Practice Report

LAPORAN PRAKTIKUM METALURGI IIGRAY CAST IRON, Al 2024, AISI 4140NON TREATMENT

BAB IPENDAHULUANI.1 Latar Belakang

Metallography adalah suatu metode untuk menyelidiki struktur logam dengan menggunakan mikroskop optis dan mikroskop elektron. Struktur/gambar logam yang terlihat melalui mikroskop disebut mikro struktur. Pengamatan metalografi dengan mikroskop umumnya dibagi menjadi dua yaitu :

Metalografi Makro

Yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran 10-100 kali

Metalografi Mikro

Yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran di atas 100 kali

Pada gambar ini terlihat daerah lingkup ukuran mikro struktur logam yang umumnya diamati dengan mikroskop.

Dari gambar 1 ternyata bahwa penyelidikan mikro struktur tersebut berkisar antara 10-6 cm (batas kemampuan elektron mikroskop hingga 10-2 cm batas batas kemampuan mata manusia). Meskipun daerah lingkup pengamatan metallograpy ini mencakup suatu daerah yang luas (10-6 - 10-2 cm) namun demikian obyek pengamatan yang biasanya digunakan yaitu 10-5 cm atau order pembesar 5.000 - 30.000 kali untuk mikroskop electron dan 10-3 cm atau order pembesaran 100 - 1000 kali untuk mikroskop optis.

I.2 Tujuan

Percobaan metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro suatu baja carbon A 106 Grade B dengan proses Annealing, Normalizing dan Hardening. BAB II

DASAR TEORI

II.1 Metallography

Pengamatan Metallography didasarkan pada perbedaan intensitas sinar pantul permukaan logam yang masuk kedalam mikroskop sehingga terjadi gambar yang berbeda (gelap, agak terang, terang). Apabila terhadap permukaan logam yang telah dihaluskan (polish) dicelupkan kedalam suatu media kimia (etsa), maka permukaan logam tersebut akan dilarutkan.

Mikro struktur yang berbeda akan dilarutkan dengan kecepatan yang berbeda sehingga meninggalkan bekas permukaan dengan orientasi sudut yang berbeda pula. Dengan demikian apabila seberkas sinar dikenakan pada permukaan logam yang telah di test maka sinar tersebut akan dipantulkan sesuai dengan orientasi sudut permukaan yang terkena.

Agar permukaan logam dapat diamati secara metallography maka terhadap permukaan tersebut. Terlebih dahulu dilakukan persiapan (Proporasi) berikut :

1. Pemotongan spesimen

2. Mounting spesimen (bila diperlukan)

3. Grinding dan polishing

4. Etsa.

Setelah permukaan spesimen dietsa maka spesimen tersebut siap untuk diamati dibawah mikroskop dan pengambilan foto metallography.II.2 Besi Tuang KelabuBesi tuang kelabu adalh besi tuang yang paling banyak diguanakan, berbeda dengan besi tuang melleabel grafit pada besi tuang kelabu terbentuk pada saat pembakuan . proses grafitisasi ini didorong oleh tingginya kadar karbon. Grafit merupakan bagian terlemah dalam besi tuang, kekuatan besi tuang sangat tergantung kekuatan dari matriksnya, matrik ini tergantung apada kondisi dari semenrtit pada autektoid, bila komposisi dan laju pendinginan diatur sedemikian rupa, sehingga sementit pada eutectoid juga akan menjadi grafit. Maka struktur dari matrik sepenuhnya ferrit. II.2.1 Penggaruh unsur lain terhadap besi tuang pada besi tuang biasanya terdapat unsur lain selain besi dan karbon. Adsanya unsur ini kan mempengaruhi sifat besi tuang. Antara lain:a. SilikonSilikon merupakan unsur yang sangat penting dalam pembuatan besi tuang, ia menaikkan fluidity dari cairan besi sehiongga mudah dituang ke dalm cetakan yang tipis dan rumit. Silikon adalh unsur yang mendorong pembentukan grafit pada besi tuang, selama pembakuan dengan adanya silikon karbon kan membeku sebagai grafit yang berbentuk flake. Bentuk ini hanya bisa dirubah mencairkan kembali. b. SulfurSulfur berlawanan dengan silikon, sulfur akan mendorong terbentuknya karbida, dalam jumlah yang cukup bsar sulfur akan menyebabkan besi tuang menjadi besi tuang putih yang sangat keras dan getas.c. ManganMangan mendorong pembentukan karbida, tapi tak sekuat sulfur. Bila jumlah mangan yang diguanakan untuk pembentukan MnS, maka mangan tersebut mengurangi pengaruh sulfur dalam pembentukan karbidad. PhosphorPhosphor menaikkan fluidity dan memperluas daerah pembakuan eutektik, juga untuk mendorong pembentukan grafit, bila kadar silikon cukup tinggi dab kadar phosphor rendah, phosphor diperlukan bila harus menuang benda tuang dengan dinding tipis.II.2.2 laku panas besi tuang kelabu besi tuang mengalami pemanasan biasanya jauh di bawah daerah temperature kritis, temperature transformasi perlit menjadi austenit, yaitu sekitar 510-5650C dengan pemanasan selama 1 jam pada temperature tersebut akan menghilangkan 75-85% dari tegangan yang diinginkan. Annealing pada temperature 710-800oC akan meningkatkan machinability. Pada temperature ini sementit yang akan berdekomposisi menjadi grafit dan ferrit. Besi tuang harus berada pada temperature ini dalam waktu yang cukup panjang sehingga dapat terjadfi grafitisasi yang sempurna. Normalising dilakukan untuk memperbaiki sifat mekanik atau untuk mengembalikan sifatnya semula, yang berubah akhibat proses laku panas sebelumnya. Normalizing dilakukan dengan memanaskan besi tuang di atas temperature tranformasi, ditahan kuarng lebih 1 jam/inc tebak benda, lalu didinginkan dengan udara diam.II.2.3 ukuran dan distribusi dari grafile flakes grafit berbentuk flake dengan ukuran yang besar akan memutuskan kontinyuitas matrik, akibatnya menurunkan kekuatan dan keuletan besi tuang kelabu.flake ndengan ukuran kecil tidak terl;alu berpengaruh buruk, karenanya biasanya banyak diinginkan. Ukuran flake dapat ditetapkan dengan cara membandingkan dengan suatu ukuran standar yang sudah ditetapkan bersama antara AFS dan ASTM yaitui dengan mengukur panjang grafit flake yang terpanjang dari besi tuang kelabu. Dengan menambah jumlah silikon maka jumlah eutectic yang terjadi juga akan bertambah dan memperkecil ukuran flake mengingat bahwa silikon adalh unsur yang mendorong grafitisasi. Cara terbaik untuk memperkecil ukuran grafit dan memperbaiki penyebaranya ialah dengan menambahkan jumlah bahan yang di kenal sebagai innoculen.II.2.3 sifat mekanik dan penggunaan besi tuang kelabu kekuatan tarik merupakan sifat yang penting dalam memilih besi tuang untuk bagian konstruksi yang akan menerioma beban tarik.kekerasan dari besi tuang kelabu merupakan harga rata-rata dari grafit yang lunak dan matriknya. Komposisi juga merupakan pengaruh terhadap kekerasan , kadar karbon, dan silikon yang makin tinggi akan menurunkan kekerasan, walaupun pengaruhnya tak sebesar pengaruh terhadap kekuatan tarik.karena besi tuang kelabu adalah jenis benda tuangan yang paling murah maka bila diperlukan benda tuangan kelabu merupakan pilihan pertama logam lain dapat dipilih bila sifat mekanik dan sifta fisik dari besi tuang kelabu tidak memenuhi syarat. II.3 Al 2024II.4 Normalizing

Normalizing adalah proses perlakuan panas diatas temperature kritis maksimum 850oC yang dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir kristal yang lebih halus, menaikkan sedikit kekuatan dan kekerasan. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan dengan cukup cepat. Dimana akan menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid , 50 Derajat Celcius diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50 Derajat Celcius diatas garis A1cm). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan pada udara. Pendinginan ini lebih cepat daripada pendinginan pada annealing. II.5 HardeningPengerasan atau hardening adalah perlakuan panas dengan pendinginan cepat (non-equilibrium), sehingga struktur mikro yang akan diperoleh juga adalah strukturmikro yang tidak equilibrium, yaitu martensit.

Kekerasan baja juga memang tergantung pada komposisi kimianya, terutama kadar karbonnya. Makin tinggi kadar karbon, makin keras.

Hardening dilakukan dengan memanaskan baja sampai mencapai temperatur austenit , dipertahankan beberapa saat pada temperatur tersebut, lalu didinginkan dengan cepat (quenching),sehingga akan diperoleh martensit yang keras. Kekerasan yang terjadi tidak selalu seperti yang diharapkan,bila suatu benda dikeraskan, maka yang terjadi akan tergantung pada seberapa banyak martensit yang terbentuk dan seberapa tinggi kekerasan martensitnya.Untuk baja hypoeutektoid,pemanasan yang hanya sampai temperatur A1 dan A3 memang sudah mengahasilkan austenit,tetapi masih ada ferrit yang bila didinginkan kembali,ferrit ini masih tetap berupa ferrit,yang lunak. Untuk membuat austenit menjadi homogen, maka perlu adanya waktu tahan. Untuk dapat memperoleh struktur yang sepenuhnya martensitik,maka laju pendinginan harus dapat mencapai laju pendinginan pendinginan kritis(CCR). Dengan laju pendinginan yang kurang dari CCR akan mengakibatkan adanya sebagian austenit yang tidak bertransformasi menjadi martensit tetapi menjadi struktur lain, sehingga kekerasan maksimum tentu tidak akan tercapai. BAB III

METODOLOGIIII.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan pada uji metalografi adalah spesimen besi tuang kelabu, Al 2024, AISI 4140. III.1.2 Peralatan

Peralatan yang digunakan pada praktikum metalografi ini ,yaitu:

1. Kertas gosok masing-masing grid 120, 140, 180, 220, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000.1. Etching reagen antara lain Nital (campuran antara Alkohol 90% dengan HNO3 10 % ) dan glycerigia, larutan keller.2. Mikroskop optis dengan kamera pengambil foto metalografi sampai perbesaran 500 kali3. Mesin polish dan autosol4. Resin untuk proses mountingIII.2 Prosedur Kerja Besi Tuang KelabuAdapun prosedur yang dilakukan pada perlakuan annealing ini ,yaitu:1. Melakukan pemotongan spesimen2. Memasukan spesimen ke dalam furnace pada temperatur 850C, ,diholding selama 1 jam dan didiamkan dalam furnace selama 1 hari penuh.3. Spesimen dimounting dengan resin agar mudah dalam proses pemegangannya4. Grinding dan Polishing spesimen. Dilakukan dengan grid 120, 140, 180, 220, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000.5. Mengetsa spesimen menggunakan etsa Nital (campuran antara Alkohol 90% dengan HNO3 10 % ).6. Melakukan pengamatan metallography dan pengambilan foto menggunakan mikroskop optis dengan berbagai perbesaran.III.3 Prosedur Kerja Al 2024Adapun prosedur yang dilakukan dalam perlakuan normalizing ini,yaitu:1. Melakukan pemotongan spesimen

2. Kemudian Spesimen dimounting dengan resin agar mudah dalam proses pemegangannya3. Melakukan pengamplasan spesimen dilakukan dengan grid 120, 140, 180, 220, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 20004. Mengetsa spesimen menggunakan etsa Keller (campuran antara 2 ml Hf 3 ml HCL, 5 ml HNO3,. 190 ml H2O (aquadess))

5. Melakukan pengamatan metallography dan pengambilan foto menggunakan mikroskop optis dengan berbagai perbesaran.III.4 Prosedur Kerja A4140

Memasukan spesimen ke dalam furnace pada temperatur 850C, diholding selama 1 jam dan didiamkan di udara luar selama 1 hari penuh.

1. Spesimen dimounting dengan resin agar mudah dalam proses pemegangannya.2. Grinding dan Polishing spesimen. Dilakukan dengan grid 120, 140, 180, 220, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000.3. Mengetsa spesimen menggunakan etsa nital (campuran antara 2 ml Hf 3 ml HCL, 5 ml HNO3,. 190 ml H2O (aquadess)) dan gliserigia (5 HCl, 10 acetic acid, and 10 HNO3 reagent)5. Melakukan pengamatan metallography dan pengambilan foto menggunakan mikroskop optis dengan berbagai perbesaran.III.4 Hasil PengujianIII.4.1 Hasil Pengujian A 106 B Annealing

Annealing adalah proses perlakuan panas yang dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir Kristal yang besar dan kasar. Dari proses tersebut ,didapatkan foto spesimen seperti gambar di bawah ini:

Gambar III.1 Perbesaran 500x

Gambar III.2 Perbesaran 1000xIII.4.2 Hasil Pengujian A 106 B Normalizing

Dimana Normalizing adalah suatu proses perlakuan panas yang dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir kristal yang lebih halus. Dan dari proses ini didapatkan foto spesimen seperti di bawah ini:

Gambar. III.3 Perbesaran 500x

Gambar.III.4 Perbesaran 1000x

III.4.2 Hasil Pengujian A 106 B Hardening

Merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir. Dan dari proses ini didapatkan foto spesimen seperti di bawah ini:

Gambar III.5 Perbesaran 500x

Gambar III.6 Perbesaran 1000x

BAB IV PEMBAHASAN

Praktikum metallography ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro pada baja carbon A 106 B dengan proses Annealing, Normalizing, dan Hardening. Untuk mengetahui struktur mikro pastinya harus dilakukan preparasi spesimen dengan cara :

Pemotongan Spesimen

Pemotongan spesimen dilakukan sedemikian rupa sehingga permukaanya harus rata dan harus untuk memudahkan proses grinding dan polishingnya. Bila setelah dipotong, spesimen belum rata, dapat dikikir atau digerinda duduk untuk menghaluskan spesimen tersebut. Perlu diingat bahwa proses pemotongan ini harus dengan pendingin misalnya (disiram dengan air). Untuk menghidari rusaknya struktur kristal dari spesimen akibat overheating (panas yang timbul selama pemotongan), juga harus dihindari kerusakan spesimen karena sebab - sebab mekanis atau sebab-sebab lainnya. Proses Perlakuan PanasDalam praktikum ini ada dua proses perlakuan panas yaitu Normalizing dan Annealing. Normalizing adalah proses perlakuan panas diatas temperature kritis maksimum 850oC yang dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir kristal yang lebih halus, menaikkan sedikit kekuatan dan kekerasan. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan dengan cukup cepat. Dimana akan menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Sedangkan Annealing adalah merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Mounting spesimen

Mounting yang dipilih pada spesimen ini adalah dengan menggunakan resin. Tujuan dimounting adalah untuk memudahkan pemegangan spesimen dalam proses grinding dan polishing juga menghinarkan dari panas pada tangan akibat spesimen yang panas karena gesekan. Spesimen yang telah dipotong sesuai ukuran, dimasukkan ke cetakan resin. Resin diracik dengan menuangkan beberapa resin secukupnya pada wadah yang lain. Kemudian ditambahkan sentengah tutup botol katalis dan langsung diaduk. Diaduk sampai rata, tetapi jangan terlalu lama karena resin akan mulai mengeras setelah itu. Setelah rata, langsung dituang kedalam cetakan yang sudah ada spesimennya. Ditunggu sampai resin mengeras. Setelah mengeras, spesimen yang sudah diresin dapat dikeluarkan dari cetakan. Grinding dan Polishing

Setelah spesimen diresin, spesimen mudah untuk dipegang dan tidak akan panas saat digrinding dan polishing. Grinding dilakukan dengan mesin gerinda duduk untuk meratakan permukaan yang akan dilihat struktur mikronya. Setelah rata selanjutnya dilakukan polishing. Polishing spesimen dilakukan secara bertahap dengan menggunakan mesin polish. Dilakukan dari kertas gosok dengan grid kecil ke grid yang besar yakni dari 120-2000. Spesimen dipolishing sedemikian rupa sehingga tidak terdapat bekas penggosokan yang terlalu dalam dan bekas gosokannya yang berupa garis-garis yang sejajar harus merata pada seluruh permukaan. Dan bila sampai pada grid yang tinggi, hasilnya spesimen dapat mengkilap seperti kaca dan bisa dibuat ngaca.

Spesimen digosok pada hand grinder, kalau permukaannya masih kasar digosok lebih dahulu dengan kertas gosok dengan grid 120 dan 180 pada grinder dengan grid 240, 320, 400 dan 600 yang juga sambil dialiri air.

Spesimen ditelungkupkan dan digosokkan pada kertas gosok yang dialiri air. Gerakan penggosokan pada grid 120 dan 180 secara memutar-mutar spesimen, Sedang pada grid 240 s/d 600 gerakan penggosokkannya menjauh dan mendekat (maju-mundur) terhadap operator (penggosok)

Setelah terjadi garis-garis goresan yang sejajar dan merata spesimen dicuci dengan air, sebelum digosokkan pada kertas gosok dengan kehalusan yang tinggi.

Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan, hasil gosokan dari masing masing kehalusan yang berbeda, garis garis goresannya harus saling tegak lurus, artinya goresan dari grid 240 goresan dengan grid 320 sedangkan goresan dari grid 320 dengan goresan grid 400 dan seterusnya.

Setelah melalui Grinding process sampai kehalusan 2000 grid, permukaan spesimen dicuci dengan air dan alkohol kemudian dikeringkan dengan soft tissue.

Setelah polishing selesai kalau bekas goresan telah hilang dan permukaan spesimen telah halus dan mengkilap seperti cermin.

Mengetsa (Etching)

Mengetsa hanya dilakukan kalau kita ingin mengamati struktur kristal logam baik secara makro struktur atau mikro struktur. Kalau hanya ingin mengetahui cacat logam (defect) dapat dilakukan tanpa etching.

Proses etsa digunakan untuk mendapatkan gambaran yang nyata dari struktur logam melalui mikroskop metallurgi. Dilakukan dengan cara mencelup permukaan spesimen kedalam larutan kimia tertentu (etching reagent) dalam waktu yang singkat (dari beberapa detik sampai beberapa puluh detik). Cairan etching berbeda beda pada setiap logam. Pada struktur ferrite dan pearlite digunakan natal dengan campuran antara Alkohol 90% dengan HNO3 10 % ) sedangkan untuk melihat sruktur martensit digunakan sodium metabisulfite yaitu campuran 8 gram Na2S2O5 dan 100 ml H2O. Setelah di campur etching reagentnya, spesimen dicelup 3 detik dan langsung diangkat dan dibasuh dengan air biasa dan dikeringkan dengan hair dryer. Dikeringkan dengan hair dryer agar tidak terjadi goresan bila dikeringkan dengan pengelapan. Perlu diperhatika waktu pencelupan, bila terlalu lama maka spesimen akan gosong karena korosinya terlalu dalam. Mengetching artinya kita mengkorosikan spesimen kita. Korosi yang kita perlukan hanya sampai batas butir. Oleh karena itu tidak boleh terlalu lama proses pencelupannya. Dietching dapat mengkorosikan tepat sampai batas butir karena batas butir merupakan tempat yang mempunyai tegangan yang paling tinggi sehingga energinya paling tinggi oleh karena itu akan terkorosi tertlebih dahulu.Untuk masing masing logam diperlukan etching reagent dan lamanya waktu pencelupan yang berbeda-beda. Sebagai contoh berikut ini adalah beberapa etching reagent untuk baja, besi tuang, Al alloy dan Cu alloy.

Pengamatan Metallography dan Pengambilan Foto

Berikut ini gambar spesimen dengan proses Annealing:

Gambar IV.1 Perbesarn 500x Annealing

Perlakuan panas ini untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan dengan dapur, memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility. Pada proses full annealing ini biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid Dari foto struktur mikro yang diatas dapat diketahui bahwa struktur mikronya adalah ferrite dan pearlite. Setelah proses anil mencapai 850oC, perubahan akan semakin tampak dimana butir-butir ferrite akan semakin bulat dan semakin besar dan fasa pearlite juga berubah menjadi relative bulat.

Kemudian berikut ini adalah gambar spesimen dengan proses Normalizing:

Gambar IV.2 Perbesaran 500x Normalizing

Perlakuan panas ini dilakukan pada logam atau paduan untuk mendapatkan ukuran butir kristal yang lebih halus, menaikkan sedikit kekuatan dan kekerasan. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan dengan cukup cepat. Dimana akan menghasilkan perlite halus, pendinginannya dengan menggunakan media udara, lebih keras dan kuat dari hasil anneal. Secara teknis prosesnya hampir sama dengan annealing, yakni biasanya dilakukan dengan memanaskan logam sampai keatas temperature kritis (untuk baja hypoeutectoid Dari foto struktur mikro yang diatas dapat diketahui bahwa struktur mikronya adalah ferrite dan pearlite. Dimana pada kesempatan ini, pembentukan ferrite proeutectoid akan lebih kecil.Berikutnya adalah gambar spesimen dengan proses Hardening:

Gambar IV.3 Perbesaran 500x HardeningPerlakuan panas ini dilakukan untuk mendapatkan struktur martensit dengan pendinginan cepat menggunakan media pendingin. Namun,pada praktikum menghasilkan strutur ferrite dan pearlite, tidak terbentuk martensit. Hal ini terjadi karena komposisi spesimen yang digunakan memiliki kadar karbon sekitar 0,3% sehingga pada diagram CCT spesimen tersebut, fasa yang terbentuk adalah ferrite dan pearlite dan belum mencapai martensit karena garis hidung bergeser ke kiri sehingga sulit kemungkinan terbentuk martensit. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi yaitu dari medium pendinginnya yang meliputi temperatur media pendingin, kemampuan difusi media,agitasi, dan lain sebagainya.Daftar PustakaAndra.2012.Proses anil

Suherman, Wahid. 2003. Ilmu Logam 1. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Syarif, Rikky, A,dkk.2004.Rangkuman Normalizing.Jakarta:Universitas Indonesia

.Tugas akhir.Surabaya:Institut Teknologi Sepuluh Nopember2013

La Ode Nizam Asrim

Wira Atmojo Saselah

MATERIALS AND METALLURGICAL ENGINEERING- FTI- ITS

15 juni 2013

METALURGI IIPage 11