pengerasan permukaan baja perkakas hss...

5
Pengerasan Permukaan Baja Perkakas HSSM41 denganTeknikPeiapisan Metal Spray (Leni Juwita) PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41 DENGAN TEKNIK PELAPISAN METAL SPRAY LeniJuwita Jurusan Teknik Metalurgi -UNJANI J1. Gatot Subroto, Bandung, PO BOX 8( ABSTRAK PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41 DENGAN TEKNIKPELAPISAN METALSPRAl': Paduan intermetalik Fe-AI memiliki sif"atyang kuat dan keras dan sif"at ini sangat membantu meningkatkan ketahanan aus permukaan terutama komponen yang bergesekan seperti haInya pahat potong pacta proses pemesinan. Sehubungan dengan hal tersebut telah dilakukan percobaan awal dalam rangka melihat kemungkinan terbentuknya lapisan Fe-AI pacta permukaan, mengukur tebal lapisan yang terjadi dan mengukur besamya peningkatan kekerasan dan ketahanan aus yang terjadi terhadap lapisan tersebut. Disamping itu penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari dan memahami mekanisme yang terjadi dalam terbentuknya lapisan terse but. Untuk tujuan ini dilakukan penelitian dengan menggunakan spesimen baja perkakas HSS M- 41sebagai material dasar dan menggunakan material pelapis AI-Si .Material aluminium tersebut disemprotkan ke permukaan baja dengan menggunakan metoda "metal spray". Setelah itu spesimendilaku panas pacta temperatur 850 °C , dengan waktu (holding time) yang bervariasi yaitu ; 4 jam, 6 jam dan 8 jam. Setelahitu dilakukan pemeriksaanmetalografi, uji kekerasan dan uji keausan. Hasil penelitian menunjukkan kekerasan dan ketahananaus yang paling tinggi diperoleh pacta kondisi laku panas:temperatur 850 °C dan waktu 8 jam. Teballapisan yang terbentuk sekitar 0,81mm, kekerasan 1120 HV, prosentase keausan 0,147 % dan meningkatkan umur sampeldari 1,84 hari menjadi 14,125 hari. Kala kunci : Metal spray, perlakuan panas, difusi, pengerasan permukaan. ABSTRACT SURFACE HARDENING OF BASE METAL HSS M41 SURFACE BY METAL SPRAY TECHNIQUE. Interme- tallic compound Fe-AI has good strength and hardness properties. Those properties were required to improve the wear resistance of component which its application always contact with another part like cutting tool in machining processes. This experiment was carried out to improve the wear resistance of metal, which in this case is high speed steel (HSS M4I). This preliminary experiment was focused on to form the Intermetallic compound Fe-Allayer in the surface of the steel. This layer was obtained by metal spray technique in which AI-Si spray to the surface of base metal HSS M4 I and then heat treated at 850 DC. The holding time of heat treatment tor 4 hours, 6 hours and 8 hours respectivelywas used. Experimental results showed holding time of heat treatment process was influenced to torming the intermetallic layer, thickness and hardnesswas specimen with heattreated at 850 °c and holding time 8 hours exhibit the maximum hardnessof 1120 HV and also increase the lite time trom 1.84 days to 14.125 days. The thickness of inter metallic layer was 0.81 mm. Key words: Metal surface spray, heat treatment, diffusion, surface hardening. PENDAHULUAN membentuk lapisan pada permukaan benda kerja. Masing -masing metode tersebut memiliki keunggulan daD penelitian ini merupakan studi awal dalam hal pembentukan lapisan pada permukaan, sehingga permukaan memiliki kekerasandan ketahananaus yang lebih tinggi. Pada penelitian ini digunakan metode Metal Spray untuk menempelkan material pelapis (AL-Si) pada permukaan dan kemudian diploses laku panas, untuk memperoleh lapisan intemletalik Fe-AI padapermukaan. Waktu proses pemotongan berlangsung akan terjadi geseranantara pabat dan benda kerja pada pada proses pemesinan. Geseran tersebut akan mengakibatkan keausan pacta pacta bidang-bidang utama dari pabat. Sehubungan dengan kondisi kerja tersebut, maka material pabat harus memiliki sifat kuat,kerastetapi tidal rapuh, kekuatan dan kekerasannya hams tetap tinggi walaupun suhu pemotongan tinggi [2]. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut acta beberapa metode yang dapat ditempuh diantaranya adalah; memilih material pabat yang memenuhisifatyang diinginkan, melakukan pengerasan permukaan dan 89

Upload: lynhu

Post on 27-Apr-2018

222 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-089.pdfPengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik ... tersebut telah

Pengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik Peiapisan Metal Spray (Leni Juwita)

PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41DENGAN TEKNIK PELAPISAN METAL SPRAY

LeniJuwitaJurusan Teknik Metalurgi -UNJANI

J1. Gatot Subroto, Bandung, PO BOX 8(

ABSTRAK

PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS M41 DENGAN TEKNIKPELAPISAN METALSPRAl':Paduan intermetalik Fe-AI memiliki sif"at yang kuat dan keras dan sif"at ini sangat membantu meningkatkan ketahanan auspermukaan terutama komponen yang bergesekan seperti haInya pahat potong pacta proses pemesinan. Sehubungan dengan haltersebut telah dilakukan percobaan awal dalam rangka melihat kemungkinan terbentuknya lapisan Fe-AI pacta permukaan,mengukur tebal lapisan yang terjadi dan mengukur besamya peningkatan kekerasan dan ketahanan aus yang terjadi terhadaplapisan tersebut. Disamping itu penelitian ini juga bertujuan untuk mempelajari dan memahami mekanisme yang terjadi dalamterbentuknya lapisan terse but. Untuk tujuan ini dilakukan penelitian dengan menggunakan spesimen baja perkakas HSS M-41 sebagai material dasar dan menggunakan material pelapis AI-Si .Material aluminium tersebut disemprotkan ke permukaan bajadengan menggunakan metoda "metal spray". Setelah itu spesimen dilaku panas pacta temperatur 850 °C , dengan waktu (holdingtime) yang bervariasi yaitu ; 4 jam, 6 jam dan 8 jam. Setelah itu dilakukan pemeriksaan metalografi, uji kekerasan dan uji keausan.Hasil penelitian menunjukkan kekerasan dan ketahanan aus yang paling tinggi diperoleh pacta kondisi laku panas: temperatur 850°C dan waktu 8 jam. Teballapisan yang terbentuk sekitar 0,81mm, kekerasan 1120 HV, prosentase keausan 0,147 % dan

meningkatkan umur sampel dari 1,84 hari menjadi 14,125 hari.

Kala kunci : Metal spray, perlakuan panas, difusi, pengerasan permukaan.

ABSTRACT

SURFACE HARDENING OF BASE METAL HSS M41 SURFACE BY METAL SPRAY TECHNIQUE. Interme-tallic compound Fe-AI has good strength and hardness properties. Those properties were required to improve the wearresistance of component which its application always contact with another part like cutting tool in machining processes. Thisexperiment was carried out to improve the wear resistance of metal, which in this case is high speed steel (HSS M4I). Thispreliminary experiment was focused on to form the Intermetallic compound Fe-Allayer in the surface of the steel. This layerwas obtained by metal spray technique in which AI-Si spray to the surface of base metal HSS M4 I and then heat treated at 850DC. The holding time of heat treatment tor 4 hours, 6 hours and 8 hours respectively was used. Experimental results showedholding time of heat treatment process was influenced to torming the intermetallic layer, thickness and hardness was specimenwith heat treated at 850 °c and holding time 8 hours exhibit the maximum hardness of 1120 HV and also increase the lite time trom1.84 days to 14.125 days. The thickness of inter metallic layer was 0.81 mm.

Key words: Metal surface spray, heat treatment, diffusion, surface hardening.

PENDAHULUAN

membentuk lapisan pada permukaan benda kerja.Masing -masing metode tersebut memiliki keunggulandaD penelitian ini merupakan studi awal dalam hal

pembentukan lapisan pada permukaan, sehinggapermukaan memiliki kekerasan dan ketahanan aus yanglebih tinggi.

Pada penelitian ini digunakan metode MetalSpray untuk menempelkan material pelapis (AL-Si) padapermukaan dan kemudian diploses laku panas, untukmemperoleh lapisan intemletalik Fe-AI pada permukaan.

Waktu proses pemotongan berlangsung akanterjadi geseran antara pabat dan benda kerja pada padaproses pemesinan. Geseran tersebut akanmengakibatkan keausan pacta pacta bidang-bidangutama dari pabat.

Sehubungan dengan kondisi kerja tersebut, makamaterial pabat harus memiliki sifat kuat,keras tetapi tidalrapuh, kekuatan dan kekerasannya hams tetap tinggiwalaupun suhu pemotongan tinggi [2].

Untuk memenuhi kebutuhan tersebut actabeberapa metode yang dapat ditempuh diantaranyaadalah; memilih material pabat yang memenuhi sifat yangdiinginkan, melakukan pengerasan permukaan dan

89

Page 2: PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-089.pdfPengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik ... tersebut telah

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

PERCOBAAN Pemanasan awal

Langkah-langkah yang dilakukan dalampenelitian ini dapat dilihat pada diagram alir Gambar I.Proses pelapisan dengan metoda metal .~pray dilakukandalam beberapa tahapan yaitu :

Persia pan Permukaan

Persiapan permukaan dilakukan dengan tujuanmenghilangkan oksida besi, lemak dan kotoran-kotoranlain yang ada pada permukaan. Untuk itu persiapanpermukaan dilakukan dengan beberapa tahap yaitupemolesan mekanik, pencucian dan grit blasting.Pemolesan mekanik dilakukan dengan menggunakankertas amplas, pencucian dilakukan dengan air panas(60-80 °C) dan grit blasting dilakukan denganmenggunakan material abrasifjenis aluminium oksidadan titanium oksida dengan ukuran 30 mesh.

Pemanasan awal dilakukan terhadap spesimenyang akan di metal spray pada suhu 1500 C. Tujuanpemanasan awal ini untuk menghilangkan kelembabanpada permukaan material dasar yang akan dilapis danmenghilangkan tegangan sisa serta meminimalkan efekpemuaian material pada waktu proses pelapisan.

Proses Pelapisan

Proses pelapisan yang dilakukan dalampenelitian ini, disesuaikan dengan standar operasiproses plasma spraying untuk serbuk jenis 52 CN-SdaTi Metco. Standar proses tersebut dapat dilihat padaTabell.

IPengujian IoomposislI killlia-

Persia pan Ma~tria!

.Pencucian (Rinsing)

.Grid Blasl;n!,'

..Prchcating

.Prosn Ht:_t truttllf:tltI T = 850 "C t = 4 jam

T = 850 "c t = 6 jamiT.: 850 DC -t = 8 jam ~

~Pcngujran laboratorium

I ~~~!~~~ IIl~lr~r:lsan ~

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

90

Page 3: PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-089.pdfPengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik ... tersebut telah

Pengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik Peiapisan Metal Spray (Leni Juwita)

Perlakukan Panas proses terbentuknya lapisan tersebut adalah prosesdifusi. Dari referensi 9, diperoleh data laju difusi Fe dalamAIlebih tinggi dibandingkan dengan AI dalam Fe, berartiFe yang ada pacta logam dasar akan berdifusi ke materialpelapis untuk membentuk lapisan intermetalik Fe-AI.Dari pemeriksaan metalografi yang telah dilakukan tidakdapat mengindentifikasi intermetalik yang terbentukkarena menggunakan mikroskop optik daD untukpemeriksaan tersebut direncanakan akan menggunakanelektron mikroskop.

Proses perlakukan panas dilakukan pactatemperatur 850 °C dengan waktu yang bervariasi yaitu ;4 jam, 6 jam dan 8 jam. Tungku yang digunakan dalamproses laku panas ini adalah tungkU vakum dengantekanan 0,03 torr.

Tujuan penggunaan tungku vakum adalah untuk

mengurangi kemungkinan terbentuknyaoksida pactalapisan.

Uji Kekerasan

Data basil uji kekerasan ditampilkan padaGambar 4. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwateballapisan yang terjadi bervariasi dengan fungsi waktu

perlakukan panas (Holding Time) yang digunakan.Kekerasan maksimum yang diperoleh terjadi pada waktuperlakukan panas 8 jam, kekerasan lapisan yang terjadiadalah 1120 HV Dan referensi 1 diperoleh data bahwafa sa intermetalik dengan kekerasan 1120 adalahAll2 Fe) Si , sedangkan rasa FeAI) memiliki kekerasan730 HV dan rasa terebut diperoleh pada waktupemanasan 4 jam dan 6 jam.

Disisi lain perlakuan panas dengan waktu 8 jam,mengakibatkan kekerasan material benda kerja menumncukup berarti dari 617HV menjadi 312 HVHaI ini dapatdiakibatkan, butir yang membesar daD terjadinyaperubahan karbida kompleks (annealing effect) padamaterial HSS M41.

Setelah proses laku panas dilakukan

pemeriksaan metalografi dengan menggunakanmikroskop metalurgi, untuk mengamati struktur lapisan

yang terbentuk antara material dasar dan material

lapisan. Lamtan etsa yang digunakan adalah Nita12 %.

Untuk mengamati pembahan sifat mekanik daTi

spesimen maka dilakukan uji kekerasan Mikro Vickers

dengan beban 300 gram. Uji kekersan dilakukan mulai

dari material dasar setiap 0,03 mm sampai material peiapis.

Disamping uji kekerasan dilakukan juga uji

keausan. Uji keausan dilakukan berdasarkan standar

ASTM B-611- 76 dengan ukuran spesimen ; panjang 20

nun, lebar 14 nun, diameter lubang 2,5 mm dan kedalaman

lubang 6 mm.

Kondisi pengujian adalah; kecepatan putaran

piling 100 rpm dan beban sebesar 10 Kg, pH lumpur

almnina2,5.

DATA DAN PEMBAHASAN

Pemeriksaan Metalografi Uji Keausan

Hasil uji metalografi dilakukan terhadapspesimen yang belum diplOSes laku panas dan spesimenyang telah mengalami proses laku panas. Hasilpemeriksaan metalografi ditunjukkan pada Gambar 2 danGambar 3. Dari gambar terse but dapat dilihatterbentuknya lapisan barn diantara material dasardengan material pelapis daD lapisan tersebut munculsetelah spesimen mengalami proses laku panas.Tebalnya lapisan yang terbentuk mempakan fungsidaTi suhu daD waktu, hal ini dapat dimengerti karena

Pengujian keausan dilakukan berdasarkanASTM B611- 76. Dari pengujian ini ditentukan umur danprosentase keausan dengan lama pengujian 30 menit.Umur dihitung berdasarkan rumus berikut ini :

Umur (menit)80

x 30 =

80-81

-':,:~-, "" ,,' ,'" t.'.' ~ ,.,.,...~ '.~. r""".. ~.\ -~r!-' ,-,?~ ~-;.~t,'-"'1:;.~l-. ~':~::i:.:");.'.:f;~' -'1~'~;A;.~'~)'~~_4~..., ',:; .~, ;J

:."~.\.,.. .",',. "-7"'.. ~~"',-!""'":..'.,.,~.~.~it::~",."J'" ,t.~~_..~ ~:~~,, ~ '" :

'" I

Gambar Z. Gambar hasil metalografi .~pecimen hasil

metal .~pray yang belum dilaku panas

Gombar 3. Gambar hasil metalografi specimen yangtelah mengalami proses laku panas. Suhu 850.C danwaktu : 8 jam. Pembesaran 100 X, larutan etsamenggunakan : Nital 2%

91

Page 4: PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-089.pdfPengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik ... tersebut telah

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002

ISSN1411-2213

Tabel I. Standar parameter proses plasma spray Tabel J. 'Komposisi kimia material pelapis 52CN-S (standar metco)Komposisi kimia bajaperkakas HSS M-14

No Elemen ' % Berat

i Al 88

;;;~1'" Si 12

3. Pada penelitian ini parameter yang menghasilkankekerasan dan ketebalan lapisan paling tinggiadaIah; Suhu 850°C dan waktu pemanasan (Holdingtime) 8 jam. Dengan parameter perlakuan panastersebut diperoleh kekerasan maksimum 1120 HVdan menurunkan prosentase keausan sertamenaikkan umur sampel daTi 1,84 hari menjadi14,125hari.

4. Pada proses perlakuan panas suhu 850°Cdan waktu

pemanasan (Holding time) 8 jam, terjadi penurunankekerasan sampel yang cukup berarti daTi 617HVmenjOOi 312HV oleh karena i1u disarankan melakukanpenelitian untuk mencari parameterperlakuan panasyang optimal.

01

Pte$$i1!'ei",;

Fl~"":'

P~w~r

J~~~~~~ 02

Tabel2. Komposisi kimia baja perkakas HSS M-14

Sedangkan prosentase keausan ditentukan denganrumus:

Bo-Bl

BoPro.\'entase keausan = x 100%

dimana : Bo = Berat awal, B 1 = Berat akhir

Data uji keausan dapat dilihat pacta Tabel4. Daridata tersebut dapat dilihat bahwa waktu perlakuanpanas 8 jam memiliki laju keausan yang paling kecilsebesar 0,147% dan umur 14,125 hari, sedangkan tanpalapisan prosentase keausan adalah 1, 13 % dan umurnya1,84 hari. Dari dataini dapatdisimpulkan bahwa adanyalapisan Fe-AI dapat meningkatkan umur sebesar 7,7 kali.

DAFTAR PUSTAKA

[IJ. DAVIS J.R.,.4Iumunium andAlumuniumAlloys,ASM Specialty Handbook, Material Park, Ohio,

USA, (1993)[2J. BEGEfvtENM.L.,ManufacturingProcesses, John

Wiley, London, (1957)[3J. CALISlER Jr., Material~'i Science and Engi

neering an Introduction, John Wiley & Son Inc.,

(1985)[4]. SMALLMAN R.E., Modern Physical Metallurgy,

Betterworths, London, (1976)[5]. ASM Metal Handbook, Surface Cleaning,

Finishing and Coating, 5 Ninth Edition, (1982)[6J. ASM Metal Handbook, Properties and Selection

Stainless Steel, Tool Material and Special

Purpose Metal, 3, (1982)[7J. ROBERT G.A., HAMAKER Jr., Jhonson A.R.,

Tool Steel, ASM Handbook, Third Edition, (1962)

KESIMPULANDANSARAN

DaTi penelitian awal yang telah dilakukan dapat

diambil beberapa kesimpulan dan saran.1. Proses metal spray dan diikuti dengan proses

perlakuan panas dapat digunakan untukmeningkatkan kekerasan paa permukaan bajaperkakasHSS M14.

2. Lapisan Fe-Ai teIbentuk setelahspecimen mengalamilaku panas dan parameter yang digunakan padaperlakuan panas akan menentukan tebal dankekerasan lapisan yang terbentuk.

Tabel 4. Data basil u.ii keausan

Kondisi Perlakuan PanasT ~ 850°C.t ~ 4 jam

Perlakuan Pana.'!T = 850.C,t=6jam

Perlakuan PanasT = 850°C,t = 8jam

Bernt Awal

Berat Akhir

Umur

TanpaPerlakuan

Panas

5,30 gr

5,28 gr

1,84 hari

1,13%

7,18gr

7,11 gr

2,1 hari

0,97%

7,28 gr

7,26 gr

7,5 hari

0,27%

6,77gr

6,76 gr

14,125 hari

0,147%ProsentaseKea~an

92

Page 5: PENGERASAN PERMUKAAN BAJA PERKAKAS HSS …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-089.pdfPengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik ... tersebut telah

Pengerasan Permukaan Baja Perkakas HSS M41 dengan Teknik Pelapisan Metal Spray (Leni Juwita)

1200

1000

800

~c.;.¥G)

~

600

400

200

0

r~~ HT~:~~~ ~!~"+~~J

Gambar 4. Grafik hasil uji kekerasan spesimen dengan berbagai waktu perlakuan panas

[8)

[9]

SAUBARI A.H., Pelapisan Al pada Baja denganProses Metal Spray, Departemen Teknik MesinnB,(1991)SCHAFFER J.P., The Science and Design of

EngineeringMaterial, WCB/McGraw-Hill, (1999)

93