BAB V

JOMINY TEST(UJI JOMINY)

5.1 PENDAHULUAN

Dalam dunia engineering kadang diperlukan spesifikasi atau karakteristik

dalam menentukan material agar sesuai dengan fungsi yang diinginkan. Semisal

kita memerlukan material yang lebih keras, kita bisa melakukannya dengan uji

jominy agar kemampukerasannya meningkat. Adapun aplikasi pengujian

kemampukerasan Jominy adalah sebagai penguji kekerasan pada industri

manufaktur roda gigi. Sebagai contoh kebanyakan industri manufaktur roda gigi

menggunakan grafik kekerasan untuk mengetahui nilai kemampukerasan yang

diperlukan untuk desain roda gigi dengan ukuran pitch tertentu.

Jominy End-Quench test adalah suatu metode untuk menguji sifat

kemampukerasan suatu material. Kemampukerasan mempunyai definisi yang

berbeda dengan kekerasan. Kemampukerasan suatu material adalah kemampuan

suatu material untuk dikeraskan yang ditandai dengan kemudahan material itu

untuk dibentuk martensitnya.

Selain dengan Jominy End-Quench Test, kemampukerasan suatu material

dapat diperoleh dari diagram temperatur transformasi dan waktu (diagram TTT)

dan diagram transformasi pendinginan kontinu (CCT) dari pendinginan kritisnya.

[1]

5.1.1 LATAR BELAKANG

Jominy test adalah sebuah uji standar 25mm x 100mm sepotong

dipanaskan sampai suhu yang sudah ditentukan dan didinginkan oleh air

bertekanan disemprotkan pada salah satu ujungnya. Ketika spesimen dingin,

pengukuran kekerasan dilakukan pada interval sepanjang potongan uji dari

ujung dipadamkan dan hasil diplot pada grafik standar dari yang diturunkan

kurva hardenability. Tes ini akan menggambarkan pengaruh massa pada baja

dipilih bila di beri perlakuan panas dan menunjukkan apakah baja adalah tipe

pengerasan dangkal, menengah atau mendalam. [2]

Jominy test adalah salah satu prosedur standar untuk mengetahui

karakteristik kemampukerasan (hardenability) suatu material. [3]

Heat treatment adalah proses pemanasan dan pendinginan yang

terkontrol terhadap logam, sesuai dengan tujuan pemakaiannya, yaitu

1) Untuk mempersiapkan material untuk proses berikutnya

2) Mempermudah proses machining

3) Untuk mengurangi kebutuhan daya pembentukan dan kebutuhan

energi

4) Memperbaiki sifat keuletan material dan kekuatan material. [4]

Heat Treatment adalah pemanasan terkontrol dan pendinginan logam

untuk mengubah sifat fisik dan mekanis tanpa mengubah bentuk produk.

perlakuan panas kadang-kadang dilakukan secara tidak sengaja karena proses

manufaktur yang baik panas atau dingin logam seperti pengelasan

Dalam heat treatment terdapat dua proses yaitu hardening

(pengerasan) dan softening (pelunakan). Dan proses hardening (pengerasan)

di bagi menjadi 2 , surface hardening dan quenching. Pada proses quenching

inilah kita dapat menggunakan jominy test. [5]

Kemampukerasan (hardenability) adalah pengaruh komposisi paduan

terhadap kemampuan yang ditunjukkan dengan suatu parameter khusus, yaitu

kemampukerasan, pada paduan baja untuk mengubah strukturnya menjadi

struktur martensit pada proses pendinginan cepat tak seragam (particular

quenching treatment).[3]

5.1.2 TUJUAN PRAKTIKUM

1. Melakukan percobaan Jominy.

2. Menentukan kemampukerasan material baja ST 40 dan ST 60.

3. Membuat dan mengetahui kurva kemampukerasan material tersebut. [4]

5.1.3 MANFAAT

1. Memberikan perluasan pengetahuan mengenai uji kemampukerasan

material baja ST 40 dan ST 60

2. Membuktikan fase perubahan baja dari austenite ke martensit

3. Menunjukkan korelasi antara mampu keras dan pendinginan kontinu untuk

campuran besi karbon pada komposisi eutektoid

4. Menunjukkan proses pemberian kekuatan dan keuletan pada baja ST 40

dan ST 60 dengan metode quenching

5. Berperan sebagai salah satu metode yang dapat digunakan

untukmengetahui kurva kemampukerasan material baja.

5.2 DASAR TEORI

Untuk memberikan kekuatan dan keuletan pada baja, pertama baja harus

dikeraskan dengan mencelup dingin. Lebih baik mempunyai 100% martensit

setelah dicelup dingin, tetapi untuk mendapatkan 100% martensit harus didinginkan

pada pendinginan tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis dari fasa

austenit. Tetapi umumnya bagi butiran austenit yang berukuran besar susah untuk

mendapat laju pendinginan yang lebih besar dari laju pendinginan kritis di tengah-

tengahnya.

Mampukeras dapat diperoleh dari diagram temperatur transformasi dan waktu

(TTT) dan diagram transformasi pendinginan kontinu (CCT) dari pendinginan

kritisnya, atau dengan pengujian jominy yang dinamakan celup dingin ujung (The

Jominy End-Quench Test), untuk mendapatkan panjang daerah celup dingin.

Pada percobaan ini, batang bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan di daerah

austenit dan dicelup pada ujungnya dalam air dengan kecepatan aliran dan tekanan

tertentu. Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang cepat, oleh karena itu

mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon baja yang sedang diuji.

Makin besar laju pendinginan kritis makin panjang daerah celup dingin pada

pengujian jominy, makin baik kemampukerasannya. [4]

Mounting fixture

Jominy Specimen

Water Spray (24oC)

Flat ground along bar

Rockwell C hardness tests

Gambar 5.1 Spesimen untuk pengujian Jominy (a) Proses Quenching (b)

Setelah ditest kekerasannya [4]

5.2.1 PENGERTIAN KEMAMPUKERASAN

Kemampukerasan (hardenability) adalah pengaruh komposisi paduan

terhadap kemampuan yang ditunjukkan dengan suatu parameter khusus, yaitu

kemampukerasan, pada paduan baja untuk mengubah strukturnya menjadi

struktur martensit pada proses pendinginan cepat tak seragam (particular

quenching treatment).

Sedangkan kekerasan adalah suatu ukuran ketahanan suatu material

deformasi plastik terlokalisir (localized plastic deformation) contohnya

identasi skala kecil atau goresan. Deformasi adalah perubahan bentuk,

dimensi dan posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari alam

ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan ruang. Sedangkan proses

deformasi plastis adalah proses pembentukan logam dimana baik ukuran

maupun bentuk logam tidak dapat kembali pada keadaan semula. [3]

Penting sekali untuk membedakan pengertian kekerasan dan

kemampukerasan. Definisi kekerasan (hardness) dan kemampukerasan

(hardenability) adalah dua hal yang berbeda. Kemampukerasan

(hardenability) adalah pengaruh komposisi paduan terhadap kemampuan

yang ditunjukkan dengan suatu parameter khusus, yaitu kemampukerasan,

pada paduan baja untuk mengubah strukturnya menjadi struktur martensit

pada proses pendinginan cepat tak seragam (particular quenching treatment).

[6]

Pada setiap paduan baja yang berbeda terdapat hubungan spesifik antara

sifat mekanik dengan laju pendinginan. Kemampukerasan adalah suatu

parameter yang digunakan untuk mendiskripsikan kemampuan (ability) suatu

paduan untuk dikeraskan dengan adanya struktur martensit sebagai hasil dari

perlakuan panas yang diberikan terhadap paduan itu. Suatu paduan baja yang

memilki tingkat kemampukerasan yang tinggi memiliki struktur martensit

tidak hanya pada bagian permukaan saja tapi seluruh bagian termasuk interior

material itu.[3]

Kemampukerasan dari sebuah material baja dipengaruhi oleh beberapa

faktor, yaitu:

(1) Komposisi paduan baja

Berdasarkan komposisinya baja terdiri dari:

a. Karbon ( 0.1% - 1.5 %)

b. Mangan (0,3% - 1,5%)

c. Silikon ( 0,35% - 1,0% )

d. Belerang ( 0,05% - 0,3%)

e. Fosfor (0,04% - 0,10%)

f. Kromium (sampai dengan 12%)

g. Molibdenum (kurang dari 1,0% )

h. Nikel ( 4 % - 10 %)

i. Vanadium ( sampai dengan 0,05%)

j. Besi (sampai dengan 95,79 %) [7]

Berdasar kandungan karbonnya, baja dapat dikelompokkan

menjadi:

a. Baja karbon rendah (low carbon steel) yang mengandung

karbon kurang dari 0.3%.

b. Baja karbon sedang (medium carbon steel) yang

mengandung karbon 0.3%-0.7%.

c. Baja karbon tinggi (high carbon steel) kandungan karbon

sekitar 0.7%-1.3%. [8]

(2) Ukuran butir austenit (the austenitic grain size).

(3) Struktur baja sebelum proses pendinginan cepat (quenching). [1]

Kekerasan baja setelah quenching umumnya tergantung pada persentase

kandungan karbonnya. Kekerasan baja akan meningkat seiring dengan

meningkatnya material kadar karbon hingga sekitar 0.6 % C. Melewati atau

meningkat diatas 0.6 % setelah didinginkan nilai kekerasan baja juga

meningkat tetapi peningkatan gradien lebih kecil kalau kadar karbon

meningkat. Umumnya diketahui bahwa struktur martensit yang dinormalkan

lebih keras daripada struktur ferit–perlit atau perlit. Berikut kita lihat

hubungan antara kekerasan dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja :

Gambar 5.2 Hubungan antara kekerasan maksimum dan kadar karbon dalam

baja karbon. [6]

Gambar 5.3 gambar diagram fasa untuk mencapai kekerasan maksimum[9]

Dari diagram fasa yang dituntujukkan pada gambar 5.3 terlihat bahwa

suhu sekitar 723°C merupakan suhu transformasi austenit menjadi fasa perlit

(yang merupakan gabungan fasa ferit dan sementit). Transformasi fasa ini

dikenal sebagai reaksi eutektoid dan merupakan dasar proses perlakuan panas

dari baja.

Sedangkan daerah fasa yang prosentase larutan karbon higga 2 % yang

terjadi di temperatur 1.147°C merupakan daerah besi gamma (γ) atau disebut

austenit. Pada kondisi ini biasanya austenit bersifat stabil, lunak, ulet, mudah

dibentuk, tidak ferro magnetis dan memiliki struktur kristal Face Centered

Cubic (FCC).

Besi murni pada suhu dibawah 910°C mempunyai struktur kristal Body

Centered Cubic (BCC). Besi BCC dapat melarutkan karbon dalam jumlah

sangat rendah, yaitu sekitar 0,02 % maksimum pada suhu 723°C. Larutan

pada intensitas dari karbon didalam besi ini disebut juga besi alpha (α) atau

fasa ferit. Pada suhu diantara 910°C sampai 1.390°C, atom-atom besi

menyusun diri menjadi bentuk kristal Face Centred Cubic (FCC) yang juga

disebut besi gamma (γ) atau fasa austenit. Besi gamma ini dapat melarutkan

karbon dalam jumlah besar yaitu sekitar 2,06 % maksimum pada suhu sekitar

1.147°C. Penambahan karbon ke dalam besi FCC ditransformasikan kedalam

struktur BCC dari 910°C menjadi 723°C pada kadar karbon sekitar 0,8 %.

Diantara temperatur 1.390°C dan suhu cair 1.534°C, besi gamma berubah

menjadi susunan BCC yang disebut besi delta (δ).

Gambar 5.4 Perbedaan kekerasan pada Uji Jominy terhadap jarak dari ujung[3]

Kurva tersebut menggambarkan adanya korelasi antara proses

pendinginan yang terjadi terhadap kemampukerasan suatu material baja.

Penjelasan:

1) Garis A menunjukan Ujung batang yang terkena air mengalami

pendinginan yang sangat cepat, oleh karena itu mempunyai

kekerasan maksimum untuk kadar karbon yang sedang diuji /

menjadi struktur martensit.

2) Garis B menunjukan Ujung batang yang terkena air mengalami

pendinginan yang sedang, sehingga strukturnya menjadi martensit

dan perlit.

3) Garis C menunjukan Ujung batang yang terkena air mengalami

pendinginan yang sangat yang lambat , sehingga strukturnya menjadi

fine perlit.

4) Garis D menunjukan Ujung batang yang terkena air mengalami

pendinginan yang sangat sangat lambat, sehingga strukturnya

menjadi pearlite. oleh karena itu mempunyai kekerasan minimum

untuk kadar karbon yang sedang diuji.

Agar mendapatkan kekuatan dan keuletan pada baja, hal pertama yang

dilakukan pada material baja adalah mengeraskan dengan mencelup dingin.

Lebih utama memiliki 100 % martensit setelah dicelup dingin. Namun untuk

mendapatkan 100 % martensit material baja harus didinginkan pada

pendinginan tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis dari fasa

austenit. [6]

Kekerasan maksimun dapat dicapai dengan dengan membentuk

martensit 100 %. Salah satunya adalah material baja bertransformasi lambat

dari austenit menjadi ferit dan karbida maka akan memiliki kemampukerasan

yang besar.Sebaliknya baja yang dengan cepat bertransformasi dari austenit

menjadi ferit dan karbida mempunyai kemampukerasan yang rendah karena

dengan terjadinya transformasi pada suhu tinggi, terbentuk struktur (α+C)

bukan martensit tidak terbentuk. Kekerasan mendekatimaksimum dapat

dicapai dengan quenching yang kurang cepat dalam baja dengan baja dengan

kemampukerasan tinggi dapat dicapai di pusat sepotong baja meskipun pada

bagian ini laju pendinginan lebih lambat. [6]

Kemampukerasan baja dapat diperoleh dari diagram temperatur

transformasi dan waktu (diagram TTT) dan diagram pendinginan kontinu

(CCT) dari pendinginan kritisnya, atau dengan pengujian Jominy yang

dinamakan pengujian celup dingin ujung (The Jominy End- Quench Test),

untuk mendapatkan panjang daerah pencelupan dingin. [4]

Diagram TTT adalah suatu diagram yang menghubungkan transformasi

austenit terhadap waktu dan temperature. Jika dilihat dari bentuk grafiknya

diagram ini mempunyai nama lain yaitu diagram S atau diagram C.

Berikut ini contoh diagram transformasi:

Gambar 5.5Diagram Transformasi isotermal untuk Dekomposisi austenit. [3]

Penjelasan:

1) Diagram transformasi baja pada kondisi ekuilibrium memberikan

sedikit sekali pengetahuan tentang pendinginan baja pada kondisi non-

ekuilibrium.

2) Temperatur transformasi austenit mempunyai pengaruh yang besar

terhadap produk hasil transformasi dan properties baja.

3) Karena austenit tidak stabil di bawah temperatur kritis bawah, sangat

penting untuk diketahui berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk

austenit selesai bertransformasi, dan bertransformasi menjadi apa pada

akhirnya austenit tersebut pada temperatur konstan di bawah temperatur

kritis bawah.

4) Proses transformasi tersebut dinamakan Isothermal Transformation

(IT).

Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur baja yang

diinginkan agar cocok dengan penggunaan yang direncanakan. Struktur yang

diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi awal. Proses

transformasi ini dapat dibaca dengan menggunakan diagram fasa namun

untuk kondisi tidak setimbang diagram fasa tidak dapat digunakan, untuk

kondisi seperti ini makadigunakan diagram TTT.

Gambar di bawah ini merupakan salah satu contoh diagram TTT :

Gambar 5.6 Diagram TTT [10]

Keterangan :

1. Garis merah , Spesimen didinginkan dengan cepat untuk 433 o K dan

dibiarkan selama 20 menit. Tingkat pendinginan terlalu cepat untuk

perlit terbentuk pada temperatur yang lebih tinggi, sehingga baja

tetap pada fase austenit sampai suhu Ms dilewatkan, mana martensit

mulai terbentuk. Sejak 433 o K adalah suhu di mana setengah dari

austenit mengubah untuk martensit, directquench mengkonversi 50%

dari struktur untuk martensit. Penahanan di 433oK hanya sejumlah

kecil martensit tambahan, sehingga struktur dapat dianggap setengah

martensit dan setengah austenit sisa.

2. Garis hijau, Spesimen ini ditahanpada 523o K untuk 100 detik, yang

tidak cukup panjang untuk membentuk bainit. Oleh karena itu,

quenching kedua dari 523 o K ke suhu ruang mengembangkan

struktur martensit

3. Garis biru, Sebuah proses isotermal pada 573 o K untuk 500 detik

menghasilkan struktur setengah bainit dan austenit. Pendinginan

cepat akan menghasilkan suatu struktur akhir martensit dan bainit.

4. Garis orange, Austenit mengkonversi sepenuhnya untuk perlit halus

setelah delapan detik pada 873 o K. Fase ini stabil dan tidak akan

diubah pada induk 100.000 detik di 873 o K. struktur akhir, ketika

didinginkan, adalah perlit halus

Diagram Continuous Cooling Transformation (CCT) juga dikenal

sebagai diagram pendingin transformasi (CT), diagram CCT mengukur

tingkat transformasi sebagai fungsi waktu untuk suhu (penurunan) terus

berubah . Dengan kata lain, sampel adalah austenitized dan kemudian

didinginkan pada tingkat yang telah ditentukan, dan derajat transformasi

diukur dengan menggunakan teknik seperti dilatometry, permeabilitas

magnetik atau metode fisik lainnya.

Berikut ini adalah salah satu diagram CCT :

Gambar 5.7Diagram CCT [11]

Penjelasan:

1) Peningkatan kandungan karbon menggeser kurva CCT dan TTT ke

kanan (ini sesuai dengan peningkatan kemampukerasan karena

meningkatkan kemudahan membentuk martensit yaitu laju

pendinginan yang diperlukan untuk mencapai martensit kurang

2) Peningkatan kandungan karbon dan penurunan suhu mulai martensit.

Peningkatan kandungan Mo menggeser kurva CCT dan TTT ke

kanan dan juga memisahkan wilayah ferit + perlit dari daerah bainit

membuat pencapaian struktur.

3) Diagram CCT memberikan prediksi struktur mikro akhir dari baja

memperhatikan sifat kontinyu dari proses pendinginan selama

austenit. diagram CCT biasanya sedikit bergeser ke suhu yang lebih

rendah dan waktu lebih lama dibandingkan dengan diagram

TTT. Meskipun CCT diagram sangat membantu, perlu diingat

bahwa ada beberapa keterbatasan ketika mencoba menerapkan

diagram untuk pengerasan induksi.

4) CCT diagram dikembangkan dengan asumsi austenit homogen, yang

tidak selalu terjadi di pengerasan induksi. austenit homogen, antara

faktor-faktor lain, yang berarti ada distribusi nonuniform

karbon. Oleh karena itu, pendinginan daerah karbon tinggi dan

rendah konsentrasi austenit homogen akan diwakili oleh kurva CCT

yang berbeda dan memiliki kurva pendinginan kritis yang berbeda

pula.diagram CCT juga menjelaskan pendinginan terus-menerus

selama pendinginan, kurva pendinginan mengasumsikan laju

pendinginan konstan.

Sebenarnya memplot kurva pendinginan pada diagram IT tidak tepat

karena transformasi yang digambarkan dengan diagram IT adalah

transformasi pada temperature konstan, sedangkan pendinginan yang dialami

suatu benda pada proses laku panas biasanya pendinginan yang kontinyu.

Letak kurva transformasi akan bergeser bila transformasi berlangsung pada

temperatur yang menurun. Karena itu perlu dibuat suatu diagram transformasi

pada pendingian kontinyu. Diagram transformasi semacam ini dinamakan

diagram transformasi pendinginan kontinyu atau diagram CCT (Continuous

Cooling Transformation).

Pada diagram Fe-Fe3C hanya menunjukkan perubahan didasarkan pada

kadar karbon yang terkandung pada baja tersebut. Diagram yang

menunjukkan hal ini di sebut dengan diagram CCT. Pada setiap baja

mempunyai diagram CCT yang berbeda. Suatu contoh dari diagram CCT

ditunjukkan pada gambar dibawah. Disini ditunjukkan hubungan antara suhu

mula dan suhu akhir transformasi dengan lama pendinginan dari 800oC (garis

tebal), untuk baja kuat (55 kg/mm2) yang dipanaskan dengan dengan cepat

ketemperatur 1300oC dan kemudian didinginkan dengan bermacam-macam

kecepatan pendinginan. Garis putus menunjukkan beberapa contoh siklus

termal suatau pengelasan, yang bila digabungkan garis tebal dari diagram

CCT seperti yang ditunjukkan pada gambar2.7 dapat menunjukkan tahap-

tahap tansformasi selama pendinginan dan dapat dipakai untuk meramalkan

strukur akhi yang tebentuk. [12]

Diagram T-I membuktikan bahwa transformasi austenit berlangsung

dengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid suhu kritis

sebelum material berubah fasa) maupun suhu rendah. Suhu eutectoid

merupakan suhu dimana larutan padat baja karbon ini bertransformasi dari

sebuah larutan padat homogen menjadi ferit dan sementit secara serentak dan

pada temperatur konstan. Fase ini dapat bertambah secara terpisah. Ferit dan

sementit yang terbentuk dari reaksi eutektoid menghasilkan perlit.. Reaksi

yang lamban pada suhu tinggi disebabkan karena tidak cukup pendinginan

lanjut yang dapat menimbulkan nukliasi ferit dan karbida baru dari austenit

semula.

Kurva CCT terbentuk dari proses pendinginan kontinyu. Proses

pendinginan kontinyu : Sepotong baja yang panas dikeluarkan dari dapur

kemudian didinginkan dalam udara., atau baja dicelup ke dalam air.

Keduanya tidak mengalami masa isotermal, sewaktu terbentuk ( α + C ) Pada

pencelupan cepat kurva transformasi tidak terpotong, hasilnya austenit

berubah menjadi martensit dan tidak terbentuk perlit (α + C). Perlit terbentuk

pada waktu pendinginan kontinu (perlahan-lahan), akan tetapi dekomposisi

baru terjadi agak lama (pada suhu yang lebih rendah). [6]

Gambar 5.8Transformasi pendinginan kontinu suhu dan waktu

transformasitergeser terhadap kurva transformasi isotemal untuk baja yang sama.[6]

Penjelasan diagram:

1) Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

2) Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan

menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

3) Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan

struktur mikro martensit.

Diagram waktu temperatur untuk pendinginan kontinu menjelaskan

semua proses transformasi yang berjalan ketika kecepatan berbagai

pendinginan digunakan. Oleh karena itu sejumlah kurva pendinginan yang

ditampilkan berdasarkan suhu austenitisasi. Kecepatan pendinginan ditandai

pada 500 ° isoterm dalam ° C / menit. dan, dalam kasus pendinginan cepat,

parameter pendingin dicatat. Parameter pendinginan memberikan waktu

pendinginan antara 800 dan 500 ° C dengan mengalikan dengan 100; sebuah

parameter dari 0,1 mengatakan bahwa pendingin 800-500 ° C terjadi dalam

10 detik. [13]

Untuk setiap kurva pendinginan, tahapan transformasi individu

consituents mikrostruktur dicatat sebagai persentase. Nilai Kekerasan yang

hadir mikro pada suhu kamar akan ditampilkan pada sumbu axis sebagai

HV.Suhu austenitisation dan ukuran butir juga berpengaruh terhadap

bagaimana proses transformasi berlangsung.

CRm = laju pendinginan minimum untuk 100% martensit.

CRp = laju pendinginan maksimum untuk 100% perlit

Pada percobaan ini, batang bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan di

daerah austenit yaitu daerah yang mengalami pendinginan dan disemprotkan

pada ujungnya dengan air dengan kecepatan aliran dan tekanan tertentu.

Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang cepat, oleh karena itu

mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon baja yang sedang diuji.

Makin besar laju pendinginan kritis makin panjang daerah celup dingin pada

pengujian Jominy, makin baik kemampukerasannya. [13]

Air-cooled end

specimenWater-quenchedend

Water spray

nozzle

Water inlet

Drain

Percobaan tersebut dapat digambarkan seperti di bawah ini sekaligus

dengan contoh diagram yang digunakan:

Gambar 5.9 Spesimen dan Kelengkapan end-quench hardenability test dan

Skema Ilustrasi dari end-quench hardenability test. [1]

Gambar 5.10 Diagram transformasi laju pendinginan [14]

Untuk setiap jenis baja terdapat hubungan langsung dan konsisten

antara kekerasan dan laju pendinginan. Akan tetapi hubungan ini tidak linier.

Selain itulandasan teori untuk analisa kuantitatif cukup rumit (mencakup

variabel seperti : unsur paduan, ketidakmurnian, besar butir, dan suhu

austenitisasi). Untunglah ada cara pengujian standar yang singkat, yang

memungkinkan ahli teknik memperkirakan kekerasan pada penggunaan

tertentu dan membandingkan kekerasan antara berbagai jenis baja.

5.2.2 MACAM-MACAM PROSES MENGERASKAN MATERIAL

A. Quenching

Quenching merupakan suatu proses pendinginan yang termasuk

pendinginan langsung. Pada proses ini benda uji dipanaskan sampai suhu

austenit dan dipertahankan beberapa lama sehingga strukturnya seragam,

setelah itu didinginkan dengan mengatur laju pendinginannya untuk

mendapatkan sifat mekanis yang dikehendaki. Pemilihan temperatur

media pendingin dan laju pendingin pada proses quenching sangat

penting, sebab apabila temperature terlalu tinggi atau pendinginan terlalu

besar, maka akan menyebabkan permukaan logam menjadi retak.

Untuk baja karbon, medium quenching yang digunakan adalah

air,sedangkan untuk baja paduan medium yang disarankan adalah oli,

cairan polimeratau garam. Untuk baja-baja paduan tinggi disarankan agar

menggunakan mediumcairan garam.Medium yang digunakan pada proses

quenching diantaranya, adalah:

a. Air

1) Sangat umum digunakan sebagai quenching, dan juga mudah

diperoleh sehingga tidak ada kesulitan dalam pengambilan

dan penyimpanan.

2) Panas jenis dan konduktivitas termal tinggi, sehingga

kemampuan mendinginkannya tinggi.

3) Dapat mengakibatkan distorsi(penyimpangan)

4) Digunakan untuk benda−benda kerja yang simetris dan

sederhana.

Gambar di bawah ini adalah contoh quenching menggunakan

air:

Gambar 5.11 Proses quenching menggunakan air [15]

b. Oli

1) Banyak digunakan

2) Laju pendinginan lebih lambat dibandingkan air

3) Konduktivitas termal, panas laten penguapan rendah

4) Viskositas(ketahanan suatu fluida) tinggi, laju pendinginan

menjadi rendah(pendinginan lambat)

5) Viskositas yang rendah menyebabkan laju pendinginan tinggi

dan menjadi mudah terbakar.

Gambar di bawah ini adalah contoh quenching menggunakan oli:

Gambar 5.12 Proses quenching menggunakan oli [16]

c. Udara

1) Distorsi(penyimpangan) bisa diabaikan

2) Pendinginan dilakukan dengan menyemprotkan udara

bertekanan ke benda kerja

Gambar di bawah ini adalah contoh quenching menggunakan

udara:

Gambar 5.13 Proses quenching menggunakan udara [17]

d. Salt bath

1) Campuran nitrat dan nitrit (NaNO3 dan NaNO2)

2) Digunakan untuk meng−quench benda kerja pada temperatur

yang relatif rendah

Gambar di bawah ini adalah contoh quenching menggunakansalt

bath:

Gambar 5.14 Proses quenching menggunakan salt bath [18]

e. Polimer

1) Larutan polimer yang digunakan : poliakalin glikol atau

polivinil alkohol

2) Penambahan 12−15 % polimer laju quenchnya lebih baik

dibandingkan oli

Gambar di bawah ini adalah contoh quenching menggunakan

larutan polimer:

Gambar 5.15 Proses quenching menggunakan polimer [19]

Tabel. 5.1 Nilai kekerasan (severity) dari media quenching

Air Oil Water Brine

No Circulation of Fluid or Agitation

of Piece 0.02

0.25 to

0.30

0.9 to

1.02

Mild Circulation

…………………………….…

0.30 to

0.35

1.0 to

1.1

2 to

2.2

Moderate Circulation

…………………………

0.35 to

0.40

1.2 to

1.3…

Good Circulation

……………………………… 0.4 to 0.5

1.4 to

1.5…

Strong Circulation

…………………………..0.05 0.5 to 0.8

1.6 to

2.0…

B. Surface Hardening di bagi menjadi 2, yaitu :

a. Dengan Zat Perantara

1) Carburizing

Carburizing adalah proses penambahan karbon ke permukaan. Hal ini

dilakukan dengan menambahkan bagian yang kaya Karbon pada suhu

tinggi dan memungkinkan difusi untuk mentransfer atom karbon ke dalam

baja. difusi ini akan bekerja hanya jika baja memiliki kandungan karbon

rendah, karena difusi bekerja pada perbedaan prinsip konsentrasi. Jika,

misalnya di mulai dengan baja yang memiliki kandungan karbon tinggi ,

dan dipanaskan dalam tungku karbon bebas, seperti udara, karbon akan

cenderung berdifusi keluar dari baja mengakibatkan dekarburisasi.

Berikut ini ditunjukkan gambar mengenai carburizing:

Gambar 5.16 Contoh proses carburizing [20]

2) Nitriding

Nitridasi adalah proses menyebarkan Nitrogen ke permukaan baja.

Dengan Nitrogen bentuk nitrida dengan elemen seperti Aluminium,

Chromium, Molybdenum, dan Vanadium. Material - material di beri

perlakuan sebelum di nitridasi. Bagian tersebut kemudian dibersihkan dan

dipanaskan dalam tungku dalam atmosfer Amonia yang dipisahkan

Pressure Relief Valve

Vent

High Pressure Gauge

Vaporizor for Liquid Ammonia Supply

Electric Heating ElementOr

Burner/Blower

AmoniaGas orLiquidInlet

Low PressureGauge

Input PressureRegulator

LowPressureReliefValve

VentOutput Pressure

RegulatorShut-offValves

Atmosphere to

Point ofApplication

(mengandung N dan H) untuk 10 sampai 40 jam pada 500-625 º C (932-

1157 º F). Nitrogen berdifusi ke dalam baja dan bentuk paduan nitrida, dan

meresap sampai ke kedalaman 0,65 mm (0,025 in). Hasil perlakuan ini

sangat keras dan distorsi rendah. Tidak ada perlakuan panas lebih lanjut

diperlukan, bahkan, perlakuan panas lebih lanjut bisa memecahkan material.

Karena lapisan hasil nitriding tipis, gerinda di permukaan tidak dianjurkan.

Oleh karena itu proses Nitriding membutuhkan permukaan yang sangat

halus.

Berikut ini gambar dan alur terjadinya proses nitriding:

Gambar 5.17Gambartempat yang dipakai proses nitriding beserta alur

kerjanya [20]

3) Nitrocarburizing

Proses nitrocarburizing merupakan proses pengembangan dari proses

nitridasi dimana keduanya sama-sama menggunakan unsur nitrogen serta

bertujuan untuk mendapatkan kekerasanpada permukaan logam.

Berikut ini adalah salah satu alur terjadinya proses karbonitriding:

Gambar 5.18 Proses Karbonitriding [20]

Kedalaman lapisan nitrida pada proses nitrocarburizing bergantung

pada jenis material,temperatur dan lamanya waktu pemanasan. Dalam

keadaan atmosfer yang kaya akan nitrogen maka hal ini akan mengurangi

resiko dalam pembentukan sementit, melalui pengaturan aktifasi nitrogen

yang berada pada keadaan atmosfer akan mencegah terjadinya porositas

serta dapat meningkatkan ketebalan lapisan logam.

4) Boronizing

Boronizing adalah proses perlakuanpermukaan secara termomekanik

yang dapat digunakan secaraluas untuk logam ferrous,nonferrous dan

cermet (ceramicmetal) material. Proses ini menggunakan pemanasan

materialyang telah dibersihkan pada range suhu 700-1000oC selama

1sampai 12 jam. Teknik yang dikembangkan saat ini adalah thermo

mechanical boriding yang menggunakan teknik gas boriding seperti plasma

bonding dan fluidized bed boriding. Proses boriding yang paling sering

digunakan saat ini adalah proses CVD untuk mendeposisikan boron pada

material yang diinginkan.

Berikut ini merupakan salah satu contoh boronizing:

Gambar 5.19 Proses Boronizing [21]

b. Tanpa Zat Perantara

1) Flame hardening

Flame Hardeningmerupakan salah satu proses pengerasan permukaan

(Surface Treatment) dengan menggunakan nyala api langsung yang

dihasilkan dari gas oxy-acetylene. Proses ini menghasilkan suatu lapisan

permukaan yang keras dengan inti yang masih lunak sehingga baja masih

tetap ulet (tidak getas) meski permukaannya menjadi keras.

Gambar ini merupakan contoh proses terjadinya flame hardening

Gambar 5.20Flame hardening[22]

2) Induction hardening

Sebuah proses secara luas digunakan untuk pengerasan permukaan

baja. Komponen dipanaskan dengan menggunakan medan magnet bolak-

balik dengan suhu di dalam atau di atas rentang transformasi diikuti oleh

pendinginan segera. Inti dari komponen tetap tidak terpengaruh oleh

perlakuan dan sifat fisik adalah dari bar dari mana itu mesin, sedangkan

kasus kekerasan bisa berada dalam rentang Rc 37/58. Karbon dan baja

paduan dengan kadar karbon di 0.40/0.45% kisaran yang paling cocok

dengan proeses ini. [24]

Berikut ini gambaran mengenai induction hardening:

Gambar 5.21Induction hardening [22 &23]

c. Strain Hardening

Strain hardening adalah proses menguatkan material dengan cara

mendeformasi plastis (merubah bentuk melewati batas elastis) material

tersebut. Penguatan dapat terjadi karena terjadi pergerakan dislokasi struktur

kristal material tersebut. Setiap material dengan titik leleh cukup tinggi

seperti logam dan paduan dapat diperkuat dengan cara ini. Bajapaduan yang

tidak bisa menerima perlakuan panas, termasuk baja karbon rendah, sering

di berikan perlakuan keras. Beberapa bahan tidak dapat di beri perlakuan

keras pada suhu kamar normal, seperti indium,

Namun lain hanya dapat diperkuat melaluipekerjaan pengerasan,

seperti tembaga murni dan contoh aluminum.pengerasan pekerjaan yang

diinginkan adalah yang terjadi dalam proses pengerjaan logam yang sengaja

menimbulkan deformasi plastik untuk mendapatkan perubahan bentuk yang

tepat. Proses ini dikenal sebagai pengerjaan dingin atau proses pembentukan

dingin. Mereka dicirikan dengan membentuk benda kerja pada suhu di

bawah temperatur rekristalisasi, biasanya pada suhu kamar.Teknik Dingin

pembentukan biasanya digolongkan ke dalam empat kelompok

utama:squeezing, bending, drawing, and shearing. [25]

Berikut ini contoh proses pengerolan pada baja:

Gambar 5.22 proses rolling baja [26]

Strain hardening tergantung pada:

1. Konsentrasi atom

2. Modulus geser atom

3. Ukuran atom

4. Valensi atom (untuk bahan ionik)

5.2.3 PENGUJIAN KEMAMPUKERASAN

1. Metode diameter kritis Grossman.

Metode ini baja yang akan diuji hardenabilitynya dibuat menjadi

sejumlah spesimen berbentuk batang silindris dari berbagai diameter dan

panjang masing-masing paling sedikit lima kali diameternya. Semua

spesimen dipananskan hingga mencapai temperatur austenitising (untuk

baja hypoeutectoid 25-50C diatas temperatur kritis atas A3, dan untuk baja

hypereutectoid 25-50 C diatas temperatur kritis bawah A1) dan dengan

holding time (± 30 menit), kemudian diquench dalam suatu media

pendingin tertentu. Setelah itu setiap spesimen dipotong melintang dan

dilakukan pengamatan mikroskopik untuk struktur yang terjadi pada

penampang itu, juga diukur kekerasannya sepanjang penampang batang.

Dari hasil pengukuran atau pengamatan dicari suatu batang yang pada

intinya tepat terdiri dari 50% martensit. Diameter batang ini disebut

sebagai diameter kritis, Do. [27]

Salah satu contoh benda uji yang digunakan adalah baja aisi 1045

Gambar 5.23 Spesimen yang digunakan dalam pengujian Grossman [34]

Gambar. 5.24 Grafik metode diameter kritis Grossman [28]

Penjelasan:

Dalam metode Grossman ada beberapa istilah,yaitu:

a. H = quench severity factor (oli 0.2 – air garam 5.0)

b. Do (D, Dc) = Diameter batang kritis dimana menghasilkan 50%

martensite pada bagian tengah padaH yang diketahui

c. Di = Diameter ideal dimana terdapat 50% martensite pada bagian

tengah dengan H = ~ (ideal quench)

d. Hubungan antara Do, Di, dan severity of quench (H)

e. Melakukan suatu seri pengerasan baja silinder dengan diameter 0.5-

2.5 in.

f. Setiap batang dengan diameter berbeda diquench dalam media

quench (diketahui nilai H)

g. Tentukan batang dengan 50% martensite di bagian tengah.

h. Tentukan diameter kritis Do (in inches) yaitu batang dengan 50%

martensite di bagian tengah

i. Dimana batang tak dapat terkeraskan hingga bagian tengah untuk

batang dengan diameter > Do

j. Melakukan suatu seri pengerasan baja silinder dengan diameter 0.5-

2.5 in.

k. Setiap batang dengan diameter berbeda diquench dalam media

quench (diketahui nilai H)

l. Tentukan batang dengan 50% martensite di bagian tengah.

m. Tentukan diameter kritis Do (in inches) yaitu batang dengan 50%

martensite di bagian tengah

n. Dimana batang tak dapat terkeraskan hingga bagian tengah untuk

batang dengan diameter > Do

2. Pengukuran kemampukerasan melalui komposisi kimia.

Setiap titik pada spesimen ini mengalami pendinginan dengan

laju tertentu, yang besarnya dapat dianggap sama untuk titik yang sama

pada benda kerja lain. Karena pada suatu baja dengan komposisi kimia

tertentu yang mengalami laju pendinginan yang sama akan mempunyai

struktur yang sama dan kekerasannya akan sama, maka dengan

memperhitungkan laju pendinginan yang akan terjadi disuatu titik pada

suatu benda kerja akan dapat diramalkan berapa kekerasan yang akan

terjadi pada titik itu, dengan melihat dititik pada spesimen Jominy yang

mengalami pendinginan dengan laju yang sama. Sehingga dari sini

akan dapat diramalkan bagaimana distribusi kekerasan pada penampang

suatu benda kerja. Kekerasan maksimum suatu baja pada dasarnya

tergantung pada kadar karbon, sedang hardenaility tergantung pada

komposisi kimia (kadar karbon dan unsur paduannya), dan besar butir

austenitnya (austenit yang kasar lebih mudah berubah menjadi martensit

daripada austenit dengan butir halus). [29]

Berikut ini adalah salah satu contoh grafik kemampukerasan yang

berhubungan dengan komposisi kimia:

Gambar 5.25 Grafik Isothermal Tranformation Diagram berdasar komposisi kimia [29]

Penjelasan diagram:

1. Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar

karbon dalam baja.

2. Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan

suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C,

akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.

3. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi

masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan

struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).

4. Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal,

maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).

5. Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut

akan bergeser kekanan. [30]

3. Tes perpatahan (Fracture Test).

Percobaan tegangan-tegangan diakhiri dengan perpatahan. Perpatahan

ini dapat didahului oleh deformasi plastis. Bila ada deformasi plastis, maka

kita sebut pepatahan ulet (ductile fracture) ; bila tidak diiringi deformasi

plastis, disebut perpatahan rapuh (brittle fracture). Data perpatahan ini

didapat dari uji tarik. Hubungan antara kekerasan dan kemampukerasan

sangat mempengaruhi, kemampukerasan adalah kemampuan untuk

dikeraskan. Berarti dari specimen uji coba tersebut kita dapat memgetahui

tingkat kekerasan dilihat dari perpathan yang terjadi, dari hal itu kita dapat

menyimpulkan tingkat kemampukerasan. [31]

Salah satu contoh grafik yang berhubungan dengan fracture :

Gambar 5.26 Kurva tes perpatahan [3]

Penjelasan diagram:

1. UTS memiliki pengertian yaitu tegangan maksimum yang dapat

ditanggung material sebelum terjadi perpatahan (fracture).

2. Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda

uji putus (Fbreaking) dengan luas penampang awal.

3. Pada material yang lunak dengan butir kasar akan ditemukan pola

chevrons atau fanlike pattern yang berkembang keluar dari daerah

kegagalan. Material keras dengan butir halus tidak dapat dibedakan

sedangkan pada material amorphous memiliki permukaan patahan

yang bercahaya dan mulus. [31]

4. The Jominy End-Quench Test

Pada proses ini sebuah spesimen baja akan di panaskan,hingga menjadi

austenite (sekitar 800 - 900°C) kemudian di gantung vertical di bak

pengujian jominy dimana ujungnya di dinginkan oleh air sedangkan ujung

lainnya di dinginkan oleh udara. Baja kemudian dingin dan membentuk

struktur Kristal, semakin cepat pendinginan material tersebut semakin kecil

Kristal yang di hasilkan di baja dan semakin keras pula baja itu.

Agar mendapatkan kekuatan dan keuletan pada baja, hal pertama yang

dilakukan pada material baja adalah mengeraskan dengan mencelup dingin.

Lebih utama memiliki 100 % martensit setelah dicelup dingin. Namun

untuk mendapatkan 100 % martensit material baja harus didinginkan pada

pendinginan tertentu yang lebih besar dari pendinginan kritis dari fasa

austenit. Tetapi pada umumnya bagi butiran austenit yang berukuran besar

susah untuk mendapat laju pendinginan yang lebih besar dari laju

pendinginan kritis ditengah – tengahnya.

Kekerasan maksimum dapat dicapai dengan dengan membentuk

martensit 100 %. Salah satunya adalah material baja bertransformasi lambat

dari austenit menjadi ferit dan karbida maka akan memiliki

kemampukerasan yang besar. Sebaliknya baja yang yang dengan cepat

bertransformasi dari austenit menjadi ferit dan karbida mempunyai

kemampukerasan yang rendah karena dengan terjadinya transformasi pada

Air-cooled end

specimenWater-quenchedend

Water spray

nozzle

Water inlet

Drain

suhu tinggi, martensit tidak terbentuk. Kekerasan mendekati maksimun

dapat dicapai pada baja dengan kemampukerasan yang tinggi dengan

pencelupan sedang dan di bagian tengah baja dapat dicapai kekerasan yang

tinggi meskipun laju pendinginan lebih lambat.

Pada percobaan ini, batang bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan di

daerah austenit dan dicelup pada ujungnya dalam air dengan kecepatan aliran

dan tekanan tertentu. Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang

cepat, oleh karena itu mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon

baja yang sedang diuji.

Penambahan B sebanyak 0,0005 – 0,005 % sangat memperbaiki mampu

keras, tetapi masih belum mencapai laju pendinginan kritis. Faktor lain pada

mampu keras adalah ukuran butir austenit. Makin besar ukuran butir austenit

makin baik pengaruhnya terhadap mampu keras, karena transformasi

proeutektoid dan perlit terjadi pada batas butir austenit, sehingga makin

banyak batas butir makin banyak tempat pengintian , jadi transformasi

demikian mudah terjadi. Kalau luas batas butir mengecil maka transformasi

berkurang, hal ini menyebabkan mudah terjadinya transformasi austenite.

Berikut ini adalah sketsa spesimen dan alat yang digunakan dalam

pengujian:

Gambar 5.27 (a).Spesimen dan Kelengkapan end-quench hardenability test

(b).Skema Ilustrasi dari end-quench hardenability test.

Nilai kekerasan sepanjang gradien laju pendinginan diukur dengan

pengukur kekerasan Rockwell dan hasilnya digambarkan sebagai kurva

kemampukerasan.

Gambar 5.28 Jarak dari ujung yang dicelup (jarak jominy) [23]

Data laju pendinginan pada gambar 5.29 pada umumnya berlaku untuk

berbagai jenis baja karbon dan baja paduan rendah oleh karena memiliki berat

jenis, kapasitas panas dan daya hantar panas yang setara, ketiga sifat ini

mempengaruhi difusivitas termal.

Gambar 5.29 Hubungan antara laju pendinginan dan jarak

dari ujung yang dicelup pada batang Jominy. [25]

Untuk dapat mencapai kekerasan maksimun karbon harus larut sempurna

dalam austenit. Laju pendinginan minimal yang dapat menghasilkan 100 %

martensit disebut kecepatan pendinginan atau pencelupan kritis. Selain itu harus

diusahakan agar jumlah austenit sisa dapat ditekan karena austenit akan

melunakkan struktur.

5.2.4 KURVA TTT DAN CCT

Mampukeras baja dapat diperoleh dari diagram temperatur

transformasi dan waktu (diagram TTT) dan diagram pendinginan kontinu

(CCT) dari pendinginan kritisnya, atau dengan pengujian Jominy yang

dinamakan pengujian celup dingin ujung (The Jominy End- Quench Test),

untuk mendapatkan panjang daerah celup dingin.

Laju reaksi, transformasi isotermal ditunjukan dalam diagram TTT

(gambar 5.32). Pada gambar terlihat data waktu untuk reaksi pada baja

eutektoid (AISI-SAE1080). Garis ts yang terdapat di sebelah kiri menyatakan

waktu yang diperlukan untuk memulai dengan dekomposisi. Garis tf yang

terdapat disebelah kanannya menyatakan waktu berakhirnya reaksi γ→ ( α +

C ) Garis-garis yang terdapat pada gambar tersebut dinamakan dengan

diagram transformasi Isotermal atau diagram T-I. Gambar T-I diperoleh

dari : potongan-potongan contoh baja eutektoid yang dipanaskan sampai

mencapai suhu austenit dan dibiarkan untuk waktu tertentu agar transformasi

ke austenit selesai sepenuhnya. Potongan-potongan sampel kemudian

dicelupkan lebih lanjut sampai mencapai suhu ruang. Perubahan γ→ ( α + C )

tidak terjadi pada contoh yang dibiarkan pada suhu 6200C selama kurang dari

satu detik, dan transformasi sempurna menjadi α + karbida baru terjadi

setelah 10 detik berlalu.

Gambar 5.30 Diagram Transformasi isotermal untuk Dekomposisi austenite

[32]

Dengan diagram T-I membuktikan bahwa transformasi austenit

berlangsung dengan lambat, baik pada suhu tinggi (dekat suhu eutektoid)

maupun suhu rendah . Reaksi yang lamban pada suhu tinggi disebabkan

karena tidak cukup pendinginan lanjut yang dapat menimbulkan nukliasi ferit

dan karbida baru dari austenit semula.

Kurva CCT terbentuk dari proses pendinginan kontinu. Proses

pendinginan kontinu : Sepotong baja yang panas dikeluarkan dari dapur

kemudian didinginkan dalam udara., atau baja dicelup ke dalam air.

Keduanya tidak mengalami masa isotermal, sewaktu terbentuk ( α + C ) Pada

pencelupan cepat kurva transformasi tidak terpotong, hasilnya austenit

berubah menjadi martensit dan tidak terbentuk perlit ( α + C ). Perlit

terbentuk pada waktu pendinginan kontinu (perlahan-lahan), akan tetapi

dekomposisi baru terjadi agak lama (pada suhu yang lebih rendah).

Transformasi isotermal lebih cepat. Keterlambatan ini disebabkan , karena

benda berada pada suhu yang lebih tinggi dimana reaksi mulai lebih lambat.

Jadi kurva transformasi isotermal bergeser ke bawah kanan untuk

transformasi pendinginan kontinu.

Gambar 5.31 Kurva Transformasi pendinginan kontinu (kurva CCT). [28]

Gambar 5.32 Korelasi antara Mampu Keras dan Pendinginan Kontinu untuk

campuran besi-karbon pada komposisi eutectoid[4]

Bagi setiap jenis baja terdapat hubungan langsung dan konsisten

antara kekerasan dan laju pendinginan. Akan tetapi hubungan ini tidak linear.

Selain itu landasan teori untuk analisa kuantitatif cukup rumit (mencakup

variabel seperti : unsur paduan, ketidakmurnian, besar butir, dan suhu

austenitisasi). Untunglah bahwa ada cara pengujian standar yang singkat,

yang memungkinkan ahli teknik memperkirakan kekerasan pada penggunaan

tertentu dan membandingkan kekerasan antara berbagai jenis baja. Percobaan

uji ini adalah percobaan jominy.

Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang sangat cepat,

oleh karena itu mempunyai kekerasan maksimum untuk kadar karbon baja

yang sedang diuji. Laju pendinginan pada titik – titik menjauhi ujung celup

lebih rendah. Sehingga nilai kekerasannya pun lebih rendah. Data laju

pendinginan pada umumnya berlaku untuk berbagai jenis baja karbon dan

baja paduan rendah, oleh karena memiliki berat jenis, kapasitas panas dan

daya hantar panas yang setara, ketiga sifat ini mempengaruhi difusivitas

termal, namun baja tahan karat tidak mengikuti pola ini karena kadar paduan

yang tinggi mengurangi konduktivitas termal meskipun tidak seberapa

pengaruhnya atas pengaruhnya atas berat jenis dan/atau kapasitas panas.

Kurva kemampukerasan juga tergantung pada kandungan karbon.

Efek ini dapat dilihat dari gambar 5.33 untuk seri pada baja alloy dimana

hanya konsentrasi karbon yang bervariasi. Kekerasan disetiap posisi jominy

meningkat dengan konsentrasi karbon

Gambar 5.33 Kurva kemampukerasan dari empat alloy seri 8600, dari

kandungan karbon yang ditentukan [3]

Dari gambar 5.33 dapat terlihat perbandingan perilaku pada baja 8640

dengan 8660. Kurva baja 8660 lebih landai dan kekerasannya turun pada titik yang

lebih jauh dari ujung specimen (jarak jominy jauh). Sedangkan pada baja 8640,

kurva lebih curam dan nilai kekerasannya turun pada jarak jominy yang lebih dekat.

Contoh Soal :

Penentuan Profil Kekerasan untu Perlakuan Panas Baja 1040

Tentukan profil kekerasan radial untukspesimen baja 1040 berbentuk silinder dengan

diameter 50 mm (2 in) yang telah diquench dengan air.

Solusi

Pertama, mengevaluasi laju pendinginan (dalam hal jarak akhir memuaskan Jominy) di

pusat, permukaan, pertengahan, dan tiga-perempat radial posisi silinder spesimen. Hal

ini dicapai dengan menggunakan diameter tingkat versus-bar pendinginanplot

untukmediapendinginan yang tepat, dalam hal ini, Gambar 11.17a.Then,mengubah laju

pendinginan pada masing-masing posisi radial menjadi nilai kekerasandari

plot pengerasan untuk paduan tertentu. Akhirnya, menentukan kekerasanprofil

denganmerencanakan kekerasan sebagai fungsi dari posisi radial.Prosedur

ini ditunjukkan pada gambar11.19, untukposisi tengah.Perhatikan bahwa untuk

silinder air didinginkan dari 50 mm (2 in)

diameter, pendinginan tingkat di pusat setaradengan sekitar

9,5 mm (in) dariJominyakhirspesimendiquench (Gambar 11.19a). Hal ini sesuai

dengan kekerasan yangdari sekitar 28 HRC, seperti yang

Gambar 11,19 Penggunaan pengerasandata dalamgenerasikekerasanprofil.(a) laju pendinginanpadapusat mm airdidinginkan50(2 in)diameter spesimenditentukan.(b) Tingkat pendingindikonversimenjadikekerasa HRCuntukbaja1040.(c)Rockwellkekerasandiplotpada radialkekerasanprofil.

dicatat dari plot pengerasan untuk

baja 1040paduan (Gambar 11.19b). Akhirnya, titik data yang diplot pada

profil kekerasandi 11.19c Gambar.Permukaan, midradius, dan

tiga perempat radiushardnesses akanditentukandengan cara yang sama. Profil lengkap

telahdimasukkan, dandata yangdigunakan ditabulasikan di bawah ini.

5.2.5 MACAM-MACAM DAN CARA MEMBACA DIAGRAM FASA

Diagram fasa adalahdiagram yang menampilkan hubungan antara

temperature dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan

pemenasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar

pemahaman untuk semua operasi-operasi perlakuan panas.

Fungsi diagram fasaadalah memudahkan memilih temperatur pemanasan

yang sesuei untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing

maupun proses pengerasan.

Macam –macam contoh diagram fasa adalah:

1. Diagram fasa besi-besi karbida

Gambar 5.34 Diagram fasa besi-besi karbida[3]

Cara membaca:

1) Ferit Alpha, atau hanya ferit, adalah larutan padat dari besi kubik

BCC dan memiliki solubility solid maksimum 0,022 perccnt

karbon pada suhu 727°C (1341°F). Delta ferit hanya stabil pada

suhu yang sangat tinggi dan tidak ada signifikansi praktis dalam

rekayasa. Seperti halnya ada batas kelarutan untuk garam dalam

air-dengan jumlah tambahan sebagai garam curah padat di bagian

bawah wadah-sehingga ada juga batas solubility kuat untuk

karbon dalam besi. Ferit relatif lunak dan ulet dan magnetik dari

suhu ruang menjadi 768°C (1414°F).

2) Austenit Antara 1394 ° C (2541 ° F) dan 912 ° C (1674 ° F), besi

mengalami apolymorphic transformation dari SM ke struktur fcc,

menjadi apa yang dikenal sebagai besi gamma atau, lebih umum,

austenit (setelah WR Austen, 1843-1902 ). Struktur ini memiliki

kelarutan padat hingga karbon 2,11 persen pada 1148 ° C (2098 °

F). Jadi, kelarutan padat austenit adalah sekitar dua perintah dari

besarnya lebih tinggi dari ferit, dengan karbon menduduki posisi

interstisial

2. Diagram Sn-Pb

Gambar 5.35 Diagram fasa Sn-Pb[3]

Cara membaca:

1) Perhatikan bahwa komposisi titik eutektik untuk paduan ini

adalah 61,9% 38,1% Sn-Pb. Sebuah komposisi baik lebih rendah

atau lebih tinggi dari rasio ini akan memiliki likuidus lebih tinggi

suhu.

2) Pada suhu 361 ° F , Hal ini dikenal sebagai titik eutektik. Kata

eutektik dari eutek'tos Yunani, yang berarti mudah meleleh.

Eutektik poin penting dalam aplikasi seperti menyolder, di mana

suhu rendah mungkin diperlukan untuk mencegah kerusakan

termal ke bagian selama bergabung. Meskipun ada berbagai jenis

solder, solder timah-timah umum digunakan untuk aplikasi

umum, dan memiliki komposisi berkisar antara 5% Pb-95% Sn

menjadi 70% Pb-30% Sn. Setiap composition memiliki titik lebur

sendiri

3. Diagram fasa Ni-Cu

Gambar 5.36diagaram fasa Ni-Cu [3]

Keterangan :

1. Huruf a menunjukan bahwa hanya berupa larutan cair homogen

yang mengandung Cu dan Ni.

2. Huruf b pada gambar diatas, kita dapat melihat bahwa padat

(alpha) mulai terbentuk. Seperti pendinginan berlanjut dari titik

ini lebih lanjut, baik komposisi dan jumlah relatif dari masing-

masing fase akan berubah.

3. Dengan pendinginan melanjutkan, tahap alpha fraksi akan

meningkat, sebagai fraksi cairan akan menurun. Jelaslah bahwa

komposisi dan jumlah relatif dari setiap tahap akan berubah,

namun komposisi paduan secara keseluruhan tidak konsisten

mempertahankan 35% wt Ni - 65 wt% Cu.

4. Huruf cmenandakan bahwa proses pendinginan adalah setengah

selesai. mikro menampilkan perkiraan jumlah yang sama alpha

dan cair.

5. Huruf d, meunjukan ada peningkatan yang pasti dalam jumlah

alpha dan dapat dilihat sangat Sangat sedikit cairan.

6. Huruf e menunjukan bahwa titik terletak setelah melewati garis

solidous. Di sini cairan mengeras yang tersisa. Hasilnya memiliki

35 wt% Ni seragam - 65 wt% Cu komposisi yang kemudian

solusi alpha-padat polikristalin . Keadaan ini menunjukan tidak

adanya perubahan mikrostruktur atau komposisi karena

semuanya telah berubah menjadi alpha.

4. Diagram FasaFe−Fe3C

Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting

untukmemahami struktur mikro dan sifat-sifat baja karbon, suatu

jenis logam paduan besi (Fe) dan karbon (C). Karbon larut di dalam

besi dalam bentuk larutan padat (solid solution) hingga 0,05% berat

pada temperatur ruang. Baja dengan atom karbon terlarut hingga

jumlah tersebut memiliki alpha ferrite pada temperatur ruang.

Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan

karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound

(Fe3C) yang dikenal sebagai sementit atau karbida. Selain larutan

padat alpha-ferrite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada

temperatur ruang terdapat fase-fase penting lainnya, yaitu delta-

ferrite dangamma-austenit.

Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal

berbeda pada temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, ferit

alpha akan berubah menjadi gamma-austenit saat dipanaskan

melewati temperature 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi,

mendekati 1400oC gamma-austenit akan kembali berubah menjadi

delta-ferit. (Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki struktur

kristal BCC sedangkan (Gamma) Austenit memiliki struktur kristal

F. [33]

Gambar 5.37 Diagram fasa Fe-Fe3C. [33]

Titik penting dalam diagram fasa ini adalah :

A : Titik cair besi

B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan titik peritetik

C : Titik eutetik selama pendinginan fasa gamma dengan komposisi

C dan sementit pada komposisi f terbentuk dari cairan pada

komposisi C. Fasa ini disebut deleburit

E : Titik yang menyatakan fasa gamma ada hubungannya dengan

titik eutetik.

G : Titik transformasi dari alpha menjadi gamma. Titik transformasi

A3 untuk besi

H : Larutan padat alpha yang ada hubungannya dengan reaksi

peritetik

J : Titik peritetik selama pendinginan austenit pada komposisi j fasa

gamma terbentuk pada larutan padat pada cairan dan komposisi

pada komposisi B

N : Titik transformasi dari titik alpha menjadi titik gamma. Titik

transformasi dari titik A4 dari besi murni

P : Titik yang menyatakan ferit, fasa alpha ada hubungannya dengan

reaksi eutektoid

S : Titik eutektoid selama pendinginan ferrit pada komposisi alfa dan

sementit pada komposisi terbentuk simultan dari austenit pada

komposisi s. Reaksi eutektoid ini dinamakan transformasi A1

dan fasa eutektoid ini dinamakan ferrit.

A2 : Titik transformasi megnetik untuk besi atau ferit

A3 : Titik transformasi magnetic untuk sementit

Fasa yang terdapat dalam diagram fasa tersebut adalah sebagai berikut :

a) Ferite atau besi-alpha

Feriteadalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC (body

centered cubic). Ferit dalam keadaan setimbang dapat ditemukan pada

temperatur ruang, yaitu ferit alpha atau pada temperatur tinggi, yaitu ferit

delta. Secara umum fase ini bersifat lunak , ulet, dan magnetik hingga

temperatur tertentu, yaitu Tcurie. Kelarutan karbon di dalam fase ini

relatif lebih kecil dibandingkan dengan kelarutan karbon di dalam fase

larutan padat lain di dalam baja, yaitu fase Austenit. Pada temperatur

ruang kelarutan karbon di dalam ferit aplha hanyalah sekitar 0,05%. [33]

Berikut ini adalah contoh gambar fasa ferite :

Gambar 5.38 Struktur Kristal Ferit. [33]

Gambar 5.39 Struktur Mikro Ferit. [33]

b) Austenite atau besi-gamma

Adalah modifikasi besi dengan struktur kubik pemusatan sisi (fcc).

Bentuk besi murni ini stabil pada suhu antara 912 derajat celcius.

Perbandingan langsung antara sifat-sifat mekanis austenit dan ferit sulit

karena dibandingkan pada suhu berlainan. Tetapi pada suhu stabilnya

austenit lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk. Austenit tidak bersifat

ferromagnetik pada suhu manapun. Besi dengan struktur kubik

pemusatan sisi mempunyai jarak antar atom yang lebih besar bila

dibandingkan ferrit.

Bersifat non magnetik, pada kondisi annealed, tidak dapat

dikeraskan dengan perlakuan panas, dapat di hot-work dan di cold-work,

memiliki shock resistant yang tinggi, sulit di machining kecuali dengan

penambahan S atau Se, sifat tahan korosinya paling baikdiantara jenis

lainnya, kekuatan pada temperature tinggi dan ketahanan scaling sangat

baik. [33]

Berikut ini adalah contoh gambar fasa austenite:

Gambar 5.40 (a) Struktur Kristal Austenite.

Gambar 5.40(b) Struktur MikroAustenite [33]

c) Besi-delta

Besi delta diatas 1394 derajat celcius, austenit bukan bentuk besi

yang paling stabil karena struktur kristal berubah kembali menjadi fasa

kubik pemusatan ruang (besi-delta). Besi-delta sama dengan besi alpha

kecuali daerah suhunya, oleh Karena itu biasanya disebut ferit-delta.

Daya larut karbon dalam ferrit-delta kecil, akan tetapi lebih besar

daripada dalam ferrit-alpha karena suhu yang lebih tinggi.

Berikut ini adalah contoh gambar struktur kristal besi-delta

Gambar 5.41 Struktur Kristal BESI-DELTA [34]

Gambar 5.42 Struktur mikro Besi-delta [33]

d) Sementit(Karbida besi)

Sementit atau karbida dalam sistem paduan berbasis besi adalah

stoichiometric inter-metalliccompund Fe3C yang keras (hard) dan getas

(brittle).Nama sementit berasal dari kata caementum yang berarti stone

chip atau lempengan batu. Sementit sebenarnya dapat terurai menjadi

bentuk yang lebih stabil yaitu Fe dan C sehingga sering disebut sebagai

fase metastabil.

Namun, untuk keperluan praktis, fase ini dapat dianggap sebagai

fase stabil. Sementit sangat penting perannya di dalam membentuk sifat-

sifat mekanik akhir baja. Sementit dapat berada di dalam sistem besi baja

dalam berbagai bentuk seperti: bentuk bola, bentuk lembaran (berselang

seling dengan alpha-ferrite), atau partikel-partikel karbida kecil.

Bentuk, ukuran, dan distribusi karbon dapat direkayasa melalui

siklus pemanasan dan pendinginan. Jarak rata-rata antar karbida, dikenal

sebagai lintasan Ferit rata-rata adalah parameter penting yang dapat

menjelaskan variasi sifat-sifat besi baja. Variasi sifat luluh baja diketahui

berbanding lurus dengan logaritmik lintasan ferrite rata-rata.[33]

Gambar di bawah ini menunjukan struktur kristal sementit:

Gambar 5.43 Struktur Kristal sementit [35]

Gambar 5.44 Struktur Mikro Sementit. [33]

e) Perlit

Perlit adalah suatu campuran lamellar dari ferit dan sementit.

Konstituen ini terbentuk dari dekomposisi Austenit melalui reaksi

eutektoid pada keadaan setimbang, di mana lapisan ferit dan sementit

terbentuk secara bergantian untuk menjaga keadaan kesetimbangan

komposisi eutektoid. Pearlite memiliki struktur yang lebih keras daripada

ferit, yang terutama disebabkan oleh adanya fase sementit atau karbida

dalam bentuk lamel-lamel.

Oleh karena itu jumlah dan komposisi perlit sama dengan jumlah

dan komposisi austenit eutektoid. Bila laju pendinginan perlahan, karbon

dapat berdifusi lebih lama dan dapat menempuh jarak lebih jauh dan

terjadilah perlit yang kasar (lapisan tebal). Bila laju pendinginan

dipercepat, difusi terbatas pada jarak dekat. Hasilnya adalah perlit halus

dengan lapisan tipis yang banyak. Jumlah perlit dapat berkisar dari 0

sampai 100 %, bila kadar karbon meningkat dari 0 sampai komposisi

eutektoid ( 0,8 % dalam baja karbon ).[33]

Gambar struktur perlit ditunjukkan gambar di bawah ini:

5.45 Struktur Kristal perlit. [33]

Gambar 5.46 Mikrofoto Perlit. [33] 5.47 Struktur mikro Perlit [33]

f) Martensit

Martensit adalah mikro konstituen yang terbentuk tanpa melalui

proses difusi. Konstituen ini terbentuk saat Austenit didinginkan secara

sangat cepat, misalnya melalui proses quenching pada medium air.

Transformasi berlangsung pada kecepatan sangat cepat, mendekati orde

kecepata suara, sehingga tidak memungkinkan terjadi proses difusi

karbon. Transformasi martensite diklasifikasikan sebagai proses

transformasi tanpa difusi yang tidak tergantung waktu (diffusionless time-

independent transformation).

Martensit yang terbentuk berbentuk seperti jarum yang bersifat

sangat keras (hard) dan getas (brittle). Fase martensit adalah fase

metastabil yang akan membentuk fase yang lebih stabil apabila diberikan

perlakuan panas. Martensit yang keras dan getas diduga terjadi karena

proses transformasi secara mekanik (geser) akibat adanya atom karbon

yang terperangkap pada struktur kristal pada saat terjadi transformasi

polimorf dari FCC ke BCC. Hal ini dapat dipahami dengan

membandingkan batas kelarutan atom karbon di dalam FCC dan BCC

serta ruang intertisi maksimum pada kedua struktur kristal tersebut. [33]

Berikut ini gambar strukturmartensite :

Gambar 5.48 Struktur Kristal Martensit [33]

Gambar 5.49 Mikrofoto Martensit. [33] Gambar 5.50 Struktur mikro

Martensit. [33]

g) Bainit

Bainit adalah suatu campuran non-lamellar dari ferit dan sementit

yang terbentuk pada dekomposisi Austenit melalui reaksi

eutektoid.Berbeda dengan pearlit yang terbentuk pada laju transformasi

atau pendinginan sedang strukturnya adalah acicular, terdiri atas ferit

lewat jenuh dengan partikel-partikel karbida terdispersi secara

diskontinyu.Dispersi dari bainit tergantung pada temperatur

pembentukannya.[33]

Gambar struktul bainit adalah sebagi berikut:

Gambar 5.51 Struktur Kristal bainit. [36]

Gambar 5.52 Struktur mikro bainite.[33]

5.2.6 APLIKASI KEMAMPUKERASAN

Aplikasi yang sering digunakan dalam dunia industri adalah:

1. Kemampukerasan di Industri manufaktur

Pada pembuatan connecting rod perlu diketahui seberapa besar

produk tersebut dapat menahan tegangan, regangan, dan titik luluh serta

kemapukerasannya. Hal ini perlu di ketahui untuk mendapatkan produk

yang kuat dan efisien

2. Kemampukerasan baja di industri kereta api

Di pembuatan rel kereta api perlu dilakukan berbagai mancam

pengamatan untuk mendapatkan spesifikasi material yang

cocok.Kemampukerasan, kekerasan, tegangan dan regangan maksimal

karena direl kereta api tersebut mengalami tegangan dan regangan yang

besar serta pemuaian.Maka hal tersebut perlu diketahui demi efesiensi,

keamanan dan kenyamanan pengguna.

3. Kemampukerasan baja di industri manufaktur

Piston adalah komponen mesin yang mengalami kerja berat, selain

panas dan tekanan tinggi piston juga mengalami tegangan dan

regangan.Kemampukerasan maksimal suatu piston perlu diketahui agar

saat pemasangan di mesin tidak terjadi engine failure atau penurunan

performa karena spesifikasi material piston yang tidak sesuai dengan

spesifikasi mesin.

Aplikasi Jominy test dapat kita temui saat produk yang sudah jadi

(specimen) ingin di ketahui seberapa besar kemampu kerasannya.

Sebelumnyaspesimen yang akan di uji di beri perlakuan panas atau pun

quenching. Setelah itu dilakukan pemeriksaan spesimen Jominy pada

jarak yang berbeda dari ujung dipadamkan dan kemudian di ukur

kekerasannya.Dari hasil percobaan ini dapat di ketahui ketahanan suatu

material apakah cocok dengan peruntukannya. [33]

5.3 METODOLOGI PENGUJIAN

5.3.1 BAHAN PERCOBAAN

Berikut ini adalah gambar spesimen yang digunakan:

Gambar 5.53 Spesimen uji jominy [15]

5.3.2 PERALATAN PERCOBAAN

1. Tungku pemanas HOFFMAN TYPE KL

Gambar 5.54 Mesin uji Heat treatment [15]

2. Vernier caliper.

Gambar 5.55 vernier calliper. [15]

3. Bak pengujian

Gambar 5.56Bak pengujian untuk melakukan The Jominy End-Quench Test .

[15]

4. Precision Hardness Tester Rockwell

Gambar 5.57 Mesin uji kekerasan Rockwell. [15]

5. Mesin Bubut

Gambar 5.58 Mesin Bubut [15]

6. Mesin Pemotong Logam

Gambar 5.59 Mesin pemotong logam [15]

7. Mesin Grinding

Gambar 5.60 Mesin Grinding[15]

8. Amplas

Gambar 5.61 Amplas yang digunakan.[15]

9. Air

Gambar 5.62 Air yang menyemprot di bak pengujian. [15]

5.3.3 LANGKAH PERCOBAAN

1. Memasukkan spesimen kedalam tungku pemanas sampai temperatur 900° C

dan ditahan selama 1 jam.

2. Meletakkan specimen yang sudah dipanaskan pada penjepit (mounting

fixture). Bersamaan dengan menghidupkan pompa penyemprot.

3. Mengangkat material dan membersihkan kerak yang menemprl pada

permukaan ukur hingga halus dan rata yang salah satu material uji.

4. Melakukan pembersihan kerak dengan menggunakan kikir.

5. Meratakan dengan mengamplas hingga rata dan halus.

6. Meletakkan alat uji pada alat uji kekerasan (Precision Hardness Tester

EMCO Test N3 Analogue) dengan standar Rockwell.

7. Meletakkan benda uji dengan tegak luus pada sisi yang telah dihaluskan

terhadap penumbuk dengan jarak ideal minimal 3 x diameter identor.

8. Melakukan pengujian dan mencatat hasil pengujian serta membuat kurva

kemampu kerasan.

START

5.3.4 DIAGRAM ALIR PERCOBAAN

Memasukkan specimen kedalam tungku sampai temperatur 9000C selama 1 jam

Meletakkan spesimen yang sudah dipanaskan lalu hidupkan pompa penyemprot dan Lakukan

penyemprotan sampai suhu kamar

Pemotongan material kemudian melakukan gerinda dan di polish

Terus memoles

Mempersiapkan Alat uji kekerasan Rockwell, anvil profil V dan penetrator intan

Mempersiapkan Alat uji kekerasan Rockwell, anvil profil V dan penetrator intan

A

Memasang spesimen di anvil hingga specimen lurus

TIDAK

YA

FINISH

5.4 HASIL DAN PEMBAHASAN

5.4.1 DATA PERCOBAAN

1. Pengumpulan data I ( ST 40 )

Tabel 5.2 Data Percobaan Baja ST 40

N0. Jarak (mm) Kekerasan Skala HRA

1 3 39.3

2 6 41.2

3 9 39.1

4 12 39.5

5 15 38.9

6 18 40.5

7 21 35.8

8 24 38

9 27 39.8

10 30 39.5

Melakukan pengukuran jarak antara tiap titik sebesar 3 milimeter

Mencatat hasil pengujian dan membuat kurva kemampukerasan

Melakukan pengujian kekerasan Rockwell pada 15 titik

A

11 33 38.7

12 36 37.7

13 39 35

14 42 33.5

15 45 29

2. Pengumpulan data II ( ST 60 )

Tabel 5.3 Data Percobaan Baja ST 60

N0. Jarak (mm)Kekerasan Skala

HRA

1 3 63

2 6 60.9

3 9 62.4

4 12 61.6

5 15 60.6

6 18 60

7 21 55.5

8 24 54.5

9 27 55

10 30 56.5

11 33 56

12 36 55.6

13 39 55.6

14 42 53.5

15 45 45.1

5.4.2 ANALISIS DATA

1. Pengolahan Data I (ST 40)

Perhitungan Konversi satuan di lakukan dengan menggunakan rumus:

HRA = 112.3 – ( 6 , 85 x105

HV )12

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – HRA)2

HB = 0.951x HV

Bahan Baja ST 40

a) Suhu air : 27˚C

b) Suhu pemanasan : 900˚C

c) Lama penyemprotan : ± Setengah jam.

Perhitungan Konversi Satuan :

(1) Jarak 3 mm

HRA = 39.3

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 39.3)2

= 128.54

HB = 0.951 x 128.54

= 122.24

(2) Jarak 6 mm

HRA = 41.2

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 41.2)2

= 135.50

HB = 0.951 x 135.50

= 128.86

(3) Jarak 9 mm

HRA = 39.1

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 39.1)2

= 127.84

HB = 0.951 x 127.84

= 121.58

(4) Jarak 12 mm

HRA = 39.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –39.5)2

= 129.25

HB = 0.951 x 129.25

= 122.92

(5) Jarak 15 mm

HRA = 38.9

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –38.9)2

= 127.14

HB = 0.951 x 138.6

= 120.91

(6) Jarak 18 mm

HRA = 40.5

HV =6.85 x 10 5

(112.3 –40.5)2

= 132.87

HB = 0.951 x 132.87

= 126.36

(7) Jarak 21 mm

HRA = 35.8

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –35.8)2

= 117.05

HB = 0.951 x 142.63

= 111.31

(8) Jarak 24 mm

HRA = 38

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –38)2

= 124.08

HB = 0.951 x 124.08

= 118.00

(9) Jarak 27 mm

HRA = 39.8

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –39.8)2

= 130.32

HB = 0.951 x 130.32

= 123.94

(10)Jarak 30 mm

HRA = 39.5

HV =6.85 x 10 5

(112.3 – 39.5)2

= 129.25

HB = 0.951 x 129.25

= 122.92

(11)Jarak 33 mm

HRA = 38.7

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 38.7)2

= 126.45

HB = 0.951 x 126.45

= 120.26

(12)Jarak 36 mm

HRA = 37.7

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 37.7)2

= 117.06

HB = 0.951 x 117.06

= 117.06

(13)Jarak 39 mm

HRA = 35

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 35)2

= 114.64

HB = 0.951 x 114.64

= 109.02

(14)Jarak 42 mm

HRA = 33.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 33.5)2

= 110.32

HB = 0.951 x 110.32

= 104.91

(15)Jarak 45 mm

HRA = 29

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 29)2

= 98.72

HB = 0.951 x 98.72

= 93.88

Tabel 5.4 Konversi satuan kekerasan untuk Baja ST 40

No.Jarak

(mm)

Kekerasan

Skala HRA

Kekerasan

Skala HV

Kekerasan

Skala HB

1 3 29 128.54 122.24

2 6 41.2 135.50 128.86

3 9 39.1 127.84 121.58

4 12 39.5 129.25 122.92

5 15 38.9 127.14 120.91

6 18 40.5 132.87 126.36

7 21 35.8 117.05 111.31

8 24 38 124.08 118.00

9 27 39.8 130.32 123.94

10 30 39.5 129.25 122.92

11 33 38.7 126.45 120.26

12 36 37.7 123.09 117.06

13 39 35 114.64 109.02

14 42 33.5 110.32 104.91

15 45 29 98.72 93.88

2. Pengolahan data II (ST 60)

Bahan Baja ST 60

a) Suhu air : 27˚C

b) Suhu pemanasan : 900˚C

c) Lama penyemprotan : ± Setengah jam.

Perhitungan Konversi Satuan :

(1) Jarak 3 mm

HRA = 63

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 63)2

= 281.84

HB = 0.951 x281.84

= 268.03

(2) Jarak 6 mm

HRA = 60.9

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 60.9)2

= 259.28

HB = 0.951 x 259.28

= 246.57

(3) Jarak 9 mm

HRA = 62.4

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 62.4)2

= 275.10

HB = 0.951 x 275.10

= 261.62

(4) Jarak 12 mm

HRA = 61.6

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 61.6)2

= 266.49

HB = 0.951 x 266.49

= 253.43

(5) Jarak 15 mm

HRA = 60.6

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –60.6)2

= 255.28

HB = 0.951 x 255.28

= 243.72

(6) Jarak 18 mm

HRA = 60

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –60)2

= 250.43

HB = 0.951 x 250.43

= 238.16

(7) Jarak 21 mm

HRA = 55.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –55.5)2

= 212.32

HB = 0.951 x 212.32

= 201.92

(8) Jarak 24 mm

HRA = 54.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 –54.5)2

= 205.04

HB = 0.951 x 205.04

= 194.99

(9) Jarak 27 mm

HRA = 55

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 55)2

= 208.63

HB = 0.951 x 208.63

= 198.41

(10)Jarak 30 mm

HRA = 56.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 56.5)2

= 219.99

HB = 0.951 x 219.99

= 209.22

(11)Jarak 33 mm

HRA = 56

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 56)2

= 216.11

HB = 0.951 x 216.11

= 205.52

(12)Jarak 36 mm

HRA = 55.6

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 55.6)2

= 213.07

HB = 0.951 x 213.07

= 202.63

(13)Jarak 39 mm

HRA = 55.6

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 55.6)2

= 213.07

HB = 0.951 x 213.07

= 202.63

(14)Jarak 42 mm

HRA = 56.5

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 56.5)2

= 219.99

HB = 0.951 x 219.99

= 209.22

(15)Jarak 45 mm

HRA = 45.1

HV = 6.85 x 10 5

(112.3 – 45.1)2

= 151.69

HB = 0.951 x 151.69

= 144.25

Table 5.5 Tabel Konversi satuan kekerasan untuk Baja ST 60

N0 Jarak (mm)Kekerasan Skala

HRA

Kekerasan Skala

HV

Kekerasan Brinell

HB

1 3 63 281.84 268.03

2 6 60.9 259.28 246.57

3 9 62.4 275.10 261.62

4 12 61.6 266.49 253.43

5 15 60.6 255.28 243.72

6 18 60 250.43 238.16

7 21 55.5 212.32 201.92

8 24 54.5 205.04 194.99

9 27 55 208.63 198.41

10 30 56.5 219.99 209.22

11 33 56 216.11 205.52

12 36 55.6 213.07 202.63

13 39 55.6 213.07 202.63

14 42 53.5 219.99 209.22

15 45 45.1 151.69 144.25

Grafik Analisis

a. Baja ST – 40

Gambar 5.63Grafik kekerasan Baja ST-40

Gambar Grafik Perbandingan Tingkat Kemampukerasan Baja ST 40 Untuk Skala

Rockwell

Gambar 5.64 Grafik Kemampukerasan Baja ST-40 Skala HV

Gambar 5.65Grafik Kemampukerasan Baja ST 40 Skala HB

Gambar 5.66Grafik Perbandingan tingkat kemampukerasan Baja ST 40 untuk berbagai

skala

Dari data hasil percobaan dapat dilihat bahwa adanya perbedaan nilai

kekerasan dalam satu spesimen, dari ujung batang sampai jarak tertentu dari

ujung batang. Perbedaan perlakuan antara titik yang satu dengan titik yang lain

menyebabkan terjadinya hal tersebut. Titik yang paling dekat dengan ujung

celup mempunyai kekerasan paling tinggi karena pada titik ini spesimen

diperlakukan dengan pendinginan cepat memakai air (quenching). Pendinginan

dengan media air akan menyebabkan kadar karbon pada fasa austenit tidak

mengalami perubahan difusi sehingga terperangkap dalam kisi atau slip dan

terbentuk martensit yang bersifat keras, kuat. Semakin jauh dari ujung celup,

akan mempunyai nilai kekerasan yang semakin rendah karena pada titik-titik

tersebut tidak terkena media pendingin air secara langsung ( didinginkan

dengan udara / suhu kamar ).

Meskipun demikian, dalam percobaan kali ini masih terdapat sedikit

penyimpangan untuk beberapa titik yang tidak sesuai dengan referensi. Hal

tersebut terjadi bisa disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :

1. Pada saat penyemprotan ada terjadi percikan air yang mengenai bagian

spesimen yang lainnya, yang seharusnya tidak boleh terkenai sehingga

bagian yang tidak diinginkan tersebut mengeras.

2. Tidak sejajarnya permukaan saat pengamplasan

3. Spesimen yang diuji tidak memenuhi standart

4. Penyebaran karbon yang tidak merata pada baja yang diuji

5. Jarak penetrasi terlalu dekat waktu pegujian

6. Waktu penetrasi kurang lama saat pengujian

7. Masih terdapat banyak goresan pada spesimen

8. Dari hasil pengujian didapatkan selisih nilai kekerasan tertinggi dengan

nilai kekerasan terendah Baja ST-40 :

a) Skala HRA

Tertinggi : 41.2

Terendah : 29

Selisih : 12.2

b) Skala HRB

Tertinggi : 135.50

Terendah : 98.72

Selisih : 36.78

c) Skala Vickers

Tertinggi : 128.86

Terendah : 93.88

Selisih : 34.98

b. Baja ST – 60

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 4540

44

48

52

56

60

64

Kekerasan Baja ST-60 (HRA)

Kekerasan baja ST-60

Jarak (mm)

Ke

ke

ras

an

Gambar 5.67Grafik kekerasan Baja ST-60 (HRA)

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45120

140

160

180

200

220

240

260

280

Kekerasan Skala Brinell (HB)

kekerasan skala Brinnel

Jarak (mm)

Kek

eras

an

Gambar 5.68Grafik kekerasan Baja ST-60 Skala Brinell (HB)

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45140

160

180

200

220

240

260

280

Kekerasan Skala Vickers (HV)

kekerasan skala VickersJarak (mm)

Kek

eras

an

Gambar 5.69 kekerasan Baja ST-60 skala Vickers

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45

0

40

80

120

160

200

240

280

320

Perbandingan Kekerasan Baja ST 60

kekerasan skala HRAkekerasan skala Brinnelkekerasan skala Vickers

Jarak (mm)

Kek

eras

an

Gambar 5.70Grafik perbandingan kekerasan Baja ST 60

Pada kurva diatas terlihat adanya kecenderungan pada kurva untuk turun

dari kiri atas ke kanan bawah. Hal ini dikarenakan adanya beda perlakuan

antara titik yang satu dengan titik yang lain. Titik terendah mempunyai

kekerasan paling tinggi karena pada titik ini pecimen diperlakukan dengan

pendinginan cepat memakai air (quenching). Sedangkan titik yang paling tinggi

mempunyai kekerasan paling rendah karena pada titik ini tidak terkena media

pendingin air secara langsung (didinginkan dengan udara / suhu kamar ).

Kemampukerasan merupakan fungsi antara penurunan kekerasan terhadap

jarak dari ujung quench. Pada kurva diatas terlihat adanya kecenderungan pada

kurva untuk turun dari kiri atas ke kanan bawah. Hal ini dikarenakan adanya

beda perlakuan antara titik yang satu dengan titik yang lain. Titik terendah

mempunyai kekerasan paling tinggi karena pada titik ini spesimen

diperlakukan dengan pendinginan cepat memakai air (Quenching). Sedangkan

titik yang paling tinggi mempunyai kekerasan paling rendah karena pada titik

ini tidak terkena media pendingin air secara langsung (didinginkan dengan

udara / suhu kamar ).

Perlu diketahui bahwa ukuran butir austenit sangat mempengaruhi

kemampukerasan baja, hal ini berarti bahwa untuk laju pendinginan tertentu

austenit yang kasar lebih mudah berubah menjadi martensit daripada austenit

butir halus. Butiran yang besar juga membuat tempat pengintian semakin

banyak, oleh karena itu transformasi austenit jadi semakin mudah terjadi.

Kalau luas butir mengecil maka transformasi berkurang, transformasi terjadi

pada batas butir austenite.

Berhubungan dengan kecepatan perubahan suhu bahwa permukaan batang

uji lebih keras karena pendinginan lebih cepat. Oleh karena itu, pada batang uji

makin ke pusat inti pendinginan makin lambat dan kekerasan makin kecil.

Terdapat sedikit penyimpangan untuk beberapa titik yang tidak sesuai. Hal ini

kemungkinan bisa disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :

1. Pada saat penyemprotan ada terjadi percikan air yang mengenai bagian

spesimen yang lainnya, yang seharusnya tidak boleh terkenai sehingga

bagian yang tidak diinginkan tersebut mengeras.

2 Tidak sejajarnya permukaan saat pengamplasan

3 Spesimen yang diuji tidak memenuhi standart

4 Penyebaran karbon yang tidak merata pada baja yang diuji

5 Jarak penetrasi terlalu dekat waktu pegujian

6 Waktu penetrasi kurang lama waktu pengujian

7 Masih terdapat banyak goresan pada spesimen

8. Dari hasil pengujian didapatkan selisih nilai kekerasan tertinggi dengan

nilai kekerasn terendah Baja ST-60 :

a) Skala HRA

Tertinggi : 63

Terendah : 45.1

Selisih : 17.9

b) Skala HRB

Tertinggi : 281.84

Terendah : 151.69

Selisih : 130.15

c) Skala Vickers

Tertinggi : 268.03

Terendah : 144.25

Selisih : 123.78

5.4.3 PERBANDINGAN ANALISA DATA DI LAPANGAN DENGAN

REFERENSI

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 4525

33

41

49

57

65

Kekerasan Baja ST-40 dan Baja ST-60 (HRA)

Kekerasan baja ST-60Kekerasan baja ST-40

Jarak (mm)

Ke

ke

ras

an

Gambar 5.71Grafik perbandingan kekerasan Baja ST-40 dan ST-60 (HRA)

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 4590

110

130

150

170

190

210

230

250

270

290

Kekerasan Skala Brinnel (HB)

kekerasan baja ST 60

kekerasan baja ST 40

Jarak (mm)

Kek

eras

an

Gambar 5.72Grafik perbandingan kekerasan Baja ST-40 dan ST-60 Skala Brinell

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 4590

130

170

210

250

290

Kekerasan Baja ST-40 dan Baja ST-60 Skala Vickers

Kekerasan baja ST-60Kekerasan baja ST-40

Jarak (mm)

Ke

ke

ras

an

Gambar 5.73 Grafik perbandingan kekerasan Baja ST-40 dan ST-60 Skala Vickers

Dari grafik kemampukerasan baja ST-40 dengan baja ST-60 dapat dilihat

bahwa kekerasan dari baja ST-60 lebih baik daripada ST-40. Hal ini sesuai

dengan hubungan antara kekerasan dengan meningkatnya kadar karbon dalam

baja, kekerasan maksimum hanya dapat dicapai bila terbentuk martensit 100 %.

Baja ST-60 memiliki kadar karbon yang lebih besar dibandingkan ST-40,

sehingga baja ST-60 mempunyai kekerasan yang lebih besar. Semakin jauh

jaraknya maka makin berkurang kekerasannya, walaupun pada kurva ST-60

selisihnya tidak terlalu besar dibandingkan ST-40. Namun hal ini bertentangan

dengan teori yang menyebutkan bahwa baja yang dengan cepat bertransformasi

dari austenit menjadi ferit dan karbida mempunyai kemampukerasan yang

rendah karena dengan terjadinya transformasi pada suhu tinggi, martensit tidak

terbentuk. Sebaliknya baja dengan transformasi yang lambat dari austenit ke

ferit dan karbida mempunyai kemampukerasan yang lebih besar. Dengan teori

tersebut seharusnya ST-60 yang kemampuan transformasi austenit menjadi ferit

dan karbidanya lebih tinggi akan memiliki kemampukerasan yang lebih rendah

dibandingkan baja ST- 40.

Jika data percobaan jominy yang didapat tidak sesuai dengan teori yang

mendasari tentang kemampukerasan baja, maka diduga terdapat beberapa faktor

yang menyebabkan ketidaksesuaian tersebut. Adapun faktor-faktor yang

mempengaruhi adalah :

1. Proses penyemprotan

Ada percikan air yang mengenai bagian yang bukan pada ujung batang

sehingga titik tersebut mempunyai kekerasan yang lebih tinggi daripada titik

yang terdekat.

2. Kadar karbon

Spesimen yang digunakan sebelum pengujian Jominy memiliki kadar karbon

yang tidak sama di setiap titiknya (tidak homogen). Hal ini mengakibatkan

data yang diperoleh tidak valid dan tidak sesuai dengan teori yang ada.

3. Kondisi spesimen

Spesimen saat pengujian kekerasan memiliki tekstur yang kurang rata dan

kurang halus karena pengikirannya yang kurang maksimal. Hal ini

mengakibatkan data yang didapat kurang valid.

4. Posisi spesimen

Pada saat pengujian kekerasan dengan skala Rockwell, ujung spesimen

menggantung, sehingga mempengaruhi nilai kekerasannya.

5. Laju penyemprotan

Saat penyemprotan laju airnya berubah-ubah (kurang konstan) sehingga

mengakibatkan data yang diperoleh tidak sesuai dengan nilai teoritis yang

seharusnya, sebab proses pendinginan tidak sesuai dengan yang diharapkan.

6. Kesalahan pembacaan skala

Untuk kasus penyimpangan yang tidak terlalu mencolok dapat

dimungkinkan terjadi karena salah pembacaan skala.

7. Waktu pemanasan

Setelah dilakukan pemanasan hingga temperatur standar yang diharapkan

yaitu 900oC dan sebelum dilakukan pendinginan biasanya terdapat jeda

waktu hingga terjadi penahanan. Dengan berbagai macam waktu penahanan

yang terjadi maka kemungkinan ketidakvalidan data menjadi lebih besar.

Dengan diketahuinya bahwa kemampukerasan baja ST-40 lebih baik dari

baja ST-60 maka proses pengerasan baja ST-60 idealnya dalam bentuk spesimen

yang kecil dan baja ST-40 dapat dikeraskan dalam bentuk spesimen yang lebih

besar.

5.5 PENUTUP

5.5.1 KESIMPULAN

Setelah melalukan percobaan Jominy ini serta membuat kurva

kemampukerasannya serta menganalisisnya, maka dapat disimpulkan :

1. Kemampukerasan adalah sifat yang menentukan distribusi kekerasan yang

dipengaruhi oleh proses quenching dari kondisi austenitik.

2. Semakin cepat laju pendinginan semakin keras bahan tersebut.

3. Untuk menentukan kemampukerasan suatu material, dapat digunakan uji

jominy.

4. Dari uji jominy yang dilakukan diketahui bahwa baja ST-60 memiliki sifat

kemampukerasan yang lebih tinggi dari baja ST-40.

5.5.2 SARAN

1. Sebelum melakukan pengujian kekerasan, spesimen harus benar- benar

rata, halus, dan bersih dari kerak.

2. Pada saat penyemprotan harus diusahakan tidak ada percikan air yang

mengenai bagian spesimen yang lainnya.

3. Standardisasi alat.

4. Laju penyemprotan yang stabil agar tidak mempengaruhi laju

pendinginan.

5. Alat penguji kekerasan sudah saatnya untuk ditinjau kembali.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Smith, Jominy Hardenability Test

[2] http://metals.about.com/library/bldef-Jominy-Test.html)

[3] William D. Callister, Jr .2007. Fundamentals of Material Science and Engineering 7th edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

[4] Job Sheet Praktikum Struktur dan Sifat Material, 2011

[5] http://www.efunda.com/processes/heat_treat/introduction/heat_treatments

[6] Vlack, Lawrence H. Van. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material edisi 6. Erlangga.

[7] http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_steels

[8] Arifin Syamsul. Ilmu Logam Jilid 1. Halaman 106

[9] Kalpakjian 4th Edition, hal 101

[10] http://metalcurly.blogspot.com/2010/09/ttt-diagram.html

[11] http://www.industrialheating.com/CDA/Archives/d08079c356cb7010V gnVCM100000f932a8c0____

[12] (Surdia, Tata. 1987.”Pengetahuan Bahan Teknik”.

[13] http://www.saarstahl.de/grundlagen_der_waermebehandlung.html?&L=1

[14] http://jansen-pakpahan.blogspot.com/

[15] Laboratorium Metalurgi Fisis Undip

[16] http://enzinea.com/wp-content/uploads/2011/04/2011-04-21-oil-quenching-steel-1.jpg

[17] http://product-image.tradeindia.com/00499185/b/2/Air-Quenching-System.jpg

[18] http://sunsteeltreating.com/saltbath.jpg

[19] http://product-image.tradeindia.com/00330525/b/1/Polymer-Quenching-Tank.jpg

[20] http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/casehardening.html

[21] http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=wisdomsu&logNo=70017847363& redirect=Dlog&widgetTypeCall=true

[22] Rajan, T. V., C. P. Sharma, Ashok Sharma, Heat Treatment Principles and Techniques

[23] http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/index.html

[24] http://gregoriusagung.wordpress.com

[25] http://en.wikipedia.org/wiki/Work_hardening

[26] http://www.hsc.csu.edu.au/engineering_studies/lifting/3282/rolling.htm

[27] Rajan, T.,C.P.Sharma, Ashok Sharma hal 128

[28] Metallurgy Lab. Mech. Eng. Dept. ITS Surabaya

[29] Principles of Materials Science and Engineering,(2 nd ed). William F.Smith

[30] http://gregoriusagung.wordpress.com/

[31] Mukti, widiya”ketangguhan material”.unnes

[32] SAE 1080

[33] Saptono, Rahmat : Departemen Metalurgi dan material FT UI 2008

[34]

http://www.codecogs.com/reference/engineering/metallurgy/iron_carbon_alloys.php

[35] http://www.ejsong.com/mdme/memmods/MEM30007A/steel/steel.html

[36] http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/Bainite.html