yang sudah di panaskan dan didinginkan sampai mengkilap dengan menggunakan grinder. Setelah itu, dilakukan proses eksa terhadap besi karbon yang sudah dihaluskan dengan cara mencelupkan besi karbon tersebut kedalam larutan HCL 10% selama 5 detik agar grain dan grain boundarynya dapat diamati. Kemudian besi karbon di amati mikrostrukturnya dengan menggunakan mikroskop optik, diatur jarak lensanya sehingga diperoleh pengamatan mikrostruktur antara graind dan graind boundary yang jelas. Pengamatan dilakukan di tiga tempat yang berbeda, yaitu pada bagian ujung besi karbon, bagian tengah besi karbon dan bagian ujung besi karbon dekat yang disemprot air. Sehingga nantiya diperoleh pengamatan mikrostruktur dari besi karbon yang berbeda-beda.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan yang telah dilakukan bertujuan untuk untuk mengukur respon pengerasan sebagai fungsi jarak dari ujung besi karbon yang didinginkan setelah diberikan perlakuan panas sebelumnya. Dari percobaan tersebut, diperoleh data kekerasan besi karbon sebelum dan nasesudah dilakukan pemanasan dan pendinginan. Terdapat perbedaan nilai kekerasan antara sebelum dan sesudah dilakuakan perlakuan panas dan pendinginan terhadap besi karbon. Data nilai rata-rata kekerasan sebelum perlakuan, diperoleh sebesar 178,35 kg/mm2. sedangkan data nilai rata-rata kekerasan setelah perlakuan, sebesar 122,10 kg/mm2 pada ujung besi karbon, 125,97 kg/mm2 pada bagian tengah besi karbon, dan kekerasan pada bagian ujung besi karbon yang disemprot air sebesar 132,13 kg/mm2. dari data tersebut, teridentifikasi bahwa nilai rata-rata kekerasan besi karbon munurun setelah dilakukan perlakuan pemanasan dan pendingin.
Penurunan kekerasan terjadi karena terdapat perubahan mikrostruktur akibat proses pemanasan dan pendinginan yang dilakukan terhadap besi karbon. Hal tesebut terjadi karena proses austenisasi yang terjadi hampir pada semua bagian besi karbon meskipun pada salah satu bagian ujung besi karbon dilakukan pendinginan secara langsung dengan menyemprotkan air secara konstan sampai suhu besi karbon menurun mendekati suhu kamar. Pada keadaan tersebut terjadi proses normalizing, yaitu proses pemanasan besi karbon yang diikuti dengan pendinginannya diudara terbuka. Proses tersebut akan memperbaiki dan memperhalus butir karena terjadi proses austenisasi yang membentuk Austenit yang homogen pada besi karbon dan terjadi graind growth yang menyebabkan besi karbon menjadi lebih ducktile namun kekerasannya menurun. Pertumbuan graind, dapat diidentifikasi dari pengamatan mikrosrtuktur besi karbon yang telah diberikan perlakuan pemanasan dan pendinginan dengan mikroskop optik terlihat bahwa grain dari besi karbon memiliki perbandingan yang cukup besar daripada grain boundarynya.
Proses pendinginan dengan media air pada salah satu bagian ujung besi karbon tidak terjadi proses quenching sehingga besi karbon cenderung lebih ductile dari pada sebelumnya. Hal tersebut terjadi Karen kecepatan pendinginan yang kurang cepat, sehingga pada besi karbon masih bisa terjadi proses pengintian dan pertumbuhan austenit, selain itu, saat besi karbon yang disemprot dengan air terjadi di udara, dan memungkinkan terjadi normalizing.
Perlakuan pendinginan pada salah satu bagian ujung besi karbon yang telah dipanaskan dengan menyemproykan air secara konstan menyebabakan besi karbon memiliki nilai kekerasan yang berbeda pada setiap bagiannya. Hal tersebut terjadi karena proses pendinginan yang tidak merata menyebabkan pembentukan fasa yang berbeda pada setiap bagiannya. Pada bagian besi karbon yang tidak disemprot air, terjadi proses pengintian dan pertumbuhan austenit yang relatif lama dari pada bagian besi karbon yang terkena semprot air. Sehingga pada bagian yang tidak terkena semprot air, terjadi grain growth yang menyebabkan pada bagian tersebut lebih ductile dan kekerasannya lebih rendah daripada bagian yang disemprot air, karena pada bagian yang disemprot air tersebut hampir tidak melibatkan pengintian dan pertumbuhan yang dicirikan dengan kontrol difusi atom. Dan kemungkinan terjadi sedikit Pembentukan martensit yang didasari pada proses pergeseran atom yang melibatkan penyusutan dari struktur kristal akibat adanya pendinginan langsung dengan semprotan air di udara. Struktur martensit merupakan konsekwensi langsung dari tegangan disekitar matriks yang timbul akibat mekanisme geser. Pada bagian tersebut juga terjadi pertumbuhan graind yang relatif lambat, sehingga hampir tidak
terjadi pengintian graind dan membuat besi karbon relatif britle dan tidak ductile daripada bagian yang tidak terkena semprotan air secara langsung.
Perbedaan kekerasan pada ketiga bagian besi karbon tersebut dapat ditinjau dari pengamatan mikrostruktur yang telah dilakuakan. Dari pengamatan yang telah dilakukan, terlihat bahwa mikrostruktur pada bagian ujung besi karbon yang tidak terkena semprotan air, memiliki graind yang lebih besar dari pada mikrostruktur pada bagian ujung besi karbon yang terkena semprotan air yang lebih banyak memiliki graind bondary. Hal tersebut terjadi karena pada bagian ujung besi karbon yang tidak terkena semprotan air mengalami austenisasi atau pertumbuhan graind yang lebih banyak dari pada bagian ujung besi karbon yang terkena semprotan air, sehingga pada ujung besi karbon yang tidak terkena semprotan air cenderung lebih ductile sedangkan pada bagian besi karbon yang terkena semprotan air lebih keras.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang terdapat dalam percobaan ini antara lain
1. kekerasan rata-rata besi karbon sebelum dilakukan perlakuan panas dan pendinginan adalah sebesar 178,35 kg/mm2, sedangkan kekerasan rata-rata setelah dilakukan pemanasan dan pendinginan antara lain pada ujung besi karbon sebesar 122,10 kg/mm2, pada bagian tengah besi karbon kekerasannya sebesar 125,97 kg/mm2, dan kekerasan pada bagian ujung besi karbon yang disemprot air sebesar 132,13 kg/mm2
2. Besi karbon setelah dilakukan perlakuan panas dan pendinginan mengalami penurunan kekerasan.
3. kecepatan suatu pendinginan mempengaruhi kekerasan besi karbon, hal tersebut dapat dilihat dari nilai kekerasan ujung besi karbon yang didinginkan dengan menyemprotkan air lebih keras dari pada ujung besi karbon yang didinginkan dengan udara.
DAFTAR PUSTAKA
B.H. Amstead, Phillip F.Ostwald, Sriati DJaprie; 1985, Teknologi Mekanik Jilid 1, Jakarta:Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar