pengaruh struktur mikro terhadap sifat mekanis baja stainless steel m303 extra untuk bahan mata...

8/12/2019 PENGARUH STRUKTUR MIKRO TERHADAP SIFAT MEKANIS BAJA STAINLESS STEEL M303 EXTRA UNTUK BAHAN MATA

1/106

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ................................................................................................. i

KATA PENGANTAR ............................................................................... iii

DAFTAR ISI .............................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ vii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... ix

DAFTAR NOTASI .................................................................................... xBAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................... 11.2 Perumusan Masalah ............................................................... 31.3 Tujuan Penelitian ................................................................... 41.4 Manfaat Penelitian ................................................................. 41.5 Batasan Masalah .................................................................... 51.6 Sistematika Penulisan ............................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 7

2.1 Pisau Egrek ............................................................................ 72.2 Baja ........................................................................................ 11

2.2.1 Klasifikasi Baja ............................................................. 122.2.2 Sifat-Sifat Baja .............................................................. 182.2.3 Diagram Fasa Fe-C ....................................................... 212.2.4 Diagram TTT ................................................................ 25

2.3 Perlakuan Panas ( Heat Treatment ) ........................................ 272.3.1 Annealing ...................................................................... 272.3.2 Normalizing .................................................................. 282.3.3 Quenching ..................................................................... 282.3.4 Tempering ..................................................................... 31

2.4 Media Pendingin .................................................................... 322.5 Pengujian Kekerasan .............................................................. 352.6 Pengujian Tarik ...................................................................... 362.7 Pengujian Fatique...................................................................... 402.8 Analisis Struktur Butir ........................................................... 45

2.8.1 Pertumbuhan Struktur Butir .......................................... 452.8.2 Perhitungan Diameter Butir .......................................... 47


2/106

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 49

3.1 Waktu dan Tempat............................................................... 493.2 Alat dan Bahan .................................................................... 49

3.2.1 Peralatan .................................................................... 493.2.2 Bahan .......................................................................... 503.3 Spesifikasi Spesimen ........................................................... 50

3.3.1 Spesifikasi Spesimen Kekerasan ................................ 503.3.2 Spesifikasi Spesimen Uji Tarik .................................. 513.3.3 Spesifikasi Spesimen Uji Fatique ............................... 523.3.4 Spesifikasi Spesimen Uji Metallografi ....................... 52

3.4 Proses Heat Treatment ......................................................... 533.5 Pengujian ............................................................................. 56

3.5.1 Pengujian Kekerasan .................................................. 573.5.2 Pengujian Tarik .......................................................... 58

3.5.3 Pengujian Fatique ....................................................... 603.5.4 Pengujian Metallografi ............................................... 63

3.6 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 673.7 Diagram Alir Pengujian ...................................................... 68

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 69

4.1 Hasil ..................................................................................... 694.1.1 Hasil Uji Kekerasan .................................................... 704.1.2 Hasil Uji Tarik ............................................................ 734.1.3 Hasil Fatique ............................................................... 764.1.4 Hasil Pengamatan Metalografi ................................... 78

4.2 Pembahasan ......................................................................... 824.2.1 Hubungan Antara Kekuatan Tarik dengan

Kekerasan ................................................................... 824.2.2 Hubungan Antara Kekerasan dengan Diameter Butir 834.2.3 Hubungan Antara Kekuatan Tarik dengan Diameter

Butir .......................................................................... 84

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................. 86

5.1 Kesimpulan ........................................................................... 865.2 Saran ..................................................................................... 88

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


3/106

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Pisau Egrek ................................................................................. 7

Gambar 2.2 Mesin Tempa (Hammer) ............................................................. 8

Gambar 2.3 Mesin Gerinda Kasar .................................................................. 10

Gambar 2.4 Diagram Fasa Besi Karbon (fe-C) ............................................... 23

Gambar 2.5 Diagram TTT Untuk Baja Hypoeutectoid .................................. 26

Gambar 2.6 Struktur Kristal Martensite BCT ................................................. 30

Gambar 2.7 Kurva Tegangan Regangan Baja ................................................ 37

Gambar 2.8 Bentuk Penampang Patahan ........................................................ 39

Gambar 2.9 Bentuk Siklus Tegangan Lelah ................................................... 41

Gambar 2.10 Kurva S N Untuk Logam Ferro dan Non Ferro ...................... 42

Gambar 2.11 Bentuk Tegangan Pada Pengujian Fatique Rotary Bending ....... 44

Gambar 2.12 Perhitungan Butiran Menggunakan Metode Planimetri ............. 47

Gambar 3.1 (a) Spesimen Kekerasan, (b) Dimensi Spesimen(mm) ............. 51

Gambar 3.2 Spesimen Uji Tarik ..................................................................... 51

Gambar 3.3 (a) Spesimen Uji Fatique, (b) Dimensi Spesimen(mm) .............. 52

Gambar 3.4 (a) Spesimen Metallografi, (b) Dimensi Spesimen (mm) ........... 52

Gambar 3.5 Skema Proses Heat Treatment dan Quenching Oli SAE 40 ....... 53

Gambar 3.6 Skema Proses Heat Treatment dan Quenching Air Es ............... 53

Gambar 3.7 Pemanasan Spesimen di dalam Furnace ..................................... 54

Gambar 3.8 Thermocouple Digital Tipe K ..................................................... 56

Gambar 3.9 Alat Uji Brinell ........................................................................... 57

Gambar 3.10 Alat Uji Tarik Torsee Type INSTRON ....................................... 59

Gambar 3.11 (a) Mesin Uji Fatique TECO 3-Phase Induction, (b) Beban ...... 62

Gambar 3.12 Mikroskop optic .......................................................................... 65

Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 67

Gambar 3.14 Diagram Alir Pengujian .............................................................. 68


4/106

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kekerasan dan Jenis Perlakuan .......... 72

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Kekuatan Tarik dan Jenis

Perlakuan Tempering .................................................................. 75

Gambar 4.3 Grafik Kurva S N Raw Material .............................................. 77

Gambar 4.4 Grafik Kurva S N Hardening (1000 C) ....................................... 77

Gambar 4.5 Grafik Kurva S N Tempering (350 C Air Es) ............................. 78

Gambar 4.6 Foto Mikro Raw Material Perbesaran 500X ............................... 79

Gambar 4.7 Foto Mikro Pembesaran 500X .................................................... 80

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Diameter Butir Dengan Jenis

Perlakuan Heat Treatment ........................................................ 82

Gambar 4.9 Grafik Hubungan antara Kekuatan Tarik Dengan Kekerasan .... 83

Gambar 4.10 Grafik Hubungan antara Kekerasan Dengan Diameter Butir ..... 84

Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara Kekuatan Tarik Dengan

Diameter Butir ........................................................................... 85


5/106

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Syarat Mutu Egrek SNI 11

Tabel 2.2 Hubungan Antara Perbesaran Yang Digunakan Dengan Pengali

Jeffries ............................................................................................. 48

Tabel 4.1 Sifat Mekanis Raw Material ............................................................ 69

Tabel 4.2 Hasil Uji Komposisi Kimia Baja Stainless Steel M303 Extra ......... 69

Tabel 4.3 Pengujian Kekerasan Bedasarkan Skala Brinell (BHN) .................. 71

Tabel 4.4 Tabel Data Hasil Uji Tarik .............................................................. 74

Tabel 4.5 Tabel Data Hasil Uji Fatique ........................................................... 76

Tabel 4.6 Tabel Hasil Pengukuran Diameter Butir ......................................... 81


6/106

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan Satuan

A Luas penampang mm 2

d Diameter butir m

D Diameter mm 2

Regangan %

f Pengali Jeffries butiran/mm 2

F Gaya tarik N

L Panjang Mm Tegangan MPa

N Jumlah Butir -

Perubahan -

Konstanta 3,14 -


7/106

ABSTRAK

Perlakuan panas ( heat treatment ) didefenisikan sebagai kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan yang terkontrol dalam keadaan padat untuk

mendapatkan sifat-sifat tertentu pada baja/logam atau paduan. Salah satu metode perlakuan panas tersebut adalah dengan proses quenching dan tempering . Prosesini dilakukan pada temperatur austenite (1000C) selama 60 menit kemudiandidinginkan dengan oli dan air es, kemudian di- temper pada temperatur 300C,350C, 400C, 450C, 500C, 550C, 600C dengan lama waktu penahanan 1

jam. Hasil pengujian memperlihatkan bahwa nilai kekerasan optimum adalah506,6 BHN setelah quenching dengan oli pada suhu 1000 0C dan pada prosestempering rata rata kekerasanya secara bertahap menurun dengan bertambahnyatemperatur tempering . Sedangkan nilai kekerasan setelah quenching dengan air es

pada suhu 1000C adalah 499,2 BHN dan pada proses tempering kekerasan yangdidapat rata rata secara bertahap menurun dengan bertambahnya temperatur

tempering , namun pada temperatur tempering 450C kekerasannya naik yangdidapat 426,6 BHN. Hal ini disebabkan laju difusi lambat hanya sebagian kecilkarbon yang dibebaskan, hasilnya sebagian struktur tetap keras tetapi mulaikehilangan kerapuhanya . Hasil pengujian tarik memperlihatkan nilai yangoptimum diperoleh tegangan luluh ( yield strength) 1155,671 MPa dan tegangan

batas ( ultimate strength ) 1335,313 MPa. Hasil pengujian Fatique diperolehkekuatan lelah maksimum pada siklus 313833600 N selama 307680 detik dengan

beban 7 kg pada raw material. Menurunnya besar butir dari raw mater ial 3,83 mmenjadi 2,86 m dan 2,47 m setelah quenching dengan oli dan air es, dan setelahtempering rata rata kenaikan besar butir secara bertahap dengan bertambahnyatemperatur tempering . Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa pada prosestempering dapat menurunkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik. Sementara hasilmikro struktur memperlihatkan bahwa diameter butiran bahan menunjukkanmenurunnya diameter butiran selama proses hardening dengan quenching oli.Dimana semakin kecil diameter butiran maka sifat mekanis bahan meningkat.

Kata Kunci : Heat Treatment, Baja Stainless Steel M303 Extra, Sifat Mekanis,Struktur Mikro


8/106

ABSTRACT

Heat treatment is defined as a combination of heating and cooling operations arecontrolled in the solid state to obtain certain properties in the steel / metals or

alloys. One of these is a method of heat treatment with quenching and tempering process. This process is carried out at a temperature of austenite (1000C) for 60minutes and then cooled with ice water and oil, then in-tempering at 300C,350C, 400C, 450C, 500C, 550C, 600C with a holding time 1 hour long. Thetest results showed that the optimum value is 506.6 BHN hardness afterquenching in oil at a temperature of 1000C and the tempering process averagehardness gradually decreases with increasing tempering temperature. While thevalue of hardness after quenching with ice water at a temperature of 1000C is499.2 BHN and the process of tempering hardness obtained average graduallydecreased with increasing tempering temperature, but at temperatures of 450Ctempering hardness obtained up 426.6 BHN. This is due to slow diffusion rateonly a small fraction of carbon that was released, the result is still hard but most ofthe structure began to lose brittleness. Tensile test results showed that theoptimum value obtained yield stress (yield strength) 1155.671 MPa and limitstrength (ultimate strength) 1335.313 MPa. Fatigue test results obtained maximumfatigue strength at 313833600 N cycles for 307680 Second with 7 kg load the rawmaterial. Decreasing grain size of the raw material 3.83 m to 2.86 m and 2.47m after quenching with oil and ice water, and after tempering average - averagegrain size increase gradually with increasing tempering temperature. From theresearch it can be concluded that the tempering process can reduce the value ofhardness and tensile strength. While the results showed that the diameter of themicro-structure of granular materials exhibit decreasing grain diameter during the

process of heat treatment with quenching oil. Where the greater diameter of thegranules decreased mechanical properties of materials.

Keywords: Heat Treatment, Steel Stainless Steel Extra M303, MechanicalProperties, Microstructure


9/106

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Baja adalah salah satu logam ferro yang banyak digunakan dalam dunia

teknik, misalnya digunakan untuk membuat alat-alat perkakas, alat-alat pertanian,

komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga, dan semua struktur

logam akan terkena pengaruh gaya luar berupa tekanan dan tegangan gesek.

Usaha menjaga agar baja lebih tahan tekanan atau gesekkan adalah dengan cara

perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting dalam upaya

meningkatkan kekerasan baja sesuai kebutuhan [1].

Selama ini baja yang sering digunakan oleh pandai besi untuk pembuatan

mata pisau pemanen sawit berupa baja karbon sedang yaitu pegas belakang mobil

(pegas daun), Seperti yang telah diketahui bahwa cukup banyak kekurangan dari

mata pisau pemanen sawit yang dibuat dipasaran, terutama pada kekerasannya

yang tidak merata akibat proses penempaan konvesional, juga sifat

ketangguhannya yang masih rendah yang menyebabkan mudah mengalami korosi,

sering patah atau lecetnya mata pisau sehingga umur pakai mata pisau lebih

singkat [2].

Alasan yang mendasari peneliti mengambil baja bohler stainless steel M303

Extra karena baja tersebut banyak dipergunakan dalam bidang teknik atau industri

salah satunya untuk pembuatan cetakan (PVC), extrusion Tool yang akan

diaplikasikan pada mata pisau egrek/dodos. Baja ini memiliki daya ketanguhan

yang sangat baik terhadap panas dan gesekan, keras, ulet, tahan aus, dan tahan


10/106

terhadap korosi,dapat ditempa ,mudah dipolish, sehingga cocok untuk komponen

yang membutuhkan kekerasan, keuletan, maupun ketahanan terhadap gesekan

serta umur pakai yang panjang [3].

Salah satu upaya mendapatkan sifat mekanis baja yang baik maka

dikembangkan baja dengan penambahan unsur paduan seperti carbon, silicon,

mangan, chromium, nickel, molebdenum, vanadium dan sebagainya [4].

Perlakuan panas adalah kombinasi dari waktunya pemanasan dan

pendinginan diterapkan pada logam tertentu atau paduan dalam keadaan padat

dengan cara seperti untuk menghasilkan mikro tertentu dan sifat mekanik yang

diinginkan (kekerasan, ketangguhan, kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan

persentase elongasi) [5].

Pengerasan ( hardening ), yaitu proses pemanasan baja sampai suhu di daerah

atau diatas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat dinamakan

quench . Metode quenching adalah berupa pencelupan baja yang telah dipanaskan

mencapai fasa austenit ke dalam bak berisi media pendingin sehingga panas pada

baja terabsorbsi ke media pendingin yang akan menghasilkan peningkatan derajat

kekerasan sebagai akibat perubahan struktur mikronya [6].

Akibat proses hardening pada baja, maka timbulnya tegangan dalam ( internal

stresses ), dan rapuh ( britles ), sehingga baja tersebut belum cocok untuk segera

digunakan. Oleh karena itu pada baja tersebut perlu dilakukan proses lanjut yaitu

temper . Dengan proses temper kegetasan dan kekerasan dapat diturunkan sampai

memenuhi syarat penggunaan, kekuatan tarik turun sedangkan keuletan dan

ketangguhan meningkat. Namun yang menjadi permasalahan sejauh mana sifat


11/106

sifat yang memenuhi syarat yang diinginkan ini dapat dicapai melalui proses

temper [7].

Proses tempering didefenisikan sebagai proses pemanasan baja setelah

dikeraskan pada temperatur tempering (dibawah suhu kritis) sehingga diperoleh

keuletan (ductility) tertentu, yang dilanjutkan dengan proses pendinginan.

Prosesnya adalah memanaskan kembali berkisar antara suhu 150 - 650 oC dan

didingikan secara perlahan-lahan tergantung sifat akhir baja tersebut [8].

Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, oleh karena itu penulis perlu

melakukan penelitian lanjut dengan proses perlakuan panas. Proses heat treatment

dilakukan dengan proses hardening dengan quenching kemudian dilanjutkan

dengan proses tempering . Perbaikan sifat mekanis dapat dikendalikan dengan

proses tempering sehingga akan menghasilkan pembuatan mata pisau yang lebih

baik lagi untuk pisau pemanen kelapa sawit yang dikenal dengan pisau

egrek/dodos.

1.2. Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan Akan menjadi pokok perumusan masalah adalah:

1. Bagaimana pengaruh tempering terhadap sifat mekanis bahan seperti

kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja stainless steel

M303 Extra sebelum dan setelah di uji heat treatment .

2. Bagaimana pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis bahan baja stainless

steel M303 Extra .


12/106

3. Bagaimana memilih bahan yang tepat pada mata pisau sawit

4. Apakah baja stainless steel M303 Extra yang telah diproses dengan heat

treatment memiliki sifat mekanis lebih baik dari bahan awal tanpa perlakuan

apapun.

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ini mempunyai tujuan yang akan dicapai, yaitu:

1. Melihat dan mengamati pengaruh tempering terhadap sifat mekanis bahan

seperti kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja stainless

steel M303 Extra sebelum dan setelah di uji heat treatment .

2. Mengetahui pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis bahan baja

stainless steel M303 Extra .

3. Mengetahui memilih bahan yang tepat pada mata pisau sawit

4. Melihat apakah baja stainless steel M303 Extra yang telah diproses dengan

heat treatment memiliki sifat mekanis lebih baik dari bahan awal tanpa

perlakuan apapun.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman

tentang material dan ilmu logam fisik khususnya proses heat treatment .

2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan

untuk penelitian tentang mikrosturktur logam.


13/106

3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam pembuatan

bahan pisau egrek atau dodos sawit yang dapat diproduksi dalam skala besar.

Hal ini dapat ditingkatkan dengan heat treatment atau termomekanikal

sehingga dapat mengurangi biaya produksi sekaligus meningkatkan kualitas

produk khususnya sifat mekanisnya

1.5. Batasan Masalah

Adapun pembatasan masalah pada skripsi ini yaitu:

1. Material yang digunakan adalah baja stainlees steel M303 Extra termasuk

baja paduan ( high alloy steel ) dengan komposisi Fe (70,525), C(0,480),

Si(0,225), Mn(0,638), P(0,025), S(0,020), Cr(24,749), Mo(0,154), Ni(3), Cu

(0,040), Ti(0,055), V(0,89).

2. Pemanasan awal dilakukan pada suhu 1000 oC dan diikuti dengan proses

waktu tahan selama 1 jam lalu di quenching dengan media pendingin oli SAE

40 dan air es dipanasi kembali pada temperature 300 oC, 350 oC, 400 oC,

450 oC, 500 oC, 550 o C, 600 oC dengan waktu tahan 1 jam (proses tempering ),

dan didinginkan hingga mencapai temperatur kamar.

3. Pengujian sifat mekanis setelah dilakukan proses heat treatment meliputi uji

kekerasan, uji tarik, uji fatique Pengamatan struktur mikro setelah dilakukan

proses heat treatment .

1.6.Sistematika Penulisan

Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:


14/106

BAB I PENDAHULUAN

Pendahuluan yang berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika

penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan pustaka yang berisi tentang baja dan aplikasinya, pengaruh unsur

paduan, dan teori dasar pengujian sifat mekanik (uji kekerasan, uji tarik, uji

fatique dan struktur mikro), dan materi yang berhubungan dengan judul tugas

akhir.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian yang dilakukan mencakup diagram alir penelitian

berdasarkan data-data yang diperoleh, pemilihan bahan, persiapan bahan,

proses pengerjaan dan proses pengujian.

BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL PENELITIAN

Pembahasan meliputi hasil uji kekerasan, uji tarik, dan uji fatique

pengamatan struktur mikro setelah pengujian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan dan saran berisikan tentang hasil pengujian tersebut pada bab

sebelumnya akan diperoleh kesimpulan tentang sifat mekanik dan strukturmikro pada baja yang diuji.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan daftar buku-buku yang menjadi referensi dalam penelitian.

LAMPIRAN

Berisikan data-data hasil pengujian.


15/106

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pisau Egrek

Bahan baku alat pemanen sawit dalam hal ini pisau egrek seperti pada

gambar 2.1 biasanya menggunakan baja karbon sedang dari pegas daun mobil

yang dalam bentuk potongan platstrip sesuai dengan ukuran pisau egrek dan tipe

yang ada. Proses produksi egrek ini dilakukan dengan pembakaran arang kayu

atau dipanaskan didalam furnace guna untuk mempermudah proses tempa

(hammer ). Proses pembakaran arang kayu atau furnace dapat dilakukan sesuai

dengan bahan yang akan di tempa.

Sumber : http://alatperkebunan.blogspot.com/ Gambar 2.1 Pisau Egrek/Pisau Pemanen Sawit

Dalam proses produksi egrek, beberapa tahapan yang harus dilalui antara lain:

1. Proses tempa ( hammer )

Baja karbon sedang yang sudah dalam bentuk potongan platstrip

dibakar dalam tungku pembakaran dengan waktu kurang lebih 45 menit

tujuannya agar baja karbon sedang tersebut mudah untuk dibengkokkan
http://alatperkebunan.blogspot.com/http://alatperkebunan.blogspot.com/http://alatperkebunan.blogspot.com/http://alatperkebunan.blogspot.com/


16/106

karena pada awal tahap ini dilakukan proses tarik ekor yaitu pada ujung

potongan baja karbon sedang. Proses tarik ekor ini dilakukan dengan

menggunakan mesin tempa manual. Setelah proses tarik ekor, potongan

baja karbon sedang dipanaskan kembali. Akibat pemanasan ini, ukuran

baja karbon sedang semakin memanjang karena mengalami proses

pemuaian. Selanjutnya dilakukan proses buka bagian depan dengan

menggunakan mesin tempa. Agar ukuran/dimensi platstrip tersebut rata,

maka dibawa ke tempat pemotongan dan dipotong dengan

menggunakan mesin potong. Kemudian dipanaskan kembali di tungku

pembakaran agar baja karbon sedang tersebut dapat dibengkokkan

dengan menggunakan mesin rolling sesuai dengan bentuk egrek yang

sudah standard dan dipukul rata dengan menggunakan mesin tempa.

Seperti ditunjukan pada gambar 2.2.

Sumber : Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan Gambar 2.2 Mesin tempa ( hammer )


17/106

2. Proses Polishing

Hasil akhir dari proses tempa ( hammer ) sudah dalam bentuk egrek

tetapi masihmemerlukan pemolesan kembali agar sesuai dengan ukuran

standard perusahaan. Tahap pertama proses ini adalah penggambaran

pola. Dalam penggambaran polaini, digunakan egrek yang sudah

terstandar sebagai acuan. Dengan menggambarpola ini, maka operator

dapat dengan mudah memformat dengan menggunakanmesin format

dan mempertajam bagian tepinya. Setelah selesai diformat, egrek

dibawa ke proses flating. Proses flating ini merupakan proses

pemukulan dengan menggunakan palu, tujuannya agar egrek tersebut

tidak baling.

3. Gerinda kasar

Setelah selesai dari proses format yang ditunjukan pada gambar 2.3

egrek dibawa ke stasiun gerinda kasar.Pada tahap ini dilakukan kegiatan

tekuk ekor dengan menggunakan mesin gerinda sehingga bagian

ujungnya runcing dan bagian tepinya juga makin dipertajam. Proses ini

merupakan proses paling lama karena membutuhkan waktu sekitar 7

menit untuk menyelesaikannya. Setelah kegiatan gerinda selesai, maka

kembali. dibawa ke tempat flating untuk dipukul dengan palu. Tiapakhir proses selalu dilakukan proses pemukulan yang tujuannya agar

egrek tersebut tidak baling karena biasanya setelah mengalami proses

permukaan egrek tersebut tidak rata.


18/106

Sumber : Pandai Besi Pancur BatuGambar 2.3 Mesin Gerinda Kasar

4.

Penyepuhan

Setelah mengalami proses gerinda kasar, egrek tersebut di sepuh

dengan memanaskan pada tungku pembakaran. Oleh karena itu sebelum

disepuh, arang dibakar selama 5 menit pada tungku pemanasan

sehingga suhu mencapai diatas 850 C. Tujuan dari proses ini adalah

untuk mengeluarkan kandungan karbon sehingga egrek tersebut makin

keras. Pada tahap penyepuhan ini terjadi dua proses yaitu proses

pengerasan ( hardening ) dan proses tempering . Pada proses hardening ,

egrek dipanaskan agar kandungan karbon hilang namun apabila pada

tahap pemanasan suhu sudah terlalu tinggi maka egrek dapat patah

maka dilanjutkan dengan tahap tempering agar panas pada egrek dapat

disesuaikan. Sesudah disepuh, egrek masih mengalami proses flating

untuk meratakan permukaan egrek (agar tidak baling).

5. Gerinda halus

Egrek yang sudah disepuh dibawa ke mesin gerinda halus untuk

digerinda. Tujuan dari tahap ini adalah untuk memutihkan permukaan

egrek sehingga tampak mengkilap dan tampak lebih tajam.


19/106

6. Finishing

Tahap finishing merupakan tahap pengecatan dengan menggunakan

tiner. Egrek direndam sebentar dalam wadah yang berisi tiner kemudian

ditiriskan pada lemari oven dengan temperatur 600 C. Dalam lemari

oven ini, bertujuan untuk mengeringkan cat clear dan dibutuhkan waktu

sekitar 30 menit agar cat clear tersebut dapat benar-benar kering.

Setelah itu, egrek yang sudah selesai dibawa ke gudang produk jadi

dengan menggunakan beko.

Tabel 2.1. Syarat Mutu Egrek SNI

No Jenis Uji Satuan Persyaratan

1 Tampak Luar - Tidak cacat

2 Sisi Potong - Tajam

3 Bahan Baku - Baja karbon sedangatau setara

4 Kekerasan Sisi PotongDilakukan Perlakuan Panas

HRC 45,3

Sumber : Pusat Penelitian Kelapa Sawit

2.2. Baja

Baja adalah logam paduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi

sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan

karbon dalam baja berkisar antara 0,1% hingga 1,7% sesuai tingkatannya. Dalam

proses pembuatan baja akan terdapat unsur-unsur lain selain karbon yang akan

tertinggal di dalam baja seperti mangan (Mn), silikon (Si), kromium (Cr),

vanadium (V), dan unsur lainnya.


20/106

Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan

karbon sebagai unsur penguat.Unsur karbon banyak berperan sebagai peningkatan

kekerasan.Perlakuan panas dapat mengubah sifat fisis baja jadi lunak seperti

kawat menjadi keras seperti pisau. Perlakuan panas mengubah struktur mikro baja

dan struktur kristal dari bcc ke fcc yang bersifat paduan dan bila didinginkan tiba-

tiba terjadi perubahan struktur kristal dari fcc ke bcc.

Baja merupakan bahan dasar vital untuk industri. Semua segmen kehidupan,

mulai dari peralatan dapur, transportasi, generator pembangkit listrik, sampai

kerangka gedung dan jembatan menggunakan baja. Baja menduduki peringkat

pertama di antara barang tambang logam dan produknya melingkupi hampir 90 %

dari barang berbahan logam.

2.2.1.Klasifikasi Baja

Berdasarkan komposisi dalam prakteknya baja terdiri dari beberapa

macam yaitu: Baja Karbon ( Carbon Steel ), dan Baja Paduan ( Alloy Steel )

Berdasarkan tinggi rendahnya presentase karbon di dalam baja, baja

karbon diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel )

Baja karbon rendah mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30 %. Bajakarbon ini dalam perdagangan dibuat dalam plat baja, baja strip dan baja

batangan atau profil. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam

baja, maka baja karbon rendah dapat digunakan atau dijadikan baja-baja

sebagai berikut:


21/106

a. Baja karbon rendah yang mengandung 0,04 % - 0,10% C. untuk

dijadikan baja baja plat atau strip.

b. Baja karbon rendah yang mengandung 0,10 - 0,15% C digunakan untuk

keperluan badan-badan kendaraan.

c. Baja karbon rendah yang mengandung 0,15% - 0,30% C digunakan

untuk konstruksi jembatan, bangunan, membuat baut atau dijadikan baja

konstruksi.

2. Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel )

Baja karbon menengah mengandung karbon antara 0,30% - 0,60% C.

Baja karbon menengah ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat

perkakas bagian mesin. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam

baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti

untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya.

3. Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel )

Baja karbon tinggi mengandung kadar karbon antara 0,60% - 1,7% C dan

setiap satu ton baja karbon tinggi mengandung karbon antara 70 130 kg.

Baja ini mempunyai tegangan tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk

material tools . Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan

kawat baja dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandungdidalam baja maka baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan

pegas, alat-alat perkakas seperti: palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu

baja jenis ini banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti

pembuatan kikir, pisau cukur, mata gergaji dan lain sebagainya.


22/106

Baja karbon rendah merupakan baja yang paling murah diproduksi,

mudah di machining dan dilas, serta keuletan dan ketangguhannya sangat

tinggi tetapi kekerasannya rendah dan tahan aus. Sehingga pada

penggunaannya, baja jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk

pembuatan komponen mobil, struktur bangunan, pipa gedung, jembatan,

pagar, dan lain-lain.

Selain baja dengan paduan karbon (C), ada juga baja dengan paduan

lainnya seperti Cr, Mn, Ni, S, Si, P, dan lain-lain. Baja paduan didefenisikan

sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran

yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti

sifat kekuatan, kekerasan, dan keuletannya. Paduan dari beberapa unsur yang

berbeda memberikan sifat khas dari baja. Misalnya baja yang dipaduan

dengan Ni dan Cr akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan

ulet. Berdasarkan kadar paduannya, baja paduan dibagi menjadi tiga macam,

yaitu:

1. Baja Paduan Rendah ( Low Alloy Steel )

Baja paduan rendah merupakan baja paduan yang elemen paduannya

kurang dari 2,5% wt.

2.

Baja Paduan Menengah ( Medium Alloy Steel )Baja paduan menengah merupakan baja paduan yang elemen paduannya

antara 2,5% - 10% wt.

3. Baja Paduan Tinggi ( High Alloy Steel )

Baja paduan tinggi merupakan baja paduan yang elemen paduannya lebih

dari 10% wt.


23/106

Pada umunya, baja paduan mempunyai sifat yang unggul dibandingkan

dengan baja karbon biasa, diantaranya adalah mempunyai keuletan yang

tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik, tahan terhadap korosi dan keausan

yang tergantung pada jenis paduannya, tahan terhadap perubahan suhu, serta

memiliki butiran yang halus dan homogen. Berdasarkan golongan

paduannya,baja paduan dibagi dua golongan, yaitu:

1. HSS ( High speed steel )

kandungan karbonnya antara 0,70%-1,50%.kegunaanya untuk membuat

alat-alat potong seperti pengebor ( drills ) , pembentuk lembaran baja ( reamers ),

dan peniling ( milling cutters ). Disebut sebagai HSS karena alat potong

tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibandingkan dengan baja

karbon.

2. Baja paduan khusus ( special alloy steel )

baja jenis ini mengadung satu atau lebih logam-logam seperti nikel (Ni),

Krom (Cr), mangan (Mn), molybdenum (Mo) dan vanadium (V). Dengan

menambahkan unsure-unsur tersebut kedalam baja maka sifat mekanik dan

kimianya berubah, seperti menjadi keras, kuat dan ulet dibandingkan dengan

baja karbon.

Baja paduan khusus dibedakankan lagi menjadi:

1. Baja Perkakas ( Tool Steel )

Mempunyai sifat-sifat yang harus memiliki yaitu tahan pakai/awet,

Tajam atau mudah di asah, tahan panas, kuat dan ulet. Pemilihan baja

perkakas tergantung pada syarat pemakiannya,misalnya baja perkakas


24/106

pemotong harus tahan aus dan tangguh. Perkakas penumbuk seperti pahat,

pemukul, paku keeling, harus memiliki ketangguhan yang baik.

2. HSLS ( High Strength Low Alloy Steel )

Sifat dari HSLS adalah memiliki kuat luluh ( tensile strength ) yang tinggi,

anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk tahan terhadap korosi, ulet,

sifat mampu mesin (diproses/dibentuk) yang baik dan sifat mampu las yang

tinggi ( weld ability ). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini

diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur paduan seperti :

Tembaga (Cu), Nikel (Ni), Krom (Cr), Molibdenum (Mo), Vanadium (V) dan

kolumbium.

3. Baja Tahan Karat ( Stainless Steel )

Baja stainless steel sebenarnya adalah baja paduan dengan kadar paduan

tinggi, dimana terdapat unsur paduan kromium pada sistem paduan besi dan

karbon. untuk membatasi paduan ini masuk kedalam jenis paduan baja ( alloy

steel ) atau paduan ini masuk ke dalam golongan stainless steel, the american

iron and steel institute (AISI) memberikan batasan kandungan 4% kromium.

Bila kandungan kromium dalam paduan melebehi 4% maka paduan tersebut

sudah memenuhi syarat masuk kedalam golongan stainless. Baja stainless

steel ini memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, tahan temperatur

rendah maupun tinggi tahan korosi, keras, ulet ,dan tahan aus, dapat ditempa,

mudah dipolish serta mengkilat.

Pengaruh unsur-unsur paduan dalam baja adalah sebagai berikut:

1. Unsur Karbon (C)

Karbon merupakan unsur terpenting yang dapat meningkatkan kekerasan

dan kekuatan baja. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,3 1,7%,


25/106

sedangkan unsur lainnya dibatasi sesuai dengan kegunaan baja. Unsur paduan

yang bercampur di dalam lapisan baja adalah untuk membuat baja bereaksi

terhadap pengerjaan panas dan menghasilkan sifat-sifat yang khusus. Karbon

dalam baja dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi jika berlebihan

akan menurunkan ketangguhan.

2. Unsur Mangan (Mn)

Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses

pembuatan baja. Kandungan mangan kurang lebih 0,6% tidak mempengaruhi

sifat baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh besar pada

struktur baja dalam jumlah yang rendah. Penambahan unsur mangan dalam

baja dapat menaikkan kekuatan tarik sehingga baja dengan penambahan

mangan dapat memiliki sifat kuat dan ulet.

3. Unsur Silikon (Si)

Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan

kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh untuk menaikkan

tegangan tarik dan menurunkan laju pendinginan kritis. Silikon dalam baja

dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan, kekenyalan, ketahanan aus, dan

ketahanan terhadap panas dan karat.

4.

Unsur Nikel (Ni)

Nikel mempunyai pengaruh yang sama seperti mangan, yaitu

memperbaiki kekuatan tarik dan menaikkan sifat ulet, tahan panas, jika pada

baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 2,5% maka baja dapat tahan terhadap

korosi. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan korosi disebabkan nikel

bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi permukaan baja.


26/106

5. Unsur Kromium (Cr)

Sifat unsur kromium dapat menurunkan laju pendinginan kritis (kromium

sejumlah 1,5% cukup meningkatkan kekerasan dalam media pendinginan

minyak). Penambahan kromium pada baja menghasilkan struktur yang lebih

halus dan membuat sifat baja dikeraskan lebih baik karena kromium dan

karbon dapat membentuk karbida. Kromium dapat menambah kekuatan tarik

dan keplastisan serta berguna juga dalam membentuk lapisan pasif untuk

melindungi baja dari korosi serta tahan terhadap suhu tinggi.

2.2.2. Sifat-Sifat Baja

Untuk dapat menggunakan bahan teknik dengan tepat, maka bahan

tersebut harus dapat dikenali dengan baik sifat-sifatnya yang mungkin akan

dipilih untuk digunakan. sifat-sifat tersebut tentunya sangat banyak

macamnya, untuk itu secara umum sifat-sifat bahan tersebut dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Sifat Kimia

Dengan sifat kimia diartikan sebagai sifat bahan yang mencakup antara

lain kelarutan bahan terhadap larutan kimia, basa atau garam dan

pengoksidasiannya terhadap bahan tersebut. Salah satu contoh dari sifat kimiayang terpenting adalah Korosi

2. Sifat Teknologi

Sifat teknologi adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses

pengolahannya. Sifat ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum mengolah

atau mengerjakan bahan tersebut.


27/106

Sifat-sifat teknologi antara lain : sifat mampu las ( weldability ), sifat

mampu dikerjakan dengan mesin ( machineability ), sifat mampu cor

(castability ), dan sifat mampu dikeraskan ( hardenability )

3. Sifat Mekanik

Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan

beban-beban yang dikenakan padanya. Beban-beban tersebut dapat berupa

beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir, atau beban kombinasi.

Sifat-sifat mekanik yang terpenting antara lain:

a. Kekuatan ( strength )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa

menyebabkan bahan tersebut menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa

macam, dan ini tergantung pada beban yang bekerja antara lain dapat

dilihat dari kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan

puntir, dan kekuatan bengkok.

b. Kekerasan ( hardness )

Dapat didefenisikan sebagai kemampuan bahan untuk bertahan

terhadap goresen, pengikisan ( abrasi ), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat

dengan sifat keausan ( wear resistance ). Dimana kekerasan ini juga

mempunyai korelasi dengan kekuatan.c. Kekenyalan ( elasticity )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa

mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah

tegangan dihilangkan. Bila suatu bahan mengalami tegangan maka akan

terjadi perubahan bentuk. Bila tegangan yang bekerja besarnya tidak


28/106

melewati suatu batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi

bersifat sementara, perubahan bentuk ini akan hilang bersamaan dengan

hilangnya tegangan, akan tetapi bila tegangan yang bekerja telah

melampaui batas, maka sebagian bentuk itu tetap ada walaupun tegangan

telah dihilangkan.

Kekenyalan juga menyatakan seberapa banyak perubahan bentuk

yang permanen mulai terjadi, dengan kata lain kekenyalan menyatakan

kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah

menerima beban yang menimbulkan deformasi.

d. Kekakuan ( stiffness )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan/beban

tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau

defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting daripada

kekuatan.

e. Plastisitas ( plasticity )

Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah

deformasi plastis yang permanen tanpa mengakibatkan terjadinya

kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses

dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling, extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan/kekenyalan

(ductility ). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup

tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan / kekenyalan

tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan ulet / kenyal ( ductile ). Sedang

bahan yang tidak menunjukan terjadinya deformasi plastis dikatakan


29/106

sebagai bahan yang mempunyai keuletan rendah atau dikatakan getas /

rapuh ( brittle ).

f. Ketangguhan ( toughness )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi

tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan sebagai

ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu

benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh

banyak faktor, sehingga sifat ini sulit untuk diukur.

g. Kelelahan ( fatigue )

Merupakan kecenderungan dari logam untuk patah apabila menerima

tegangan berulang-ulang ( cyclic stress ) yang besarnya masih jauh

dibawah batas kekuatan elastisitasnya. Sebagian besar dari kerusakan

yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan.

Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting tetapi sifat ini

juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

h. Keretakan ( creep )

Merupakan kecenderungan suatu logam mengalami deformasi plastis

yang besarnya merupakan fungsi waktu, pada saat bahan tersebut

menerima beban yang besarnya relatif tetap.

2.2.3. Diagram Fasa Fe-C

Diagram keseimbangan besi karbon seperti pada gambar 2.4 adalah

diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi

perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat


30/106

dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua

operasi-operasi perlakuan panas. Dimana fungsi diagram fasa adalah

memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses

perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan.

Besi karbon terbagi atas dua bagian yaitu baja ( steel ) dan cast iron .

Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 2%,

sedangkan cast iron adalah paduan besi dengan karbon diatas 2%. Baja dibagi

dua bagian yaitu baja yang mengandung kurang dari 0,83% disebut

hypoetectoid dan baja yang mengandung lebih dari 0,83% sampai dengan 2%

karbon disebut dengan hyperetectoid.

Pemanasan pada suhu 723 0C dengan komposisi 0,8 % C disebut

dengan titik eutectoid. Apabila dilakukan pemanasan sebelum mencapai titik

eutectoid , pada titik hypoeutectoid terbentuk fasa pearlit dan ferrit. Sedangkan

dibawah hypereutectoid mempunyai fasa pearlit dan sementit. Pada

pemanasan melewati garis eutectoid, terjadi perubahan fasa pearlit menjadi

austenit.

Ketika paduan A (A 1) mencapai suhu 723 0C (suhu eutektoid) sisa

austenit sekitar 0,8% C (meskipun sebenarnya jumlah komposisinya 0,4%).

Oleh karena itu, pada titik eutectoid reaksi yang terjadi adalah perubahan sisiaustenite menjadi pearlite ( + Fe 3C). ketika paduan A (A 3) mencapai suhu

910 0C, ferit bcc mulai berubah bentuk menjadi austenite. Ini merupakan

reaksi solid dan dipengaruhi oleh difusi karbon pada austenit. Ferrit yang

berisi karbon terbentuk dengan sangat lambat. Keadaaan paduan A (A cm)

transformasi Fe 3C menjadi austenit secara keseluruhan pada suhu ini, seperti


31/106

prediksi pada diagram. Seluruh sistem austenit fcc dengan kadar karbon

0.95 %.

Dari gambar 2.4 andaikan suatu bahan dipanaskan sampai sekitar suhu

800-1200 0C dengan komposisi 0,68 % karbon sampai fasa austenit, kemudian

didinginkan sampai 600 0C fasa yang terbentuk adalah fasa pearlit tetapi bila

didinginkan sampai batas kritis 738 0C, fasa gamma sebagian akan terdistorsi

menjadi fasa alpha, dan bila dilanjutan pendinginan di bawah sedikit batas

kritis, ferrit akan bergabung didalam pearlit dan austenite akan

bertransformasi menjadi karbida (sementit). Andaikan didinginkan cepat, fasa

akan bertransformasi menjadi sementit dan pearlit. Dalam hal ini, pengaruh

waktu tahan sangat menetukan pada pembetukan perubahan butir.

(Sumber: file.upi.edu)

Gambar 2.4. Diagram Fasa Fe-C


32/106

Adapun macam macam struktur yang ada pada besi karbon adalah

sebagai berikut:

1. Ferrit

Ferrit adalah fasa larutan padat yang memiliki struktur BCC ( body

centered cubic ). Ferrit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari

austenit baja hypotectoid pada saat mencapai A3. Ferrit bersifat sangat lunak,

ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas

yang tinggi.

2. Austenit

Fasa Austenit memiliki struktur atom FCC ( Face Centered Cubic ).

Dalam keadaan setimbang fasa austenit ditemukan pada temperatur tinggi.

Fasa ini bersifat non magnetik dan ulet ( ductile ) pada temperatur tinggi.

Kelarutan atom karbon di dalam larutan padat austenit lebih besar jika

dibandingkan dengan kelarutan atom karbon pada fasa ferrit dan memiliki

kekerasan sekitar 200 BHN.

3. Sementit

Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal

sebagai karbida besi dengan kandungan karbon 6,67% yang bersifat keras

sekitar 5-68 HRC4. Perlit

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan

sekitar 10-30HRC. Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutectoid

memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang

lebih banyak.


33/106

5. Bainit

Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari austenit

pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan

lebih tinggi dari transformasi ke martensit.

6. Martensit

Martensit terbentuk oleh pendinginan cepat austenit dimana atom karbon

terperangkap sehingga tidak punya waktu untuk berdifusi dari kristal.

Martensit terbentuk pada suhu diatas suhu ruang, atau dibawah temperatur

uetektoid dimana struktur austenit menjadi tidak stabil. Martensit mempunyai

struktur kristal yang sama dengan austenit dengan komposisi yang hampir

sama. Martensit sebagai fasa menstabil yang mengadung larutan padat dalam

struktur. Tidak mengubah bentuk diagram besi karbida. Pada suhu dibawah

euktektoid setelah waktu tertentu,larutan lewat jenuh karbon dalam besi terus

berubah sehingga membentuk ferrit dan karbida yang lebih stabil.

2.2.4 Dagram TTT (Time Temperature Transformation)

Pada Gambar 2.5 menunjukkan diagram TTT untuk jenis baja

hypoeutectoid , dimana garis ordinat menunjukkan temperatur sedangkan garis

absis menunjukkan waktu. Melalui diagram TTT ini, dapat diketahui kapan

transformasi austenit dimulai serta waktu yang dibutuhkan untuk membentuk

austenit sempurna. Untuk mencapai martensit , kecepatan turunnya suhu dapat

relatif dipercepat dengan menggunakan media pendingin air.Seiring dengan

turunnya suhu, pembentukan mendekati seratus persen martensit .

Terbentuknya struktur mikro bainit dengan kecepatan suhu yang relatif


34/106

lambat yaitu dengan menggunakan media pendinginan udara. Dimana media

pendinginan udara diberikan secara alam, sehingga lamanya untuk dingin

membutuhkan waktu yang lambat.

Sumber: R.E.Smallman dan R.J. Bishop (2000)Gambar 2.5 Diagram TTT Untuk Baja Hypoeutectoid

Dari gambar 2.5 di atas menunjukkan hidung (nose) sebagai batasan

waktu minimum dimana sebelum waktu tersebut bertransformasi austenite ke

perlit tidak akan terjadi. Posisi hidung dari diagram TTT dapat bergeser

menurut kadar karbon, semakin kekanan berarti kadar karbon makin mudah

untuk membentuk bainit/martensite atau makin mudah dikeraskan.


35/106

2.3. Perlakuan Panas ( Heat Treatment )

Perlakuan panas atau heat treatment mempunyai tujuan untuk meningkatkan

keuletan, menghilangkan tegangan internal ( internal stress ), menghaluskan

ukuran butir kristal dan meningkatkan kekerasan atau tegangan tarik logam.

Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi perlakuan panas, yaitu suhu

pemanasan, waktu yang diperlukan pada suhu pemanasan, laju pendinginan dan

lingkungan atmosfir. Cara yang dipakai ialah memanaskan logam sehingga

terbentuk suatu fasa, kemudian diikuti dengan pendinginan cepat. Dengan cara ini

pada temperature kamar akan terbentuk satu fasa yang kelewat jenuh. Bila logam

dalam keadaan tersebut dipanaskan maka fasa-fasa yang larut akan mengendap.

Perlakuan panas adalah kombinasi anatara proses pemanasan atau

pendinginan dari suatu logam atau paduannyadalam keadaan padat untuk

mendapatkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka kecepatan

pendinginan dan batas temperatur sangat menentukan (Daryanto,2010).

Perlakuan panas dibedakan: (a) proses laku panas dengan kondisi

equilibrium, seperti annealing, normalising (b) proses laku panas non-equilibrium,

seperti pengerasan ( hardening ).

Jenis-jenis perlakuan panas antara lain:

2.3.1 Annealing

Proses annealing atau melunakkan baja adalah proses pemanasan baja

diatas temperatur kritis (723 oC) selanjutnya dibiarkan berapa lama sampai

temperatur merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan sambil


36/106

dijaga agar temperatur bagian luar dan dalam kira-kira sama hingga diperoleh

struktur yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin udara.

Tujuan proses annealing yaitu :

Melunakkan material logam

Menghilangkan tegangan dalam/sisa

Memperbaiki butir-butir logam

2.3.2 Normalizing

Normalizing adalah proses pemanasan logam hingga mencapai fase

austenite yang kemudian didinginkan secara perlahan-lahan dengan media

pendingin udara. Hasil pendinginan ini berupa perlit dan ferit namun hasilnya

jauh lebih mulus dari annealing. Prinsip proses normalizing adalah

melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau paduan tertentu

dengan proses ini belum tentu memperoleh baja lunak. Mungkin berupa

pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon.

Normalizing dilakukan untuk mendapatkan struktur mikro dengan butir

halus dan seragam. Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan dan

mempertahankan pemanasan pada suhu yang sesuai diatas batas perubahan

diikuti dengan pendinginan secara bebas di dalam udara luarsupaya menjadi

seragam dan juga untuk memperbaiki sifat-sifat mekanik dari baja tersebut

2.3.3 Quenching

Pengertian pengerasan ialah perlakuan panas terhadap baja dengan

sasaran meningkatkan kekerasan alami baja.Perlakuan panas menuntut


37/106

pemanasan benda kerja menuju suhu pengerasan dan pendinginan secara

cepat dengan kecepatan pendinginan kritis (Schonmetz,1985).

Faktor penting yang dapat mempengaruhi proses hardening terhadap

kekerasan baja yaitu oksidasi oksigen udara. Selain berpengaruh terhadap

besi, oksigen udara berpengaruh terhadap karbon yang terikat sebagai

sementit atau yang larut dalam austenit. Oleh karena itu pada benda kerja

dapat berbentuk lapisan oksidasi selama proses hardening . Pencegahan

kontak dengan udara selama pemanasan atau hardening dapat dilakukan

dengan jalan menambah temperatur yang tinggi karena bahan yang terdapat

dalam baja akan bertambah kuat terhadap oksigen. Jadi, semakin tinggi

temperatur, semakin mudah untuk melindungi besi terhadap oksidasi

(Sconmetz,1985).

Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan

logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan

ke-homogenan ini maka austenite perlu pemanasan yang cukup.Selanjutnya

secara cepat baja tersebut dicelupkan ke media pendingin, tergantung pada

kecepatan pendinginan yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja

(Daryanto,2010).

Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat

berubah menjadi ferit atau pearlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-

atom karbon yang telah larut dalam austenite untuk mengadakan pergerakan

difusi dan berbentuk sementit oleh karena iti terjadi fase yang martensit, ini

berupa fase yang sangat keras dan tergantung pada keadaan karbon.


38/106

Menurut Edih Supardi (1999) dasar pengujian pengerasan pada bahan

baja yaitu suatu proses pemanasan dan pendinginan untuk mendapatkan

struktur kerasyang disebut martensit . Martensit yaitu fasa larutan padat lewat

jenuh dari karbondalam sel satuan tetragonal pusat badan atau mempunyai

bentuk Kristal Body Centered Tetragonal (BCT) seperti pada gambar 2.6.

Sumber : ASM International, Material ParkGambar 2.6 Struktur Kristal Martensit- Body Centered Tetragonal (BCT)

Makin tinggi derajat kelewatan jenuh karbon, maka makin besar

perbandingan satuan sumbu sel satuannya, martensit makin keras tetapi getas.

Martensit adalah fasa metastabil terbentuk dengan laju pendinginan cepat,

semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat.Pemanasan harus

dilakukan secara bertahap ( preheating ) dan perlahan-lahan untuk

memperkecil deformasi ataupun resiko retak.Setelah temperatur pengerasan

(austenitizing ) tercapai, ditahan dalam selang waktu tertentu ( holding time )

kemudian didinginkan cepat.

Tahap pendinginan lambat pada baja mengakibatkan suatu keadaan

yang relatif lunak atau plastis.Untuk menambah kekerasan baja, dapat


39/106

dilakukan dengan pengerjaan yang dimana baja dipanaskan sampai suhu

830 oC kemudian didinginkan secara cepat ( quenching ).Tujuan pengerjaan ini

dengan maksud pengerasan baja adalah mendinginkan atau melindungi suatu

perubahan austenitic dari pada pendinginan.

2.3.4 Tempering

Tempering didefinisikan sebagai proses pemanasan logam setelah

dikeraskan ( quenching) pada temperatur tempering (di bawah suhu kritis)

sehingga diperoleh ductility tertentu, yang dilanjutkan dengan proses

pendinginan (Koswara, 1999). Prosesnya adalah memanaskan kembali

berkisar antara suhu 150 oC 650 oC dan didinginkan secara perlahan-lahan

tergantung sifat akhir baja tersebut. Menurut Schonmetz (1985) tujuan proses

tempering dibedakan sebagai berikut:

a. Tempering pada suhu rendah (150 oC - 300 oC)

Perlakuan ini hanya untuk mengurangi tegangan-tegangan kerut dan

kerapuhan dari baja, biasanya untuk alat-alat kerja yang tidak mengalami

beban berat seperti alat-alat potong, mata bor dan sebagainya.

b. Tempering suhu menengah (300 oC - 550 oC)

Bertujuan untuk menambah keuletan, dan kekerasannya sedikit berkurang.

Proses ini digunakan pada alat-alat kerja yang mengalami beban berat,

misalnya palu, pahat, pegas.


40/106

c. Tempering pada suhu tinggi (550 oC -650 oC)

Tempering pada suhu tinggi bertujuan untuk memberikan daya keuletan

yang besar dan sekaligus kekerasannya menjadi agak rendah, misalnya pada

roda gigi, poros, batang penggerak dan sebagainya.

Pada dasarnya baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak

cocok untuk digunakan. Melalui temper, kekerasan, dan kerapuhan dapat

diturunkan sampai memenuhi persyaratan. Kekerasan turun, kekuatan tarik

akan turun, sedang keuletan dan ketangguhan akan meningkat (Djafrie,

1985).

Meskipun proses ini menghasilkan baja yang lebih lemah, proses ini

berbeda dengan annealing karena dengan proses ini belum tentu memperoleh

baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh kadar

karbon.

Pada saat tempering proses difusi dapat terjadi yaitu karbon dapat

melepaskan diri dari martensit berarti keuletan ( ductility ) dari baja naik, akan

tetapi kekuatan tarik, dan kekerasan menurun. Senada dengan itu Djafrie

(1986) menyatakan sifat-sifat mekanik baja yang telah dicelup, dan di-temper

dapat diubah dengan cara mengubah temperatur tempering .

2.4. Media Pendingin

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan baja bermacam-

macam.Berbagai bahan pendingin yang digunakan dalam proses perlakuan panas

antara lain:


41/106

1. Air

Pendinginan dengan menggunakan air akan memberikan daya pendinginan

yang cepat. Biasanya ke dalam air tersebut dilarutkan garam dapur sebagai usaha

mempercepat turunnya temperatur benda kerja dan mengakibatkan bahan menjadi

keras.

Air memiliki karakteristik yang khas yang tidak dimiliki oleh senyawa kimia

yang lain. Karakteristik tersebut adalah sebagai berikut (Dugan, 1972;

Hutchinson, 1975; Miller, 1992). Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan,

yakni 0 oC (32 o F) 100 oC, air berwujud cair.Suhu 0 oC merupakan titik beku

( freezing point ) dan suhu 100 o C merupakan titik didih ( boiling point ) air.

Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai

penyimpan panas yang sangat baik.Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi

panas atau dingin dalam seketika. Air memerlukan panas yang tinggi dalam

proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi

uap air. Proses ini memerlukan energi panas dalam jumlah yang besar. Oleh

karena itu dalam penelitian ini digunakan air es dalam proses pendinginan setelah

proses heat treatment karena dapat mendinginkan logam yang telah dipanaskan

secara cepat. Suhu air es berkisar antara 0C-5C, densitas (berat jenis) air

maksimum sebesar 1 g/cm 3 terjadi pada suhu 3,95 o C. Pada suhu lebih besar

maupun lebih kecil dari 3,95 o C, densitas air lebih kecil dari satu (Moss, 1993;

Tebbut, 1992).


42/106

2. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas

adalah benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai

bahan pendingin pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan oli.

Penggunaan pelumas atau oli sebagai media pendingin akan menyebabkan

timbulnya selaput karbon pada spesimen tergantung dari besarnya viskositas

pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut,oleh karena itu

dalam penelitian ini digunakan oli SAE 40 dalam proses pendinginan setelah

proses heat treatment .

3. Udara

Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan

pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikanke dalam

ruangan pendingin dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai

pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal

kristal dan kemungkinan mengikat unsur unsur lain dari udara. Adapun

pendinginan pada udara terbuka akan memberikan oksidasi oksigen terhadap

proses pendinginan.

4. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat

mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didiginkan di dalam cairan

garam yang akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras karena pada

permukaan benda kerja tersebut akan meningkat zat arang.


43/106

Kemampuan suatu jenis media dalam mendinginkan spesimen bisa berbeda-

beda, perbedaan kemampuan media pendingin disebabkan oleh temperatur,

kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pendingin.

2.5. Pengujian Kekerasan

Kekerasan logam didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi, dan

memberikan indikasi cepat mengenai perilaku deformasi (Smallman, 2000). Alat

uji kekerasan menekankan bola kecil, piramida atau kerucut ke permukaan logam

dengan beban tertentu, dan bilangan kekerasan (Brinell atau piramida Vickers)

diperoleh dari diameter jejak. Kekerasan dapat dihubungkan dengan kekuatan

luluh atau kekuatan tarik logam, Karena sewaktu indentasi, material di sekitar

jejak mengalami deformasi plastis mencapai beberapa persen regangan tertentu.

Bilangan kekerasan Vickers (VPN) didefinisikan sebagai beban dibagi luas

permukaan jejak piramida dan dinyatakan dalam satuan kgf/mm 2 dan besarnya

sekitar tiga kali tegangan luluh untuk material yang tidak mengalami pengerasan

kerja yang berarti. Bilangan kekerasan Brinell (BHN) diberikan oleh persamaan

(2.1). Dimana bilangan Brinell didefinisikan sebagai tegangan P/A , dalam satuan

kgf/mm 2, diamana P adalah beban dan A adalah luas permukaan kutub bola yang

membentuk indentasi. Jadi

BHN = 2( ) .........................................(2.1)

dimana d adalah diameter jejak dan D adalah diameter indentor. Agar

diperoleh hasil yang kosisten maka rasio d/D harus kecil dan diusahakan agar

tetap konstan. Dengan begini nilai BHN untuk material lunak adalah sama.


44/106

Pengujian kekerasan penting, baik untuk pengendalian kerja maupun penelitian,

khususnya bilamana diperlukan informasi mengenai getas pada suhu tinggi.

2.6. Pengujian Tarik

Pengujian tarik dilakukan terhadap batang uji yang standar. Pada bagian

tengah batang uji merupakan bagian yang menerima tegangan yang uniform,

danpada bagian ini diukurkan panjang uji ( gauge length ), yaitu bagian yang

dianggap menerima pengaruh dari pembebanan. Pada bagian inilah yang selalu

diukur panjangnya dalam proses pengujian.

Dasar yang digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik dari suatu material

adalah kurva tegangan dan regangan. Donan (1952) menyatakan, The parameters

which are used to describe the stress - strain curve of metals are the tensile

strength, yield strength, percent elongation and reduction of area. Dari

pernyataan tersebut dapat diketahui bahwa komponen-komponen utama dari

kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum ( tensile strength ), tegangan luluh dari

material, regangan yang terjadi saat penarikan dan pengurangan luas penampang

seperti.

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik

suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap

berupa kurva seperti digambarkan pada gambar 2.7. Kurva ini menunjukkan

hubungan antara tegangan dengan regangan.

Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan teknik ( eng .), yang

didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik ( L)


45/106

terhadap panjang batang mula-mula (L 0). Tegangan yang dihasilkan pada proses

ini disebut dengan tegangan teknik ( eng), dimana didefinisikan sebagai nilai

pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A 0).

Sumber : Pengujian Bahan Logam, Engkos KoswaraGambar2.7 Kurva Tegangan Regangan Baja

Tegangan normal tesebut akibat gaya tarik dapat ditentukan berdasarkan

persamaan (2.2) (Koswara, 1999).

Ao

F = .........................................................(2.2)

Dimana:

= Tegangan tarik (MPa)

F = Gaya tarik (N)

Ao = Luas penampang spesimen mula-mula (mm 2)

Dalam uji tarik dikenal juga sifat ulet. Keuletan ini dinyatakan dengan

regangan maksimum yang bisa dicapai oleh bahan, yaitu pada saat patah. Semakin


46/106


47/106


48/106


49/106

dalam keadaan tarik. Tegangan berulang ini dapat juga terjadi dalam

keadaan tekan kedua-duanya.

c. Tegangan tidak beraturan ( irregular stress ) gambar 1(c) keadaan tegangan

tidak teratur, hal ini terjadi pada bagian sayap pesawat terbang karena

factor aerodinamik sehingga besar kecilnya beban yang mengenai sayap

tidak dapat dideteksi pada setiap periode waktu.

Gambar 2.9 . Bentuk Siklus Tegangan Lelah

Perbandingan antara tegangan minimum dengan tegangan maksimum disebut

stress ratio diberi notasi R, hasilnya dapat dihitung dengan persamaan berikut ini.

..........................................................(2.6)

Sedangkan pada pengujian fatik ada beberapa sistim penbebanan yang dapat

digunakan seperti berikut ini:

- Tegangan tarik rata-rata ( tensile mean stress ), R= +1

- Tegangan balik sempurna ( completely reversed stress ), R= -1

- Tegangan tarik pulsa ( pulsating tension ), 0 < R < 1

- Tegangan tekan pulsa ( pulsating compession ), 1 < R < + tak terhingga


50/106

- Tegangan tarik bolak-balik rata-rata ( alternating tensile mean stress ), -1

pengaruh struktur mikro terhadap sifat mekanis baja stainless steel m303 extra untuk bahan mata...

Documents