Kelompok 11 Pengujian Kemampukerasan

BAB VPENGUJIAN KEMAMPUKERASAN

5.1 Tujuan Pengujian1. Mengetahui kemampukerasan satu bahan.2. Mengetahui pengaruh suhu pemanasan terhadap kemampukerasan bahan.3. Mengetahui pengaruh waktu penahanan terhadap kemampukerasan bahan.4. Mengetahui cara menentukan kemampukerasan bahan.

5.2 Teori Dasar PengujianSifat kemampukerasan adalah ukuran yang menyatakan kemampuan baja untuk dapat dikeraskan hingga kedalaman tertentu dengan pembentukan martensite.Sedangkan arti kekerasan adalah ukuran dari pada daya tahan terhadap deformasi plastis.Apabila kita menginginkan fase yang terbentuk adalah martensite maka kita harus mendinginkan material tersebut secara cepat (quenching). Tetapi harus diingat pula bahwa pendinginan yang terlalu cepat juga harus dihindari, karena dapat menyebabkan permukaan baja retak.Pada percobaan kemampukerasan material, kita akan mendapatkan angka atau nilai kekerasan yang berbeda setelah material tersebut kita beri perlakuan panas. Perbedaan nilai ini diakibatkan oleh laju pendinginan yang berbeda beda yang diterima oleh material tersebut.

5.2.1 Macam- macam Metode Pengujian KemampukerasanAda 2 macam atau metode dalam pengujian kemampukerasan material, yaitu:1. Metode GrossmanPada metode ini, benda uji dipanaskan lalu dicelupkan semua permukaannya pada air (quenching) sehingga didapatkan kekerasan yang berbeda pada setiap strukturnya.

Gambar 5.1 : GrossmanSumber : Introduction to Physical Metallurgy,Sidney Avner.

Istilah yang sering muncul pada metode Grossman : Do (D, Dc) = Diameter batang kritis dimana menghasilkan 50% martensite pada bagian tengah pada H yang diketahui Di = Diameter ideal dimana terdapat 50% martensite pada bagian tengah dengan H = ~ (ideal quench)Hardenability suatu baja di ukur oleh diameter satu baja yang struktur mikro tepat di intinya adalah 50% martensite setelah dilakukan proses hardening dengan pendinginan tertentu. Baja berbentuk silinder (panjang min 5xD) dengan variasi diameter dilakukan pengerasan dengan media pendingin tertentu. Hasil pengerasan diuji metallography dan kekerasan, diameter baja tersebut yang intinya tepat 50% martensite dinyatakan sebagai diameter kritis (D0), pada suatu laju pendinginan tertentu dinyatakan dengan koefisien of severity (H). Karena harga Do masih tergantung dengan laju pendinginan tertentu maka dirumuskan harga diameter baja tersebut (50% martensite) dengan pendinginan ideal (H=tak hingga) yang disebut sebagai diameter ideal (Di). Diameter kritis ideal Tidak tergantung keragaman laju pendinginan Diameter batang dengan 50% martensite pada bagian tengah dengan quench ideal

2. Metode JominyPada uji jominy di material dipanaskan dalam tungku sampai suhu transformasinya (austenite) dan terbentuk sedemikian rupa sehingga dapat dipasangkan pada apparatus jominy. Kemudian air di semprotkan dari bawah, sehingga menyentuh permukaan bawah Spesimen. Dengan ini didapatkan kecepatan pendinginan di setiap bagian berbeda beda. Pada bagian yang terkena air mengalami pendinginan yang cepat dan semakin menurun ke bagian yang tidak terkena air. Dari hasil pengukuran, kita akan mendapatkan nilai kekerasan yang berbeda beda pada tiap bagian,

Gambar 5.6 : JominySumber : ASM Handbook Jilid 1 Volume 4

Perbedaan metode jominy dengan metode grossman adalah :Tabel 5.1 Perbedaan metode jominy dan metode groosmanMetode JominyMetode Grossman

Menggunakan satu spesimen yang dipanaskan Variasi kekerasan berdasarkan pada jarak ujung pendinginan Panjang spesimen 4x diameter Tanpa pemotong spesimen Tanpa menggunakan mikroskop Menggunakan beberapa spesimen yang dipanaskan Variasi kekerasan berdasarkan diamter spesimen Panjang minimal spesimen 5x diameter Dengan pemotongan spesimen Menggunakan mikroskop

5.2.2 Faktor- faktoryang Mempengaruhi Kemampukerasan BajaHal hal yang mempengaruhi sifat kemampukerasan suatu material antara lain : 1. Media PendinginMedia pendingin berpengaruh dalam kemampukerasan baja dikarenakan media pendingin dengan viskositas rendah akan mempercepat pendinginan yang dimana pembentukan martensite semakin banyak.Macam media pendingin : Air, Air garam, oli, Larutan polimer, Lelehan garam.2. Unsur paduanUnsur paduan menentukan sifat kemampukerasan baja, karena unsur paduan mempengaruhi sifat mekanik baja khususnya kemampukerasan.Beberapa unsur paduan yang mempengaruhi sifat mekanik yaitu :a. Nikel : Meningkatkan kekerasan, ketahanan erosi, dan ketahanan gesek.b. Chromium (Cr) : Meningkatkan kekerasan, menambah karbida, dan menambah elastisitas.c. Mangan (Mn) : Meningkatkan kekerasan, ketahanan terhadap suhu tinggi, dan mengkilatkan.d. Silikon : Meningkatkan kekenyalan dan kekerasan, meningkatkan titik kritis.e. Boron (B) : Meningkatkan kekerasan tapi pada kadar karbon kurang dari 0,6% akan menyebabakan rapur.f. Tetanium (Ti) : Meningkatkan atau menambah pertumbuhan butir, serta meningkatkan kekerasan baja.3. Kandungan Karbon Semakin banyak kandungan karbon dalam material tersebut, maka semakin keras juga material tersebut. Hal ini yang menyebabkan baja karbon tinggi memiliki kekerasan yang tinggi setelah proses pengerasan karena akan membentuk fase martensiteyang memiliki kekerasan tinggi.4. Ukuran ButirSemakin besar ukuran butir maka tingkat mampukeras suatu logam semakin rendah karena dekomposisi austenite berlangsung lambat. Jadi baja austenite dengan butiran kecil lebih mudah menjadi martensite disbanding butiran besar, dan juga butiran kecil lebih sedikit ruangan kosongnya sehingga menyebabkan material keras.5. Suhu PemanasanKemampuan keras lebih tinggi jika pemanasan dilakukan sampai suhu austenite. Pemberian temperatur pemanasan yang berada pada satu baja akan mempengaruhi kemampukerasan baja tersebut karena suhu berhubungan dengan energi aktifasi material. 6. Konduktivitas thermalSemakin besar konduktivitas thermal suatu material, maka akan meningkatkan sifat kemampukerasannya. Konduktifitas termal yang rendah pada bahan akan memperlambat pendinginan sehingga kemampukerasan lebih rendah dan sebaliknya.7. HoldingSemakin lama waktu holding yang diperlakukan kepada suatu material, maka akan meningkatkan sifat kemampukerasan material tersebut.8. Dimensi BajaDimensi baja mempengaruhi kemampukerasan, karena semakin besar dimensi material maka proses kemampukerasan semakin berkurang.

5.3 Pelaksanaan Pengujian5.3.1Alat dan Bahan yang Digunakan Spesifikasi Alat yang Digunakana) Kertas GosokDigunakan untuk menghilangkan kotoran dan terak pada benda uji.

Gambar 5.7 Kertas Gosok Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UB

b) PenjepitDigunakan untuk memindahkan benda uji setelah pemanasan dalam dapur.

Gambar 5.8 PenjepitSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UB

c) Dapur listrikDigunakan untuk memberikan pemanasan pada temperatur terhadap benda uji. Spesifikasi alat: Merk: Openbau Hofman Tipe: E / 90 Voltage: 220 Volt Daya: 3,3 KW Suhu Maksimal: 1100 oC Buatan: Austria

Gambar 5.9 Dapur Listrik Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UBd) Bejana Pendingin (Jominy)Digunakan untuk mendinginkan benda uji dengan menyemprotkan air pada salah satu ujung benda uji.

Gambar 5.10 Bejana PendinginSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UB

e) StopwatchDigunakan untuk menghitung waktu.

Gambar 5.12 StopwatchSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UB

f) Jangka sorong digitalDigunakan untuk mengukur dimensi specimen

Gambar 5.13 Jangka sorong digitalSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin FT UB

Komposisi Kimia SpesimenBahan yang digunakan adalah baja Assab 760 dengan komposisi unsur kimia 0,5% C (Karbon), 0.5% Mn (Mangan) dan 0.25% Si (Silikon). Pergeseran Titik EutectoidPergeseran titik eutectoid dipengaruhi oleh unsur paduannya. Sehingga kita bisa menggambarkan dimana titik pergeserannya. Tabel dibawah ini merupakan komposisinya

Tabel 5.1 Pergeseran Titik Eutectoid NoLogamKomposisiSuhu Eutectoid%C

1Mn0,5%7250,74

2Si0,25%7300,72

Tc

Temperatur Eutectoid

=Tc= 727,47o C Kadar Karbon Eutectoid% C=

= % C= 0,729 %

Keterangan : Fe-Fe3CPergeseran Titik EutectoidGambar 5.13 Pergeseran Titik Eutectoid

Bentuk dan Dimensi Spesimen

Gambar 5.14 Bentuk dan Dimensi Spesimen

5.3.2Prosedur PengujianAda beberapa prosedur dalam pengujian jominy, yaitu :1. Permukaaan benda dibersihkan dari kotoran dan terak dengan kertas gosok.2. Spesimen dipanaskan dan di-holding dengan suhu dan waktu tertentu.3. Spesimen dipindahkkan dari dapur listrik ke bejana pendingin untuk proses pendinginan. Pendinginan dimulai dari salah satu ujung batang.4. Setelah pendinginan selesai, spesimen dibersihan dengan kertas gosok.5. Spesimen dibagi menjadi 10 bagian dengan jarak-jarak 2; 4; 6; 8; 10; 15; 20; 30; 40; 60 mm dari ujung yang disemprot.5.4 HipotesaDalam pengujian jominy ini, akan didapatkan nilai kekerasan yang berbeda antara daerah yang dekat dengan penyemprotan dengan yang jauh dari daerah penyemprotan. Daerah yang dekat dengan penyemprotan akan memiliki nilai kekerasan yang tinggi dan semakin jauh dari penyemprotan maka nilai kekerasannya akan semakin menurun, karena semakin cepat pendinginan maka kekerasan juga akan semakin meningkat . Holding dan temperature saat diberikan perlakuan panas mempengaruhi ke mampu di keraskan. Semakin lama holding, maka homogenitas struktur butiran meningkat sehingga ke mampu di keraskannya semakin menurun. Begitu pula dengan temperature, semakin tinggi temperaturenya maka semakin menurun tingkat ke mampu di keraskannya

5.5 Pengolahan Data5.5.1 Data KelompokTabel 5.2 Data Spesimen Tanpa PerlakuanNoYi (HRC)Xi (mm)Ln YiXi2Xi Ln Yi

167.1324.248.4

265.0644.171616.68

365.8864.183625.08

463.5784.156433.2

567.73104.2110042.1

667.6154.2122563.15

766.53204.1940083.8

864.27304.16900124.8

963.92404.151600166

1067.29604.23600252

658.9819541.826945815.21

Xi ln Yi aXi2 bXi= 0815,21 6945a 195b= 06945a+ 195b= 815,21 (1)

ln Yi - aXi nb = 041,82 195a 10b= 0195a + 10b= 41,82b= 4,182 - 19,5a (2) Substitusikan persamaan (2) ke (1)6945a + 195b= 815,216945a + 195 (4,182 - 19,5a)= 815,216945a + 815,49 3802,5a= 815,2133142,5a= - 0,277a = - 8,81 x 10-5= - 0,0000881 Nilai a disubstitusikan ke persamaan (2)b= 4,182 - 19,5ab= 4,182 - 19,5 (- 0,0000881)b= 4,182 + 0,0017b= 4,1837 Dari nilai a dan b yang telah didapat, dimasukkan rumus :lnY= ln ( e ax + b )ln Y= ax + bln Y = - 8,81 x 10-5 ( x ) + 4,18371.ln Y1= - 8,81 x 10-5 (2) + 4,1837ln Y1= 4,1835Y1= 65,5862.ln Y2= - 8,81 x 10-5 (4) + 4,1837 ln Y2= 4,184Y2= 65,6193.ln Y3= - 8,81 x 10-5 (6) + 4,1837ln Y3= 4,1832Y3= 65,564.ln Y4= - 8,81 x 10-5 (8) + 4,1837 ln Y4= 4,1829Y4= 65,5475.ln Y5= - 8,81 x 10-5 (10) + 4,1837ln Y5= 4,1828Y5= 65,546.ln Y6= - 8,81 x 10-5 (15) + 4,1837ln Y6= 4,1823Y6= 65,507.ln Y7= - 8,81 x 10-5 (20) + 4,1837ln Y7= 4,1819Y7= 65,488.ln Y8= - 8,81 x 10-5 (30) + 4,1837ln Y8= 4.181Y8= 65,42

9.ln Y9= - 8,81 x 10-5+ 4,1837 ln Y9= 4,18Y9= 65,3510. ln Y10= - 8,81 x 10-5 (60) + 4,1837ln Y10= 4,17Y10= 64,7

Jumlahkuadrat deviasinya:

= [ln Y1 (aX1+b)]2 + [ln Y2 (aX2+b)]2+ + [ln Yn (aXn+b)]2= [ (4,2-4,1835)2 + (4,17-4,184)2 + (4,18-4,1832)2 + (4,15-4,1829)2 + (4,21-4,1828)2 + (4,21-4,1823)2 + (4,19-4,1819)2 + (4,16-4,181)2 + (4,15-4,18)2 + (4,2-4,17)2 ]

= 2,72x10-4 + 1,96x10-4 + 1,02x10-5 + 1,08x10-3 + 7,4x10-4 + 7,67x10-4 + 6,56x10-5 + 4,41x10-4 + 9x10-4 + 9x10-4= 5,3718 x10-3= 0,0053Tabel 5.3 Data Spesimen Jominy 850oC, 90NoYi (HRC)Xi (mm)Ln YiXi2Xi Ln Yi

175,4824,3248,64

268,844,231616,92

362,7364.133624,78

461,0884,116432,88

560,42104,110041

657,57154,0522560,75

754,6320440080

860,43304,1900123

955,66404,011600160,4

1055,3604,013600240,6

612,119541,066945788,97

Xi ln Yi aXi2 bXi= 0 788,97 6945a 195b= 0 6945a + 195b= 788,97 (1)

ln Yi - aXi nb = 041,06 195a 10b= 0195a + 10b= 41,06b= 4,106- 19,5a (2) Substitusikan persamaan (2) ke (1)6945a + 195b= 788,976945a + 195 (4,106 19,5a)= 788,976945a + 800,67 3802,5a= 788,973142,5a= -11,7a= - 0,0037 Nilai a disubstitusikan ke persamaan (2)b= 4,106 - 19,5ab= 4,106- 19,5(- 0,0037)b= 4,106+ 0,07b= 4,176 Dari nilai a dan b yangdidapat, dimasukkan ke rumus :lnY = ln ( eax + b )ln Y = ax + bln Y = - 0,0037 ( x ) + 6,13

1.ln Y1= - 0,0037 (2) + 4,176 ln Y1= 4,18Y1= 65,552.ln Y2= - 0,00375 (4) + 4,176ln Y2= 4,16Y2= 64,123.ln Y3= - 0,0037 (6) + 4,176 ln Y3= 4,19Y3= 66,544.ln Y4= - 0,00375 (8) + 4,176ln Y4= 4,2Y4 = 66,675.ln Y5= - 0,0037 (10) + 4,176ln Y5= 4,21Y5= 67,346.ln Y6= - 0,0037 (15) + 4,176ln Y6= 4,23Y6= 68,77.ln Y7= - 0,0037 (20) + 4,176ln Y7= 4,25Y7= 70,09

8.ln Y8= - 0,0037 (30) + 4,176ln Y8= 4,28Y8= 72,239.ln Y9= - 0,0037 (40) + 4,176ln Y9= 4,32Y9= 6,8910. ln Y10= - 0,0037 (60) + 4,176ln Y10= 4,39Y10= 80,63 Jumlah kuadrat deviasinya:

= [ln Y1 (aX1+b)]2 + [ln Y2 (aX2+b)]2+ + [ln Yn (aXn+b)]2=[ (4,32-4,19)2 + (4,23-4,16)2 + (4,13-4,19)2 + (4,11-4,2)2 + (4,1-4,21)2 + (4,05-4,23)2 + (4-4,25)2 + (4,1-4,28)2 + (4,01-4,32)2 + (4,01-4,39)2]

= 0,39996

= 0,4

5.5.2 Data Antar Kelompok Suhu sama holding bedaTabel 5.4 Data Spesimen Jominy 850oC, 150NoYi (HRC)Xi (mm)

178,152

273,984

365,266

4618

558,4510

657,6115

761,820

857,0130

956,6940

1052,360

Tabel 5.5 Data Spesimen Jominy 850oC, 60NoYi (HRC)Xi (mm)

176,872

270,384

368,56

462,498

561,2710

660,4515

758,0120

854,8430

955,6640

1051,1660

Suhu beda holding samaTabel 5.7 Data Spesimen Jominy 950oC, 90NoYi (HRC)Xi (mm)

177,132

272,514

369,336

469,168

569,0510

667,115

766,9220

864,0330

963,2240

1054,6660

Tabel 5.8 Data Spesimen Jominy 800oC, 90NoYi (HRC)Xi (mm)

173,112

272,74

372,26

472,138

572,7210

672,4215

770,8820

869,9230

969,4540

1064,1460

Grafik 5.1 : Perbandingan Kekerasan Spesimen Tanpa Perlakuan dengan Spesimen Perlakuan Panas 850oC Holding90 Menit5.6 Pembahasana. Pembahasan Data Kelompok

Secara teori, pengujian jominy bertujuan untuk menunjukkan bahwa terdapat perbedaan nilai kekerasan spesimen pada tiap titiknya. Pada ujung spesimen yang lebih dekat dengan penyemprotan akan memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lebih jauh dari ujung penyemprotan. Hal ini disebabkan oleh pendinginan cepat (quenching) yang hanya dialami oleh ujung spesimen yang disemprot dan distribusinya semakin menurun jika jarak semakin jauh dari spesimen yang disemprot oleh airBerdasarkan grafik 5.1,terlihat Pada jarak yang lebih dekat dengan penyemprotan nilai kekerasannya lebih tinggi daripada jarak yang lebih jauh dari penyemprotan,. Hal ini sesuai dengan hipotesa dan teori yang telah dipelajari bahwa semakin jauh dari ujung penyemprotan maka nilai kekerasannya akan semakin menurun.Pada grafik 5.1, juga terlihat terdapat 2 titik pertama dari spesimen dengan perlakuan 850oC dan holding 90 menit memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dari spesimen tanpa perlakuan. Sedangkan titik lainnya memiliki nilai kekerasan yang lebih rendah dari spesimen tanpa perlakuan . dari data tersebut terjadi penyampingan yang mungkin di sebabkan akibat dari ukuran butir yang berbeda-beda, hal ini dapat terjadi akibat lama waktu pendinginan yang berbeda, karena semakin lama waktu pendinginan maka material yang terbentuk cenderung berupa pearlite.

Grafik 5.2 : Perbandingan Kekerasan Spesimen Tanpa Perlakuan dengan Spesimen Perlakuan Panas Temperatur Sama (850 oC) Holding Beda

b. Grafik 5.2 : Perbandingan Kekerasan Spesimen Tanpa Perlakuan dengan Spesimen Perlakuan Panas Temperatur sama, Holding bedaPembahasan Data Antar Kelompok1. Temperatur Sama ( 850oC ) dan Holding BedaPengujian jominy dengan memfokuskan pada temperatur sama (850oC) dengan variasi holding bertujuan untuk mengetahui pengaruh dari holding terhadap kemampukerasan. Secara teori, semakin lama holding maka semakin menurun kemampukerasannya. Berdasarkan teori tersebut, maka urutan kemampukerasan dari yang paling tinggi ke rendah seharusnya adalah pertama spesimen dengan perlakuan panas 850oC holding60 menit, kedua spesimen dengan perlakuan panas 850oC holding90 menit, ketiga spesimen dengan perlakuan panas 850oC holding 150 menit,Berdasarkan grafik 5.2, menunjukkan bahwa tingkat kemampukerasaan dari tertinggi ke rendah adalah specimen jominy 850oC; 150, kedua 850oC;60 , dan ketiga 850oC; 90 dan specimen tanpa perlakuan.Terjadi penyimpangan dimana specimen 850oC; 150 seharusnya memiliki tingkat kemampukerasan yang terendah. Penyimpangan disebabkan oleh factor homogenitas ukuran dan arah. Pada suhu 850oC; 90 diasumsikan bahwa arah orientasi homogen, arah orientasi dapat diketahui dengan pengujian mikroskop logam. Ukuran butiran heterogen hal itu dapat menyebabkan tingkat kekerasan rendah dan tingkat ke mampu di keraskan tinggi.

2. Temperatur Beda dan Holding Sama ( 90 Menit )

Grafik 5.2 : Perbandingan Kekerasan Spesimen Tanpa Perlakuan dengan Spesimen Perlakuan Panas Temperatur Beda, Holding Sama ( 90 )

Pengujian jominy denganholdingyang sama dengan variasi temperatur bertujuan untuk mengetahui pengaruh dari temperatur terhadap kemampukerasan. Secara teori, semakin tinggi temperatur maka semakin menurun kemampukerasannya. Dari teori tersebut, maka urutan kemampukerasan dari yang terendah hingga yang tertinggi adalah pertama spesimen dengan perlakuan panas 950oC holding 90 menit, kedua spesimen dengan perlakuan panas 850oC holding 90 menit, ketiga spesimen dengan perlakuan panas 800oC holding 90 menit, keempat tanpa perlakuan panas.Berdasarkan grafik 5.3, terlihat bahwa tingkat kemampukerasan tertinggi ke terendah adalah specimen 950oC holding 90, 850oC holding 90 , 800oC holding 90 .terjadi penyimpangan pada specimen 950oC holding 90, 850oC holding 90 , 800oC holding 90 diasumsikan bahwa arah orientasi homogeny maka terjadi penyimpangan. . Penyimpangan yang berikutnya bisa disebabkan semakin tingginya suhu benda maka dapat merusak struktur benda atau dapat menimbulkan cacat pada specimen sehingga terjadi penyimpangan.

5.7Kesimpulan dan Saran

5.7.1 KesimpulanBerdasarkan teori yang ada serta data dari hasil pengujian jominy, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu daerah yang lebih dekat dengan penyemprotan akan memiliki nilai kekerasan tertinggi dan semakin menjauh nilai kekerasannya akan semakin menurun, dikarenakan semakin cepat pendinginan maka kekarasan akan semakin meningkat.Temperatur pemanasan mempengaruhi nilai kekerasannya, semakin tinggi temperatur maka semakin menurun kemampukerasannya. Begitu juga terhadap holding, semakin lama holding maka semakin kecil kemampukerasannya. Tetapi, pada data pengujian terdapat penyimpangan. Hal ini disebabkan factor kurang ratanya permukaan spesimen.

5.7.2 Sarana. Adanya perbaikan beberapa alat pengujian guna menambah keakuratan data pengujian yang dilakukan.b. Asisten dan praktikan agar menentukan jadwal asistensi yang pasti.c. Praktikan agar lebih mempersiapkan dan memahami materi praktikum.d. Penambahan waktu buka laboratorium, agar tidak mengganggu jadwal kuliah praktikan dan asisten

LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015