HEAT TREATMENT

BAB I

Pendahuluan

1.1  Tujuan Praktikum

·      Mempelajari prosedur perlakuan panas

·      Mengetahui pengaruh perlakuan panas dan media pendinginan terhadap kekerasan logam

BAB II

Tinjauan Pustaka

2.1 Pengertian Heat Treatment

Heat Treatment adalah serangkaian proses pemanasan dan pendinginan yang tujuannya untuk mengubah struktur mikro suatu material agar diperoleh sifat mekanik sesuai dengan yang diinginkan. Pemanasan dilakukan sampai mencapai temperatur austenit (912 ^oC)

2.2 Skema Heat Treatment

·         Heating (Pemanasan)

Heating adalah proses pemanasan spesimen yang bertujuan untuk membuat spesimen mencapai temperature austenite ( 912˚C ). Pada temperature ini butir akan mengembang dan fasa yang terbentuk adalah fasa austenit

·         Holding (Penahanan Temperatur)

Holding adalah penahanan temperature spesimen yang bertujuan untuk membuat temperature pemanasan merata pada semua bagian spesimen.

·         Cooling (Pendinginan)

Cooling merupakan proses mendinginkan material yang bertujuan untuk menentukan sifat mekanik sesuai yang diinginkan.

Gambar 2.1 Skema Heat Treatment

Jenis – jenis pendinginan

a.    Annealing

Annealing merupakan proses perlakuan thermal pada material dengan memanaskannya sampai pada temperatur austenit kemudian di holding, lalu dilakukan pendinginan lambat di dalam tungku. Tujuannya untuk mendapatkan sifat mekanik yang ulet dan menghilangkan tegangan sisa. Fasa akhir pearlite kasar.

b.    Normalizing

Normalizing merupakan proses perlakuan termal pada material dengan memanaskannya sampai temperatur austenit kemudian di holding, dan dilakukan pendinginan di udara terbuka pada temperatur kamar. Tujuannya untuk mengembalikan ukuran butir. Fasa akhir pearlite halus.

c.    Quenching

Quenching merupakan proses perlakuan termal pada material dengan memanaskannya sampai pada temperatur austenit  kemudian di holding, setelah itu dilakukan pendinginan cepat pada media pendinginan berupa oli, air dan media lain. Tujuannya yaitu memperhalus atau memperkecil ukuran butir sehingga menghasilkan sifat yang keras. Fasa akhir martensite

Oli digunakan karena tingkat keretakannya rendah daripada air garam dan air dan oli sulit menguap. Jika spesimen didinginkan di oli maka yang media yang panas hanya disekitar spesimen, sedangkan jika menggunakan air dan air garam maka media tersebut akan cepat menguap dan wadah akan panas juga. Jika diurutkan berdasarkan  viskositas maka nilai viskositas tertinggi adalah oli, air, air garam. Jika diurutkan berdasarkan  masa jenis maka nilai masa jenis tertinggi adalah air garam (1025 kg/m³), air (1000 kg/m³), oli (800 kg/m³).

d.    Tempering ( Pemanasan Kembali )

Tempering adalah proses perlakuan panas untuk menghilangkan kegetasan material dengan cara pemanasan kembali. Material yang telah di quenching kemudian dipanaskan lagi hingga temperatur eutectoid, lalu di holding dan dilakukan pendinginan lambat.

Tempering terdiri dari :

Ø Martempering 

Martempering merupakan proses pencelupan terputus setelah pencelupan lansung hingga diatas martensit. Kemudian material didinginkan secara lambat (normalizing), austenite berubah menjadi martensit yang seragam dan tidak terjadi distorsi. Distorsi adalah perubahan bentuk atau penyimpangan bentuk oleh panas terjadi karena pemuaian dan penyusutan sehingga terjadi tegangan sisa termal. Penyebab terjadinya tegangan sisa adalah akibat permesinan, pendinginan tidak seragam (contoh: pengelasan dan pengecoran) dan transformasi fasa yang diinduksi pada pendinginan. Fasa akhir martempering berbentuk martensit temper.

Gambar 2.2 Martempering

Ø  Austempering

Austempering merupakan proses pencelupan tertunda. Dimana setelah pendinginan hingga temperature diatas martensit dilakukan penahanan temperatur hingga temperatur tersebut menjadi transformasi isothermal (perubahan temperature konstan). Kemudian material didinginkan secara lambat (annealing). Fasa akhir berbentuk bainit. Fasa bainit terbentuk karena terjadinya transformasi fasa pada temperature diatas martensit start dan dibawah perlit finish. Pada austempering, ada dua metode yang bisa digunakan yaitu:

ü  Metode salthbath adalah proses austempering dengan menggunakan tungku khusus yaitu salthbath furnace dan proses pendinginannya dengan cara pencelupan sesaat pada air garam pada tungku khusus tersebut.

ü  Metode timah adalah proses austempering dengan proses pendinginannya dengan cara pencelupan sesaat pada timah cair pada tungku khusus. Temperatur timah yang akan dicelupkan spesimen adalah 524^oC. Pada metode timah ini akan menghasilkan terak pada permukaan spesimen.

Gambar 2.3 Austempering

Macam – macam fasa pada heat treatment :

Fasa Martensit

Fasa yang memiliki nilai kekerasan tertinggi pada heat treatment, terjadi karena pendinginan yang sangat cepat (quenching) sehingga karbon tidak sempat keluar. Bentuk sementit pada butirnya runcing.

Fasa Martensit Temper

Fasa yang memiliki nilai kekerasan dibawah martensit pada heat treatment, terjadi karena pendinginan yang sangat cepat (quenching) sehingga karbon tidak sempat keluar setelah itu dipanaskan kembali dan didinginkan secara normalizing sehingga kekuatannya berkurang. Bentuk sementit pada butirnya runcing bulat.

Fasa Bainit

Fasa yang memiliki nilai kekerasan dibawah martensit temper pada heat treatment, terjadi karena pendinginan yang sangat cepat (quenching) sehingga karbon tidak sempat keluar setelah itu dipanaskan kembali dan didinginkan secara normalizing sehingga kekuatannya berkurang. Bentuk sementit pada butirnya bulat.

Fasa Perlit Halus

Fasa yang memiliki nilai kekerasan dibawah bainit pada heat treatment, terjadi karena pendinginan normalizing. Bentuk sementit pada butirnya lonjong.

Fasa Perlit Kasar

Fasa yang memiliki nilai kekerasan dibawah perlit halus pada heat treatment, terjadi karena                 pendinginan anealing. Bentuk sementit pada butirnya lonjong dan terdapat lebih banyak Fe3C             dari pada perlit halus.

Sifat mekanik yang didapatkan pada heat treatment adalah kekerasan dan kekuatan. Selain dari 2 sifat mekanik diatas juga didapat sifat mekanik lain seperti: keuletan, kelentingan, ketangguhan, dan lain-lain.

Spesimen yang digunakan pada praktikum heat treatment adalah baja ASS AB 760 karena baja ASSAB 760 bersifat polimorfik. Polimorfik adalah kemampuan material padat untuk berubah menjadi fasa lainnya. Baja ASSAB 760 merupakan baja karbon menengah yang mana kandungan karbon menengah baik untuk ditingkatkan kekerasan (sifat mampu kerasnya baik).

Spesimen yang digunakan adalah baja ASSAB 760 dimana ASSAB adalah Association Swedish Steel AB. yaitu suatu standar baja menurut asosiasi baja swedia. AB menandakan kode produk. Selain ASS AB ada beberapa standar baja yaitu:

§   ASTM (American Society for Testing Machine)

§   AISI (American Iron Steel Institute)

§   JIS (Japanese Industrial Standard)

§   ISO (Internasional Standardization Oraganization)

§   AWS (American Welding Society)

Jenis – jenis Perlakuan Panas selain heat treatment

a.      Stress-Reliefing

Stress-Reliefing merupakan proses perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa  akibat deformasi pada pengerjaan dingin. Temperatur pemanasannya 600-650 ⁰C dengan proses hot rolling. Contoh : solution treatment.

b.      Spheroidizing

Spherodizing merupakan proses perlakuan panas untuk meningkatkan keuletan dan mampu proses material dengan cara membulatkan sementit/karbida. Struktur mikro material berbentuk bulat. Temperatur pemanasannya adalah 750⁰C .

c.       Homogenizing

Homogenizing merupakan proses perlakuan panas untuk pemerataan komposisi. Temperatur pemanasannya adalah 1000-1100⁰C.

2.3 Diagram Fasa Fe-Fe₃C

Fasa adalah bagian homogen dari material yang mempunyai sifat kimia dan sifat fisika yang seragam. Diagram fasa adalah diagram yang memperlihatkan fasa-fasa yang terdapat dalam suatu paduan dalam kondisi kesetimbangan (equilibrium). Fungsi dari diagram fasa adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan.

Gambar 2.4 Diagram Fasa Fe-Fe₃C

Diagram Fe-Fe3C yaitu diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pendinginan normal. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh hasil yaitu berupa informasi penting yaitu antara lain :

—  Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan lambat.

—  Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan pendinginan lambat.

—  Temperatur cair dari masing-masing paduan.

—  Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.

—  Reaksi-reaksi material yang terjadi. 

Pada diagram fasa terdapat tiga macam garis yang membatasi perubahan fasa yaitu :

—  Garis liquidus

            Garis liquidus adalah garis yang membatasi fasa cair dan padat-cair

—  Garis solidus

            Garis solidus adalah garis yang membatasi fasa padat dan padat-cair

—  Garis solvus

            Garis solvus adalah garis yang membatasi fasa padat dan padat

Jenis – jenis Fasa

1.      Fasa Tunggal adalah sistem yang terdiri dari satu fasa

Fasa yang terdiri dari satu fasa.

Contoh:

Austenite (g)

Liquid (L)

Cementite (Fe₃C)

Dendrit ( δ )

Ferrite ( α )

2.      Fasa Ganda adalah pengabungan dua fasa tunggal atau fasa tunggal dengan fasa campuran yang membentuk sifat baru

Contoh:

Liquid + Austenit

Ferit +Austenit

Dendrit + Liquid

Dendrit + Austenit

3.      Fasa Campuran Gabungan fasa tunggal dengan senyawa (Fe3C)

Contoh :

Pearlit            

Lediburid

Reaksi invariant adalah reaksi yang melibatkan tiga fasa dimana dua fasa menjadi satu fasa atau sebaliknya.

Terdapat tiga titik invariant, yaitu :

1. Titik Eutektoid

Titik pada diagram fasa dimana pada saat pendinginan satu fasa padat bertransformasi menjadi dua fasa padat, begitu pula sebaliknya.

2. Titik Eutektik

                 Titik pada diagram fasa dimana pada saat pendinginan satu fasa cair bertransformasi menjadi dua fasa padat, begitu pula sebaliknya.

3. Titik Peritektik

Titik pada diagram fasa dimana pada saat pendinginan dua fasa padat cair bertransformasi menjadi satu fasa padat, begitu pula sebaliknya.

Diagram Kesetimbangan Fasa

Diagram yang berfungsi menentukan pendinginan yang cocok sesuai kadar karbon dan untuk mendapatkan sifat mekanik yang diinginkan

Garis Acm

Garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)

Garis A3

Garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.

Garis A1

Garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.

2.4 Fraksi Fasa

Komposisi fasa pada paduan logam

§  Komposisi fasa

§  Komposisi paduan

2.5 Faktor yang mempengaruhi Heat Treatment

¡  Kecepatan pendinginan

Semakin cepat kecepatan pendinginan maka kekerasan material juga semakin tinggi.

¡  Komposisi kimia bahan atau kadar karbon

Semakin tinggi kandungan karbon maka semakin keras baja karena cenderung untuk membentuk struktur BCT, sehingga atom sulit bergerak.

¡  Kecepatan Pemanasan

Semakin cepat waktu pemanasan maka semakin besar delay yang diberikan.

¡  Temperatur pemanasan

Jika dipanaskan melebihi temperature 912⁰C maka butir akan menjadi kasar. Akibatnya sifat material menjadi lebih lunak sehingga tidak cocok untuk digunakan.

¡  Waktu Penahanan

Waktu penahanan yang terlalu lama akan meyebabkan pengkasaran butir (pelunakan).

BAB III

Metodologi

3.1       Peralatan Percobaan
            Adapun peralatan dan bahan yang digunakan pada praktikum  ini adalah

A.   Alat

1.       Tungku Nabertherm

2.       Amplas Belt

3.       Rockwell Tester

4.       Tang Penjepit

5.       SarungTanganSafety

6.       KainMajun

7.       Spidol

8.       Wadah

9.       Penjepit spesimen dari media quenhing

B.   Bahan

1.      Spesimen dengan tinggi 2 cm dan diameter 2 cm

2.      Kertas Amplas Belt 120 Mesh

3.      Media quenching (oli)

3.2       Skema Alat
            Skema alat praktikum heat treatment dapat dilihat pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Skema Alat Heat Treatment

3.3 ProsedurPercobaan

1.      Masukkan specimen baja ASS AB 760 kedalamTungku Nabertherm

2.      Hidupkan Tungku Nabertherm

3.      Input temperatur pada tungku hingga 912⁰C

4.      Panaskan selama 60 menit

5.      Setelah spesimen dipanaskan selama 60 menit, kemudian lakukan proses holding selama 2 jam.

6.      Matikan tungku dan lakukan pendinginan dengan masing-masing media yakni dengan dicelupkan dalam oli, pendinginan pada temperatur kamar, dan didiamkan di dalam tungku.

7.      Bersihkan specimen hasil percobaan dan haluskan permukaannya dengan amplas belt

8.      Ukur kekerasan menggunakan rockwell hardness tester. (3 kali)

BAB IV

Data dan Pembahasan

4.1       Data Hasil Percobaan

Tabel 4.1Tabel hasil heat treatment

No. Titik Pengujian	Media Pendingin(HRA)
	Oli(Q)	Udara(N)	Tungku(A)
1	53,4	39,9	36,9
2	51,9	40,9	44,9
3	53,9	50,9	41,9

4.2       Perhitungan

·        

TitikPengujian	Quenching		Normalizing		Anealing
	HRA	BHN	HRA	BHN	HRA	BHN
1	53,4	172	39,9	107,8	36,9	25
2	51,9	163	40,9	112	44,9	127,6
3	53,9	175,3	50,4	155	41,9	116,2
Rata-rata	53,06667	170,1	43,73333	124,9333	41,23333	89,6

4.3 Perhitungan dengan interpolasi antara HRA vs BHN

4. 4      Grafik

Berdasarkan perhitungan diatas didapatkan grafik perbandingan antara nilai kekerasan terhadap metode pendinginan sesuai yang terlihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2

Gambar 4.1 Grafiknilaikekerasan HRD vsmetodependinginan

Gambar 4.2 Grafiknilaikekerasan BHN vsmetodependinginan

4.4       Analisa

Percobaan heat treatment adalah praktikum yang bertujuan untuk mengetahui akibat dari perlakuan panas terhadap material dengan beberapa perlakuan yang berbeda. Perlakuan panas kali ini menggunakan metode pendinginan quenching, normalizing, dan annealing.

Dari data yang didapat kali ini hasil praktikum cocok dengan teori yaitu nilai kekerasan material dipengaruhi oleh media pendinginannya setelah pemanasan yaitu yang paling besar adalah dengan menggunakan oli (quenching), lalu dengan menggunakan media udara (normalizing), dan yang paling kecil nilai kekerasannya adalah dengan didiamkan didalam tungku (annealing).

Grafik kali ini dibuat dengan plot nilai kekerasan BHN terhadap proses quenching,normalizing,dan annealing. Pada grafik juga disertakan nilai-nilai maksimum, rata-rata, dan minimum. Pada grafik dapat dilihat nilai BHN minimum dari annealing berbeda sangat jauh dengan nilai maksimumnya. Hal ini dikarenakan pada tabel konversi nilai kekerasan yang digunakan menunjukkan salah satu nilai BHN yang akan dinterpolasikan bernilai nol (pada tabel berupa tanda - )

Kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi pada praktikum ini dapat disebabkan oleh kekurang-telitian praktikan dalam mengukur dimensi,saat mengamplas tidak rapi dan juga alat uji keras rockwell yang digunakan sudah tidak terkalibrasi dengan baik sehingga nilai-nilainya kurang teliti.

BAB V

Penutup

5.1              Kesimpulan

Setelah dilaksanakannya praktikum heat treatment maka dapat disimpulkan bahwa:

1.      Prosedurperlakuan panas dimulai dengan memanaskan spesimen (heating) pada tungku pembakaran, kemudian dilakukan penahanan temperatur, lalu didinginkan dengan menggunakan metode queching, normalizing, dan anealing.

2.      Perlakuan pendinginan yang menghasilkan material yang paling keras adalah quenching,lalu normalizing,dan yang terakhirannealing.

5.2              Saran

Berikut adalah saran untuk praktikan selanjutnya agar mendapatkan hasil yang lebih optimal saat praktikum:
1.Gunakan sarung tangan saat mengamplas.

2.Teliti dalam menggunakan alat uji keras.

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM

1.      Jelaskan tujuan dilakukannya proses Heat Treatment pada material !

2.      Apa specimen yang digunakandalam proses Heat Treatment dan kenapa menggunakan spesimen tersebut ?

3.      Jelaskan sifat polymorphic pada material!

4.      Apa sifat mekanik yang didapatkan pada proses heat treatment?

5.      Jelaskan hubungan antara kekerasan material terhadap sifat mekanik lainnya !

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM

1.      Bagaimana mekanisme terbentuknya fasa martensite?

2.      Kenapa memakai temperature 912˚C sebagai temperature pemanasan pada proses Heat Treatment?

3.      Jelaskan perbedaan media quenching air garam, air dan oli? Dan kenapa dalam praktikum menggunakan media quenching oli?

4.      Apakah spesimen yang  telah diberikan perlakuan panas misal spesimen  quenching,   jika di panaskan kembali pada temperatur austenit dan didinginkan secara anealing .  Apa fasa yang akan terbentuk?

5.      Pada diagram fasa Pb-Sn ketika suatu spesimen dengan komposisi Sn 40% dipanaskan pada temperatur 220°C. Fasa apakah yang terbentuk? Dan berapa persen fraksi masing-masing fasanya?