I. TUJUAN PRAKTIKUM

Mempelajari fenomena pengerasan pada baja karbon

Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kekerasan pada logam

Memahami mekanisme dan fenomena precipitation hardening pada paduan

Al-Cu.

II. TEORI DASAR

Pada dasarnya proses pengerasan logam dilakukan dengan menghambat

pergerakan dislokasi sehingga logam yang bersangkutan akan semakin sulit untuk

dideformasi plastis, atau dengan kata lain ia menjadi lebih keras dari keadaan

sebelumnya. Untuk menghambat pergerakan dislokasi ini digunakan beberapa

metode antara lain : pengerasan dengan mekanisme pembentukan martensit pada

baja, precipitation hardening, pengerasan dengan cold working dan sebagainya.

Dalam praktikum ini dilakukan proses pengerasan baja , precipitation pada paduan

Al-Cu. Selain itu pada praktikum ini juga dilakukan proses rekristalisasi pada

logam Cu.

A. Pengerasan Baja Karbon

Baja dapat dikeraskan dengan menerapkan proses perlakuan panas atau

heat treatment. Proses heat treatment sendiri merupakan prose pengubahan sifat

logam melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan

penganturan laju pendinginan.

Pengerasan baja ini dilakukan dengan pemanasan baja tersebut sampai

terbentuk fasa austenit pada baja tersebut. Setelah dilakukan holding time untuk

membuat temperature bersifat homogen di seluruh baja, baja tersebut kemudian

didinginkan secara cepat sehingga timbul fasa martensit yang keras.

T b

a : Pemanasan

a b : Holding timec

c : Quenching

B. Precipitation Hardening pada paduan Al-Cu

Precipitation hardening adalah proses perlakuan panas yang bertujuan

untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan material dengan pembentukan

precipitat yang tersebar secara seragam di dalam matrik. Precipitation hardening

memiliki 2 tahapan Antara lain :

1. Solution heat treating

2. Precipitation heat treating

Pada tahap solution heat treating, unsur Cu akan melarut dalam paduan

yang dilakukan dengan memanaskannya hingga batas kelarutannya. Setelah

dilakukan holding time maka akan terbentuk larutan padat lewat jenuh (super

saturated solid solution). Kemudian paduan tersebut diquenching.

Tahapan selanjutnya adalah Precipitation heat treating. Pada tahapan ini

paduan tersebut kemudian di aging sehingga terbentuk precipitat yang nantinya

akan menghambat pergerakan dislokasi. Dengan terhambatnya pergerakan

dislokasi inilah paduan Al-Cu tersebut akan menjadi lebih keras.

Ta

b

t

a : Solution Heat Treatingb : Precipitation Heat Treating

C. Rekristalisasi

Material kristalin yang mengalami deformasi plastis pada temperature

rendah (cold work) akan mengalami perubahan bentuk butir dan terjadi

peningkatan kekerasan meningkatnya kerapatan dislokasinya. Rekristalisasi

sendiri merupakan proses perlakuan panas yang ditandai dengan terbentuknya

butir baru yang berbentuk equiaksial dengan kerapatan dislokasi yang kecil

disertai dengan penurunan kekerasan. Temperatur rekristalisasi dipengaruhi oleh

deformasi plastis yang dialami oleh material. Semakin banyak ia mengalami

deformasi plastis maka temperature rekristalisainya akan semakin turun.

Rekristalisasi ini merupakan fungsi dari temperature dan waktu.

BAB III

Data Praktikum

A. Pengerasan Baja

Spesimen Temp.(ºC) Waktu (menit) HRA Awal HRC AkhirBaja karbon

rendah

850

30 2,67 37,5

Baja karbon

medium

Baja karbon

tinggi 850 30 11,76 47,3

Gambar specimen baja setelah heat

treatment

B. Rekristalisasi Tembaga.

No.Spesimen Temp.(ºC) Waktu (mnt) HRE Awal HRE Akhir

1 850 120 86,67 51

2 400 10 mnt 86,67 47

3 400 30 mnt 86,67 79

4 400 45 mnt 87 23,3

5 400 60 mnt 87 77,67

6 400 90 mnt 87 73

Gambar specimen tembaga setelah heat treatment

C. Precipitation Hardening Pada paduan Al-Cu

No.Spesimen Temp.(ºC) Waktu (menit) HRE Awal HRE Akhir

1 200 - 84 84

2 200 10 84 79

3 200 30 84 93

4 200 60 84 78

5 200 120 84 85

Gambar specimen Al-Cu setelah heat treatment

BAB IV

ANALISIS

1. Pengerasan baja karbon

Baja dapat dikeraskan melalui proses perlakuan panas atau heat treatment.

Proses heat treatment ini merupakan proses pemanasan dan pendinginan pada

material logam yang bertujuan untuk mengubah sifat mekanik material dengan

cara pengaturan laju pendinginan.

Pada percobaan pengerasan baja karbon, digunakan tiga jenis baja karbon,

yaitu baja karbon tinggi dan baja karbon rendah. Sebelum dilakukan pemanasan,

spesimen diuji dulu kekerasannya dengan menggunakan uji keras Rockwell.

Harga kekerasan awal baja karbon tinggi adalah 11,76HRA, dan baja karbon

rendah adalah 2,67HRA. Setelah itu, kedua spesimen tersebut dipanaskan selama

30 menit pada temperatur 850o C yang merupakan temperatur austenisasinya.

Pemanasan ini bertujuan untuk membentuk fasa austenit pada baja tersebut.

Setelah selesai pemanasan dilakukan holding time untuk membuat temperature

bersifat homogen di seluruh baja, ketiga baja tersebut kemudian didinginkan

secara cepat sehingga timbul fasa martensit yang keras.

Kekerasan material diukur kembali, dan diperoleh harga kekerasan

masing-masing spesimen meningkat, yaitu pada baja karbon tinggi menjadi

47,3HRC, dan baja karbon rendah menjadi 37,5HRC.

Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa peningkatan harga

kekerasan pada kedua spesimen disebabkan oleh banyaknya kandungan karbon

pada baja tersebut karena karbon yang terdapat pada baja tersebut akan larut

secara interstisi ataupun substitusi dan akan menyebabkan distorsi latis pada kisi

dan internal strength akan naik akibatnya kekerasan akan meningkat. Dengan kata

lain banyaknya kadar karbon yag terdapat pada suatu baja akan mempengaruhi

kekerasan baja tersebut. Jumlah C pada baja karbon tinggi lebih banyak daripada

baja karbon rendah, sehingga harga kekerasan baja karbon tinggi lebih besar

daripada baja karbon rendah. Selain itu, laju pendinginan juga mempengaruhi

kekerasan material seperti yang terlihat dari diagram CCT, bahwa makin lambat

laju pendinginan maka akan mempengaruhi jumlah martensit yang terbentuk

(untuk suatu baja yang sama) :

Dari kurva diatas akan terukur harga kekerasan yang berbeda pada laju

pendinginan suatu material. Semakin cepat laju pendinginan, kekerasan

materialnya akan semakin keras.

2. Rekristalisasi

Percobaan selanjutnya adalah proses rekristalisasi dari Tembaga (Cu).

Pada percobaan ini digunakan 6 buah spesimen Cu yang diberi nomor 1, 2, 3, 4, 5,

dan 6 serta diperoleh data harga kekerasan awal dan akhir dari keenam spesimen

tersebut. Tembaga memiliki temperature melting sekitar 1085ºC. Dari keterangan

ini kita dapat perkirakan bahwa temperature rekristalisasi dari tembaga sekitar

542.5ºC (setengah dari temperature melting).

Pada percobaan tembaga no.6, spesimen dipanaskan pada temperature

400ºC. Dari data percobaan didapatkan harga kekerasan awal adalah 87 HRE dan

kekerasan akhir adalah 73. Kekerasannya menurun cukup besar, padahal

seharusnya kekerasan setelah dipanaskan dengan sebelum dipanaskan relative

sama karena pada temperature ini yang terjadi adalah proses recovery dimana

distorsi latis yang menghalangi pergerakan dislokasi melalui struktur tidak

terpengaruh. Hal ini mungkin disebabkan oleh kesalahan pengukuran pada uji

kekerasan.

Dari gafik di atas, kekerasan akhir dari spesimen no.2 sampai no.5

mengalami penurunan. Hal ini sesuai dengan teori yang terdapat pada literatur

dimana kekerasan material berbanding terbalik dengan ukuran butir material

tersebut, makin kecil butir maka kekerasan suatu material akan semakin kuat.

Spesimen no.1 dipanaskan sampai suhu 850 ºC dan didapatkan kekerasan

akhirnya menurun secara drastis. Penurunan ini kemungkinan disebabkan oleh

butir-butir dari tembaga tersebut tumbuh sehingga menjadi lebih besar ukurannya

daripada ukuran semula. Membesarnya ukuran butir inilah yang menyebabkan

kekerasan dari spesimen menurun.

3. Precipitation Hardening pada Al-Cu

Harga kekerasan yang diperoleh dari pemanasan kelima spesimen pada

percobaan ini berbeda-beda . Hal tersebut dipengaruhi oleh waktu pemanasan

yang berbeda-beda pula.

Pada Precipitation hardening kekerasan akan meningkat karena terbentuk

presipitat pada batas butir dan bidang geser. Presipitat inilah yang menghambat

pergerakan dislokasi, sehingga kekerasannya akan meningkat. Mekanisme pada

precipitation hardening adalah substitusi dimana atom Cu mensubstitusi atom Al.

Kemudian karena proses pemanasan atom Cu berkumpul pada bagian tengah

membentuk presipitat yang letaknya tidak sejajar lagi dengan atom Al. Karena

adanya presipitat tersebut pergerakan dislokasi menjadi terhambat.

Pada pengerasan Al-Cu tahapan pertama dalam proses precipitation

hardening telah dilakukan oleh asisten (pemanasan 550ºC selama 12 jam

kemudian diquench). Tahapan berikutnya yaitu precipitation heat treating

dilakukan oleh praktikan. Caranya dipanaskan sampai temperature 200ºC lalu

diquench seperti proses pengerasan pada logam. Dari data yang diperoleh

didapatkan kurva hubungan antara kekerasan yang terjadi terhadap waktu aging :

Dari kurva diatas terlihat bahwa kekerasan meningkat seiring dengan

meningkatnya waktu aging. Peningkatan kekerasasn tersebut disebabkan karena

timbulnya partikel precipitat yang masih koheren dengan solvent atom (Al). Hal

ini menyebabkan terjadinya distorsi latis sehingga dislokasi dapat dihambat

(paduan mengeras). Partikel precipitat tersebut akan terus membesar seiring

dengan lamanya pemanasan sehingga paduan semakin keras.

BAB V

KESIMPULAN

1. Baja dapat diperkeras dengan cara mengontrol transformasi austenit.

Kekerasan baja maksimum dapat diperoleh dengan cara mendinginkan

baja dari temperature austenisasi dengan laju pendinginan yang sama atau

lebih besar dari laju pendinginan kritis.

2. Rekristalisasi merupakan perlakuan panas yang membentuk butir-butir

baru equaksial dengan kerapatan dislokasi yang kecil yang meyebabkan

penurunan kekerasan.

3. Pada precipitation hardening kekerasan akan meningkat karena terbentuk

presipitat pada batas butir dan bidang geser.

BAB VI

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM

II.3

a. Mengapa setelah dikeraskan ,kekerasan baja karbon rendah lebih rendah

dibandingakan dengan baja karbon medium atau tinggi?

Karena pada baja karbon rendah walaupun sudah dilakukan pendinginan

secara cepat tetap masih ada perlit yang terbentuk selain fasa martensit. Hal ini

terlihat pada diagram CCT, garis Ps (perlit start) yang dekat dengan sumbu tegak

mengakibatkan walaupun sudah dilakukan pendinginan yang cepat tetap masih

ada kemungkinan terbentuknya perlit.

b. Mekanisme terbentuknya martensit dan mengapa martensit keras.

Mekanisme terbentuknya martensit adalah bergesernya atom C. Dalam hal ini

atom C tidak sempat berdifusi karena pendinginan yang cepat sehingga ia hanya

akan bergeser ke rongga-rongga dalam sel satuan FCC milik Fe dengan mengisi

terlebih dahulu rongga oktahedralnya kemudian rongga tetrahedralnya.

c. Mengapa terbentuk Austenit sisa, apa pengaruhnya terhadap kekerasan, cara

untuk mengatasinya ?

Karena Mf terletak pada temperature yang rendah sehingga pada saat

pendinginan tidak semua austenit bertranformasi menjadi martensit.Austenit sisa

akan mengurangi kekerasan sehingga hasil pengerasan yang didapat tidak

optimum. Untuk mengatasinya dilakukan subzero treatment sehingga Mf-nya

tercapai dan semua austenitnya bertranformasi menjadi martensit.

d. Bagaimana cara membuat diagram CCT ?

Dengan memplotkan tranformasi yang terjadi pada temperature tertentu

terhadap waktu pendinginan.

III.3

a. Buat analisis pengaruh waktu aging terhadap kekerasan?

(dalam pembahasan)

b. Apa yang anda ketahui mengenai GP zone?

Suatu daerah dimana terbentuk cluster (berkumpulnya atom-atom terlarut

substitusi)/partikel precipitat dimana cluster tersebut masih koheren dengan

atom-atom solvent. Hal ini menyebabkan distorsi latis yang berakibat pada

meningkatnya kekerasan logam.

c. Mengapa presipitasi meningkatkan kekearasan ?

Presipitasi dapat meningkatkan kekerasan karena ia akan menghalangi

pergerakan dislokasi. Pada GP zone terlihat bahwa adanya presipitat akan

menyebabkan distorsi latis sehingga meningkatkan internal strees, karena inilah

dislokasi dapat dihambat pergerakannya.

d. Apa yang dimaksud dg natural aging,artificial aging dan overaging ?

Natural aging : pada precipitation hardening aging dilakukan pada

temperature kamar

Artificial aging : Pada precipitation hardening aging dilakukan diatas

temperature kamar.

Over aging : aging yang melewati batas kekuatan dan kekerasan yang

dapat diperoleh , sehingga kekerasan malah turun.

IV.3

a. Pengaruh temperature anil terhadap kekerasan dan ukuran butir ?

Dengan meningkatnya temperature anil kekerasan akan menurun (material

akan menjadi lebih lunak.

Dengan meningkatnya temperature anil, untuk daerah recovery sampai

dengan rekristalisasi butir menjadi semakin halus (dari elongated menjadi

equiaksial), namun apabila dianil lebih tinggi lagi butir-butir tadi akan tumbuh.

b. Pada pemanasan 400ºC apa pengaruhnya terhadap kekerasan ?

Kekerasan meningkat. Hal ini disebabkan berubahnya ukuran dan bentuk

butir menjadi lebih halus.

D. Mengapa pemberian hot working tidak meningkatkan kekerasan ?

Karena pada Hot Working dislokasi menjadi relative sedikit akibat

dipanaskan diatas temperature rekristalisasi sehingga kekerasan akibat strain

hardening tidak ada.

E. Apa keuntungan rekristalisasi ?

a. Dapat mengurangi kegetasan dengan mengurangi densitas dislokasinya.

b. Sifat mekanik dan sifat elektriknya dapat kembali seperti keadaan semula

(sebelum dilakukan cold work)

F. Pengaruh cold work terhadap temperature rekristalisasi material ?

Makin banyak cold work yang diberikan kepada suatu material maka

kecepatan rekristalisasi makin meningkat atau dengan kata lain temperature

rekristalisasi semakin menurun.

BAB VII

DAFTAR PUSTAKA

Callister,W.D. Materials Science And Engineering An Introducing, sixth edition,

John Wiley & Sons, New York, 2003.

Tugas tambahan

Diagram CCT

Tugas tambahan

1. Mengapa CCT bergeser ke kanan, Ms-nya turun?

Temperatur Ms menurun seiring dengan kenaikan temperature austenisasi.

Hal ini dikarenakan Ms bergantung terhadap kandungan karbon austenite.

Dimana semakin tinggi karbon semakin turun temperature Ms.

2. Gambarkan diagram CCT?

3. Adakah Mf yang berada di bawah sumbu x dan memotong sumbu y?

Mf tidak ada yang berada di bawah sumbu-x, tetapi ada yang memotong

sumbu-y yaitu pada kondisi isothermal cooling temperature.

4. Arah bidang geser FCC dan BCC?

FCC BCC

5. Persamaan apa yang mempengaruhi besar butir?

n = + 1

Ket : N = banyaknya butir dan satuan luas

n = grain size number

jadi, semakin sedikit butir dalam satuan luas maka ukuran butirnya

semakin besar.

6. Cara kerja tungku?

Cara kerja tungku adalah dengan mengubah energi listrik menjadi energi

panas dengan cara memanaskan filamen yang terdapat pada bagian dalam

tungku. Meningkatnya temperature pada filamen akibat adanya hambatan

listrik yang mengalir pada rangkaian listrik dalam tungku. Filamem inilah

yang meningkatkan temperature dalam tungku. Untuk mengatur suhu pada

tungku dilakukan dengan mengatur hambatan yang mengalir pada

rangkaian listrik.

7. Recovery, Recristalisasi, Grain growth ?

Recovery : kembali ke sifat fisik awal sebelum dilakukan cold working

dengan penyusunan kembali dislokasi menjadi susunan yang lebih teratur

namun tidak ada perubahan yang berarti secara microstruktural.

Recristalisasi : Pengintian butir baru yang bebas regangan , sedikit

dislokasi dan memiliki karakteristik sama seperti sebelum dilakukan cold

working.

Graingrowth : Pertumbuhan butir equiaksial menjadi lebih besar

ukurannya.