Modul D Hardenability dan Percobaan Jominy

8/18/2019 Modul D Hardenability dan Percobaan Jominy

1/17

Laporan Praktikum

Laboratorium Teknik Material

Modul D Hardenability dan Percobaan Jominy

Oleh :

Nama : Surya Eko Sulistiawan

NIM : 13713054

Kelompok : 2

Anggota (NIM) : Andrian Anggadha Widatama (13713005)

Antonio Ricardo Salomo Abraham (13713024)

Adhi Setyo Nugroho (13713025)

Aldi Wendo Kohara (13713042)

Tanggal Praktikum : 03 November 2015

Tanggal Penyerahan Laporan : 09 November 2015

Nama Asisten (NIM) : Hakim Ginanjar (13711040)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2015


2/17

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Material logam dan paduan banyak dijumpai dan digunakan pada industry

alat-alat berat, kontruksi, dan industry manufaktur. Para pelaku industri tersebut

memanfaatkan sifat-sifat logam dan paduannya sebagai bagian yang tak

terpisahkan dalam system pengoperasian industry mereka.

Salah satu sifat logam yang umum dimanfaatkan adalah sifat kekuatannya.

Sifat kekuatan logam dapat disejajarkan dengan sifat kekerasan logam. Untuk

membuat produk dari logam dan paduan yang memiliki kekuatan dan kekerasan

tinggi harus diatur kadar unsur-unsur yang terkandung dalam logam tersebut pada

saat proses pencairan dan pembuatan logam. Namun cara ini tidak efisien karena

membutuhkan biaya yang mahal dan prosesnya memerlukan waktu yang lama.

Salah satu metode untuk memperkeras logam yaitu dengan quenching.

Quenching akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan suatu logam. Namun, cara

mengquench logam yang berbeda-beda terutama quenching tidak pada semua

specimen logam dapat mengakibatkan harga kekerasan specimen tersebut

berbeda-beda di tiap lokasi di specimen logam tersebut. Untuk mengetahui harga

kekerasan pada jarak tertentu dari sisi specimen yang diquench salah satu caranya

yaitu dengan percobaan jominy.

1.2 Tujuan Praktikum

1. Menentukan harga kekerasan baja AISI 4140 pada berbagai jarak terhadap

letak pusat quench spesimen

2. Membandingkan kurva hasil percobaan jominy terhadap kurva data literatur


3/17

BAB II

TEORI DASAR

Kekerasan merupakan ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis

lokal. Untuk meningkatkan kekerasan material terutama logam dapat dilakukan

dengan berbagai cara, antara lain heat treatment, solid solution strengthening, dan

strain hardening.

Heat treatment merupakan proses pengubahan sifat logam, terutama baja,

melalui pengubahan struktur mikro dengan cara pemanasan dan pengaturan laju

pendinginan. Jenis-jenis heat treatment antara lain annealing, normalizing, tempering,

dan quenching. Proses heat treatment pada baja dilakukan dengan cara memanaskan

baja sampai temperatur austenisasinya kemudian didinginkan secara cepat(quench).

Parameter yang dapat mempengaruhi kekerasan hasil proses heat treatment antara

lain komposisi kimia, laju pendinginan, medium pendinginan, serta cara

mendinginkannya.

Keterkerasan dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk mengeras sampai

kekerasan tertentu pada suatu material setelah melalui proses heat treatment. Untuk

mengetahui sifat mampu keras material dengan proses heat treatment, ada dua metode

yang bisa digunakan, yaitu metode bola baja (oleh Krauss-Baine) dan metode jominy.

Pada metode bola baja, perlu beberapa bola baja untuk dipanaskan kemudian

didinginkan. Sifat mampu keras yang baik dari material diindikasikan dengan

persentase martensit yang terbentuk dan diukur dari diameter bo la baja. Sedangkan

pada metode jominy, spesimen yang digunakan berbentuk silinder yang dipanaskan

pada temperatur austenisasinya, kemudian didinginkan pada salah satu ujungnya

dengan cara disemprot air. Untuk mengetahui sifat mampu kerasnya, diukur

kekerasan dari mulai dari jarak terdekat dari ujung penyemprotan air hingga ke ujung

satunya lagi.


4/17

Hasil dari pengujian metode jominy berupa

harga kekerasan pada jarak tertentu

dari pusat quench specimen.

Standar specimen uji jominy ada

di ASTM A255. Kurva

hardenability merupakan kurva

yang menghubungkan harga

kekerasan (sumbu y) terhadap

jarak ke pusat quench (sumbu x).

Selama proses pengujian jominy,

kadang ada beberapa cacat selama percobaan, antara lain vapour blanket dan shadow

effect. Vapour blanket terjadi di sekitar benda kerja ketika baru saja dicelup ke media

pendingin. Vapur blanket ini dapat menghambat aliran panas dari benda kerja ke

lingkungan. Sedangkan shadow effect akan terjadi jika benda kerja yang diquenching

dengan cara disemprot pada bagian belakang specimen tidak terkena semprotan.

Selain itu, pada proses quenching ada fenomena severity of quench. Severity of

quench merupakan ukuran dari suatu media quench dalam menyerap panas/kalor dari

benda kerja. Media quench yang sering digunakan antara lain air, oli, dan udara. Dari

ketiga media quench tersebut air memiliki kemampuan menyerap panas paling tinggi

sehingga laju pendinginan spesimen dalam media quench air paling cepat daripada

media quench lainnya.

Gambar 2.1 Standar specimen uji jominy


5/17


6/17

BAB IV

DATA PENGAMATAN

1. Kekerasan akhir specimen

Spesimen : AISI 4140

Kekerasan awal : 19.5, 25, 27, 23.5 ; 23.75 HRC

No jarak (mm) HRC No jarak (mm) HRC

1 5 42 8 40 26

2 10 37 9 45 28

3 15 29 10 50 304 20 26 11 55 27

5 25 28 12 60 27

6 30 24 13 65 24

7 35 25 14 70 25

15 75 25

2. Perhitungan hardenability band :

Spesifikasi baja AISI 4140 :

Paduan % min % max Faktor pengali min. Faktor pengali max.

C 0,38 0,43 0,205 0,221

Cr 0,8 1,1 2,728 3,376

Mo 0,15 0,25 1,45 1,75

Mn 0,75 1 3,500 4,333

Si 0,15 0,35 1,105 1,245

DI (inch) 3,136 7,043

DI (mm) 79,65 178,9

Dengan DI= П factor pengali


7/17

Untuk mencari Distance Hardness Dividing Factors, dipakai DI terdekat

yakni 80 mm dan 177,5 mm. Selanjutnya dari tabel 2 dan 3 hasilnya dapat

ditabelkan sebagai berikut :

Jarak (mm) DHDF 80 mm DHDF 177,5 mm

3 1 1

4,5 1 1

6 1,06 1

7,5 1,13 1

9 1,22 1

10,5 1,3 1

12 1,35 1

13.5 1,42 1

15 1,47 1

18 1,61 1

21 1,72 1,01

24 1,8 1,02

27 1,88 1,03

33 2,01 1,06

39 2,13 1,09

45 2,23 1,12

51 2,33 1,18

Initial hardness, IH = 35.395 + 6.990x + 312.330x2− 821.744x3+ 1015.479x4−

538.346x5. Dengan x=%C, maka diperoleh IH min=54,97 HRC,dan IH

max=57,62 HRC.

Untuk memperoleh hardenability band, IH dibagi Distance Hardness Dividing

Factors dan dapat ditabelkan sebagai berikut :


8/17

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 20 40 60 80

min

max

percobaan

Jarak (mm) IH/DHDF 80 mm IH/DHDF 177,5 mm

3 54,97 57,62

4,5 54,97 57,62

6 51,86 57,62

7,5 48,65 57,62

9 45,06 57,62

10,5 42,28 57,62

12 40,72 57,62

13.5 38,71 57,62

15 37,39 57,62

18 34,14 57,62

21 31,96 57,05

24 30,54 56,49

27 29,24 55,94

33 27,35 54,36

39 25,81 52,86

45 24,65 51,45

51 23,59 48,83

Berikut ini kurva hardenability band dan hasil praktikum :


9/17

BAB V

ANALISIS DATA

Praktikum metode Jominy ini dilakukan dengan menggunakan specimen baja

AISI 4140. Data yang diperoleh pada pengujian ini adalah harga kekerasan rockwell

C pada berbagai jarak terhadap pusat quench specimen setelah melalui proses heat

treatment. Spesimen pada percobaan ini mula- mula dipanaskan dalam tungku 900‟C

selama 30 menit untuk mendapatkan fasa austenite pada semua bagian specimen.

Melalui proses pendinginan cepat dengan disemprot air pada salah satu ujung

specimen, fasa austenite tersebut bertransformasi fasa berdasarkan diagram CCT baja.

Secara umum, kekerasan specimen di tiap posisi pada specimen setelah melalui

proses heat treatment ini meningkat terhadap kekerasan awal karena pendinginan

yang dilakukan secara cepat dengan media pendingin air dan udara lingkungan.

Namun harga kekerasan di tiap jarak terhadap pusat quench specimen berbeda-beda.

Harga kekerasan di dekat pusat quench specimen naik paling tinggi, terutama pada

jarak 0.5-2.0 cm, dibandingkan di posisi lain.

Semakin jauh posisi terhadap pusat quench specimen harga kekerasannya

semakin turun. Harga kekerasan yang menurun ini disebabkan oleh laju pendinginan

yang berbeda-beda tiap posisi. Pada posisi dekat pusat quench laju pendinginannya

sangat cepat karena media pendingin air lebih dominan daripada udara. Semakin jauh

dari pusat quench keterlibatan media pendingin air semakin berkurang dan dominan

udara sehingga akan mempengaruhi harga kekerasan. Menurut literature, severity of

quench air lebih tinggi daripada udara sehingga posisi specimen yang terpengaruh

oleh media pendingin air harga kekerasannya lebih tinggi.

Akan tetapi mulai pada jarak 2.5 cm keatas harga kekerasannya cenderung

stabil. Hal ini mungkin disebabkan oleh media pendingin udara lebih dominan

daripada air pada posisi-posisi ini sehingga harga kekerasannya stabil.


10/17

Walaupun pada percobaan ini tidak disertai pengamatan struktur mikronya,

namun jika ditinjau dari struktur mikronya, daerah yang dekat dengan pusat quench

specimen akan mengandung banyak fasa martensit dan semakin jauh jaraknya maka

fasa martensit akan berkurang dan fasa perlit akan meningkat. Struktur mikro yang

berbeda ini disebabkan oleh laju pendinginan yang berbeda dimana semakin cepat

laju pendinginan kemungkinan terbentuknya fasa martensit semakin besar.

Pernyataan ini berdasarkan interpretasi dari diagram CCT pada baja.

Dari kurva perbandingan hardenability band dengan hasil percobaan, terlihat

bahwa mula-mula garis percobaan berada dibawah garis minimum. Akan tetapi mulai

pada jarak 40 mm garis percobaan memotong garis minimum dan berada didalam

kurva hardenability band. Adanya garis percobaan yang berada diluar kurva

hardenability band mungkin disebabkan oleh proses pendinginan yang tidak merata

ke seluruh bagian specimen dan sifat specimen yang belum tentu sesuai standar.

Proses pendinginan yang tidak merata akan mempengaruhi struktur mikro yang

terbentuk. Struktur mikro yang terbentuk juga pasti akan mempengaruhi harga

kekerasan specimen. Sifat specimen yang belum tentu sesuai standar, antara lain

ditandai dengan adanya impurity pada specimen, ataupun specimen tersebut tela h

mengalami perlakuan tertentu sebelum proses pengujian ini.


11/17

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 20 40 60 80

min

max

percobaan

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Harga kekerasan baja AISI 4140 pada berbagai jarak terhadap letak pusat

quench spesimen dapat ditabelkan sebagai berikut :

no jarak (mm) HRC no jarak (mm) HRC

1 5 42 8 40 26

2 10 37 9 45 28

3 15 29 10 50 30

4 20 26 11 55 27

5 25 28 12 60 27

6 30 24 13 65 24

7 35 25 14 70 25

15 75 25

2. Perbandingan kurva pengujian jominy hasil praktikum terhadap literature

yaitu sebagai berikut :

5.2 Saran

Perlu pembuktian struktur mikro bahwa telah terjadi transformasi fasa pada

specimen.


12/17

DAFTAR PUSTAKA

1. Dieter, G.E. „Mechanical Metallurgy” 2th edition. Mcg raw-hill, New York. 1986.

2. Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction” 6th

edition. John Willey & Sons, Inc. 2003.

3. Kalpakjian,S & Schmid, S. “Manufacturing Engineering and Technology” 6 th

edition. Pearson. 2009.

4. ASTM. 2002. ASTM A255 – 02: Standard Test Methods for Determining

Hardenability of Steel . USA. ASTM International.

RANGKUMAN

Metode pengerasan logam selain heat treatment antara lain solid solution

strengthening, strain hardening, grain refinement, precipitation hardening, dan

martensitic strengthening. Penguatan solid solution dilakukan dengan pemaduan

unsur-unsur yang lain untuk memperoleh sifat yang diinginkan. Strain hardening

strengthening dilakukan dengan pemberian cold working sehingga terjadi fenomena

strain hardening yang dapat mengeraskan material. Pengaturan ukuran butir

mempengaruhi kekuatan dan kekerasan, berdasarkan hokum hall petch, semakin kecil

ukuran butir maka kekuatan dan kekerasannya semakin tinggi. Precipitation

hardening dilakukan dengan pembentukan presipitat didalam matriks, dimana

presipitat ini dapat menghambat pergerakan dislokas i. Sedangkan martensitic

strengthening dilakukan dengan pembentukan fasa martensit yang keras dan getas

melalui pemanasan dan pendinginan yang cepat.

Kelebihan proses heat treatment dibandingkan metode pengerasan lainnya

yaitu sifat fisiknya tidak berubah karena komposisinya masih tetap sama.


13/17

Harga kekerasan suatu logam dapat dilihat pada kurva hardenability. Sifat

mampu kerasnya dapat kita ketahui dengan mencocokkan kurva hardenability pada

hardenability band. Selain menggunakan kurva hardenability, kita dapat melihat sifat

mampu kerasnya melalui diagram CCT. Semakin jauh jarak diagram (hidung) dari

garis tegak maka semakin baik sifat mampu kerasnya.

Berikut diagram CCT untuk baja hypoeutektoid dan baja hypereutectoid.

Dari diagram disamping,

ada beberapa garis yang ditandai

dengan garis A1,A3,Acm dan

lainnya. Pada baja

hypoeutektoid, baik untuk

melunakkan maupun

mengeraskan temperatur

pemanasannya yaitu

Tp=A3+50‟C. Sedangkan pada

baja hypereutectoid, untuk

melunakkan sifatnya perlu temperatur pemanasan Tp=Acm+50‟C dan untuk

mengeraskan perlu temperatur pemanasan Tp=A13+50‟C.


14/17

Kekerasan merupakan ketahanan material terhadap deformasi plastis lokal

sedangkan keterkerasan merupakan kemampuan untuk mengeras sampai kekerasan

tertentu pada suatu material setelah melalui proses heat treatment. Faktor-faktor yang

mempengaruhi keterkerasan antara lain komposisi kimia, ukuran butir austenite, laju

pendinginan, konduktivitas, bentuk benda, dan medium pendingin. Ukuran butir

austenite akan mempengaruhi keterkerasan karena jika ukuran butirnya besar maka

kandungan karbonnya banyak.

Ada beberapa cara pemanasan, bergantung sifat dan bentuk benda kerjanya.

Untuk benda kecil, benda dimasukan ke dalam tungku yang sudah dipanasi

sebelumnya. Sedangkan untuk benda besar, benda kerja dimasukan kedalam tungku

lalu dipanaskan secara bersama-sama.

Untuk benda yang sederhana dan permukaannya halus, pemanasan dilakukan

secara 1 tahap langsung, sedangkan untuk benda yang rumit dan jelek, pemanasannya

melalui 2 tahap(interrupted) dimana diantara tahap tersebut temperatur dijaga konstan

selama beberapa waktu.


15/17

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80

kurva hardenability

Selama proses pengujian jominy, kadang ada beberapa cacat selama

percobaan, antara lain vapour blanket dan shadow effect. Vapour b lanket terjadi d i

sekitar benda kerja ketika baru saja dicelup ke media pendingin. Vapur blanket ini

dapat menghambat aliran panas dari benda kerja ke lingkungan. Sedangkan shadow

effect akan terjadi jika benda kerja yang diquenching dengan cara disemprot pada

bagian belakang specimen tidak terkena semprotan.

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum 1

1. Buat grafik dari hasil percobaan dan berikan analisisnya!

2. Buat kurva grafik hardenability band dengan perhitungan dari baja yang

ditentukan setelah praktikum!

3. Jelaskan metode yang dapat digunakan untuk menentukan sifat mampu keras

logam!

4. Apa yang menyebabkan severity of quench berbeda-beda pada medium

quenching!

Jawab :

1. Dari kurva disamping

terlihat bahwa harga

kekerasan permukaan

didekat pusat quench

paling tinggi. Semakin

jauh dari pusat quench

harga kekerasannya

semakin turun. Walaupun


16/17

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 20 40 60 80

min

max

percobaan

begitu kekerasan akhir di semua titik di specimen tersebut lebih tinggi

dibandingkan kekerasan awal karena specimen ini telah melalui proses heat

treatment terutama quenching.

2.

3. A. Metode jominy : dengan menggunakan spesimen berbentuk silinder

berdiameter 1 inchi dengan panjang 4 inchi, spesimen ini mula- mula dipanaskan

terlebih dahulu sampai temperatur austenisasi, kemudian diquenching dengan cara

disemprot dengan air sampai spesimen menjadi dingin (temperatur kamar).

Setelah itu dikikir dan dibersihkan spesimen untuk diuji keras. Harga uji keras

yang didapat dari percobaan, diplot terhadap jarak titik yang diuji dari pusat

quenching menjadi kurva hardenability. Kurva hardenability yang diperoleh

dicocokkan pada hardenability band. Jika masih berada di dalam band berart i sifat

mampu keras spesimen tersebut baik, namun jika tidak terdapat dalam band

berarti sifat mampu keras spesimen buruk.

B. Metode Bola baja : Pada metode bola baja, perlu beberapa bola baja untuk

dipanaskan kemudian didinginkan. Sifat mampu keras yang baik dari material

diindikasikan dengan persentase martensit yang terbentuk dan diukur dari

diameter bola baja


17/17

4. Severity of quench berbeda-beda pada medium quenching disebabkan tiap media

quenching memiliki kapasitas kalor yang berbeda-beda. Semakin besar kapasitas

kalornya maka severity of quenchnya semakin tinggi.

Tugas Setelah Praktikum 2

1. Apa yang dimaksud dengan temper embrittlement dan secondary phase hardening

Jawab :

1. Temper embrittlement diindikasikan dengan penurunan ketangguhan baja paduan

ketika dipanaskan atau melalui pendinginan lambat, pada range temperatur 400-

600‟C. Temper embrittlement juga dapat terjadi akibat hasil exposure isothermal

ke temperatur range ini. Keberadaan temper embritllement dapat ditentukan

dengan mengukur perubahan temperatur transisi ductile ke brittle dengan uji

impak, sebelum dan setelah heat treatment. Penyebab terjadinya temper

embrittlement pada proses penemperan baja adalah terdapatnya austenit sisa pada

baja akibat laju pendinginan yang kurang cepat sehingga masih terdapat fasa

austenit pada baja. Adanya austenit sisa menyebabkan kekerasan menurun

sehingga baja perlu dipanaskan dan diquenching kembali agar seluruhnya menjadi

martensit. Secondary hardening merupakan pengerasan baja paduan pada

temperatur 250-650‟C oleh presipitasi karbida. Penyebab terjadinya secondary

hardening adalah akibat adanya inklusi lain yang bereaksi membentuk senyawa

karbida yang keras sehingga kekerasan naik saat ditemper.

Documents

Modul D Hardenability dan Percobaan Jominy