5 - Laporan Praktikum Metfis (Metalografi Kuantitatif) [PDF]

Citation preview

DAFTAR ISI



DAFTAR ISI .............................................................................................



i



MODUL 5 PRAKTIKUM METALOGRAFI KUANTITATIF BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................



1



1.1 Latar Belakang .............................................................................



1



1.2 Tujuan ...........................................................................................



1



1.3 Alat dan Bahan ...........................................................................



1



BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................



2



2.1 Definisi Metalografi Kuantitatif .....................................................



2



2.2 Teori Tambahan ............................................................................



8



BAB III PROSEDUR PERCOBAAN........................................................



10



3.1 Langkah Kerja ........................................................................... BAB IV DATA DAN ANALISA.................................................................



10 12



4.1 Analisa Data ..............................................................................



12



4.2 Analisa Matematis .....................................................................



12



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................



14



5.1 Kesimpulan ...............................................................................



14



DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................



15



LAMPIRAN ...........................................................................................



16



Praktikum Metalurgi Fisik



Page 1



BAB I PENDAHULUAN



1.1 LATAR BELAKANG Metalografi adalah salah satu cara untuk melakukan periksaan struktur mikro logam dengan pengamatan dibawah mikroskop optik. Struktur Mikro meliputi fasa yang setimbang. Fasa yang setimbang adalah



fasa yang



terbentuk dari fasa cair ke fasa padat dengan laju pendinginan sangat lambat. Jenis fasa ini



terdiri dari



perlit , ferit , austenit dll yang dapat



diananilis dengan menggunkan diagram fasa(Fe-C). Fasa yang tidak setimbang adalah fasa yang terbentuk akibat pendinginan cepat. Jenis fasa ini



terdiri dari Martensit , Bainite, yang dapat di analisis



menggunakan



diagram



CCT



(Continous-Cooling



dengan



Transformation).



Sedangkan ditinjau dari bentuk butir logam memiliki dua bentuk butir yaitu ; butir equaxial dan elongatio 1.2 TUJUAN Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa dapat, •



Mengukur besar butir dengan metoda perbandingan ASTM



•



Mengukur besar butir dengan metoda garis (heyn & interseption)



•



Mengukur besar butir dengan metoda bidang datar (circle & plani matric)



1.3 ALAT DAN BAHAN •



Gambar micro structure material



•



plastik jilid



•



spidol permanent



•



jangka



•



penggaris



•



gunting BAB II LANDASAN TEORI



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



1



2.1 DEFINISI METALOGRAFI KUANTITATIF Metalografi kuantitatif (stereologi) adalah bidang metalografi yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuranpada 2 dimensi dengan besaran struktur micro dalam 3 dimensidari suatu logam dan paduannya. Sifat-sifat logam dan paduanya dengan mudah dapat dipelajari dari struktur micronya, melalui pemeriksaan metalografi kuantitatif yaitu antara lain: 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. 



Pengukuran fraksi volume Pengukuran permukaan spesifik Pengukuran panjang garis spesifik Pengukuran kerapatan titik Pengukuran Besar Butir Besar butir dapat diukur dengan menggunakan metoda : Metoda perbandingan ASTM, Besar butir suatu logam dan juga bentuk serta ukuran grafit serpih dan grafit bulat dari besi cor dapat ditentukan dengan perbandingan ASTM Besar butir nomor G menurut ASTM didefinikan demikian rupa sehingga 2 G-1



adalah sama dengan banyaknya butir per inchi



persegi pada pembesaran 100x Nomor ASTM ini sangat bermanfaat dalam memperkirakan besar butir atau ukuran panjang grafit serfih atau ukuran grafit bulat. Standar ukuran butir menurut ASTM dapat dilihat pada metal handbookASM vol,7 (Altas of microstructure of metal alloy ) Table 1. nomor ukuran butir ASTM







Metoda garis (heyn)



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



2



Metoda heyn atau metoda besar butir rata-rata Lk yaitu panjang rata-rata segmen –segmen dari sutu pengujian yang melintasi batas butir-batas butir . l Lk =n . v . ∑ pk Dimana : Lk n l v ∑ pk



= besar butir rata-rata = jumlah garis uji = panjang garis uji = pembesaran poto = jumah batas butir yang terpotong



Untuk menentukan nomor ASTM, dapat diperoleh dengan cara konversi (Tabel 2) Tabel 2 konversi nomor ASTM



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



3







Metoda Garis Potong Metoda garis potong (intercept) ditentukan oleh banyak butir yang terpotong oleh sebuah garis lurus (sedikitnya 50 butir) l Li = n.v Dimana : Li = jarak perpotonga rata-rata (mm) L = panjang garis lurus (mm) v = Pembesaran poto n = banyaknya butir yang terpotong Untuk menentukan nomor ASTM ukuran butirnya maka diperoleh dengan cara konversi table 5. Untuk butir yang non equiaxial, besar butir ditentukan oleh garis lurus pada berbagai arah. Metoda heyn & konversi ASTM



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



4



Table 5.hubungan ukuran butir







Metoda Lingkaran Metoda ini, besar butir rata-rata (mm) di tentukan dengan persamaan :



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



5



Fm =



fk ( 0.07 .n+ Z ) . v



Dimana Fm = besar butir rata-rata … (mm) fk = lingkaran (mm) Z = banyaknya butir dalam lingkaran N = banyaknya butir yang terpotong V = pembesaran poto



Gambar 3 Metode lingkaran







Metoda Plani Metric Metoda ini dilakukan untuk mengukur besar butir yang terelongasi yaitu dengan cara pengukuran besar butir metoda garis pada berbagai arah (misalnya 0˚, 30˚, 60˚,90˚) kemudian hasilnya di plotsecara grafis atau dihitung ratio Lmax/Lmin



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



6



Gambar 4. Metoda planimetrik Untuk menentukan fraksi unsur/fasa dapat dibantu dengan garis potong



Gambar 5. Metoda garis







Metoda Point Count



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



7



Metoda ini (ASTM specification E562), dapat digunakan untuk menghitung jumlah fasa tertentu %fasa yang ditinjau =(jumlah titik/total titik) x 100% fasa yang ditinjau= PT =



Jumlah titik X 100 total titik



∑P PT



Gambar 5. Metoda point count 



Metoda Hilliarad 6.64 logL 1 G=−10− P. M Dimana : G = Grain size number (ASTM) Li = keliling lingkaran (cm) P = jumlah titik potong M = pembesaran Hubungan ukuran butir dan jumlah butir per in 2 dalam pembesaran 100x adalah N=2g-1



2.2 Teori Tambahan Dari hasil pengujian dan hasil gambar foto yang didapat kita dapat melihat ukuran butir membesar sebagai akibat dari pemberian perlakuan panas yang kemudian didinginkan secara cepat dengan menggunakan media pendingin air garam. Akibat dari perlakuan panas dengan pendinginan yang cepat fasa pearlit secara kuantitatif akan lebih banyak atau dominant daripada fasa ferit. Atau dengan kata lain akibat dari laju pendinginan secara cepat mempengaruhi pembentukan kembali fasa ferit. Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



8



Semakin lambat laju pendinginan maka fasa ferit yang pada saat pemanasan bertransformasi menjadi perlit akan mudah bertransformasi kembali menjadi fasa ferit. Oleh karena itu perlakuan panas yang diberikan kepada specimen yang kemudian didinginkan secara cepat akan memiliki fasa perlit yang dominant sebagai akibat dari tidak sempatnya fasa perlit tersebut bertrasformasi kembali menjadi fasa ferit. Kita dapat menentukan jumlah fasa secara kuantitatif yang terjadi dari suatu specimen yang telah diberi perlakuan panas dengan kecepatan pendinginan tertentu. Dimana kita tahu kecepatan pendinginan yang mempengaruhi sedikit dan banyaknya fasa-fasa tertentu. Hal ini dilakukan dengan pertama-tama membuat foto gambar sturktur dari suatu specimen kemudian dibuat titik-titik yang simetris dengan jumlah tertentu pada gambar foto specimen tersebut. Dimana titik yang tepat mengenai fasa tertentu dihitung 1 (satu) dan mengenai tepi fasa dihitung ½ (setengah) untuk masing-masing fasa yang ada.



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



9



BAB III PROSEDUR PERCOBAAN 3.1 Langkah Kerja a. Pengambilan Gambar Struktur Mikro Material Pertama ambil gambar struktur mikro yang akan kita uji metalografi kuantitatif dengan pembesaran tertentu. Pada penelitian ini kami menggunakan pembesaran 400X untuk mengambil gambar struktur mikro material. b. Gambar Garis Sesuai Metode Heyn Kemudian buat 6 buah garis melintang pada sebuah kertas mika transparan dengan panjang masing-masing 100 mm, dan jarak spasi antar garis 10 mm. Kemudian tempelkan kertas tersebut di sebmbarang tempat pada gambar struktur mikro yang telah kita ambil sebelumnya. c. Menghitung Jumlah Batas Butir yang Terpotong Garis Setelah mendapatkan garis yang saling melintang pada gambar struktur mikro, maka hitunglah jumlah butir yang terpotong oleh setiap masing-masing garis yang kita gambar dan tuliskan hasilnya pada bagian pinggir garis tersebut. Lalu jumlahkan hasil perhitungan butir dari seluruh garis. d. Memasukkan Data Kedalam Rumus Heyn n. L L´ k = v . ∑ Pk Dimana: Lk : besar butir rata – rata (mm) n : Jumlah garis uji l : Panjang garis uji (mm) v : pembesaran foto ∑Pk : Jumlah batas butir yang terpotong e. Mengkonversi Hasil Akhir Dari Rumus Kedalam Tabel Hubungan Ukuran Butir Setelah mendapatkan nilai Lk, maka masukkan nilai kedalam tabel hubungan ukuran butir, dengan melihat nilai Lk dan menganyamakan dengan kolom Calculated Diameter of Average Grain. Kemudian lihat Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



10



nilai pada kolom ASTM Micro Grain Size Number yang sejajar dengan nilai Lk yang kita dapatkan tadi. f. Mengkonversi Hasil Nomor Ukuran ASTM Kedalam Grafik Setelah mendapatkan nilai ASTM Micro Grain Size Number, maka masukkan nilai kedalam tabel konversi nomor ASTM dengan cara samakan nilai ASTM Micro Grain Size Number dengan nilai pada grafik sebelah kanan, kemudian tarik garis sampai bertemu dengan garis diagonal pada grafik. Dari titik pertemuan garis yang kita buat dengan garis diagonal dari grafik, tarik garis tersebut turun ke bawah untuk menemukan nomor equivalen ASTM g. Menyimpulkan Material Diuji setara dengan material ASTM Setelah mendapatkan nilai equivalen ASTM dari grafik, masukkan nilai tersebut pada tabel Nomor Ukuran Butir ASTM, dimana nomor equivalen yang kita dapat dari grafik tadi sama dengan nomor pada tabel ASTM number pada tabel tersebut.



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



11



BAB IV DATA DAN ANALISA 1.



Analisa Data Gambar struktur mikro yang digunakan adalah gambar yang diambil dengan pembesaran 400x, sebagai berikut.



Gambar 6 2.



Analisa Matematis Metoda Heyn atau metoda besar butir rata-rata L´ k =



n. L v . ∑ Pk



Dimana : Lk = besar butir rata-rata (mm) n = jumlah garis uji I = panjang garis uji (mm) V = pembesaran foto ∑pk= jumlah batas butir yang terpotong Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



12



Diketahui N



=6



L



= 100 mm



V



= 400



∑pk



= 80 Data diperoleh 



Maka,



Lk =n .



Lk =6



l v . ∑ pk



100 400 . 80







Calculate diameter average = 0,0189 mm = 0,743 in Average distance = 0,0168 mm = 0,660 x10-3







Calculated Average Grain Section = 0,356 mm2 = 0,552 in2







Average Number of grain pen = 1490000 mm2







Nominal grain per mm2 at 1X = 2610 mm2







Pada Tabel adalah ASTM 8,5



Nominal grain per in2 at 100X = 181 in2



Jurusan Teknik Mesin – Unjani



MODUL 5 METALOGRAFI



Lk =0,01875 mm Lk =18,7 µ m



Berdasarkan grafik dihasilkan ASTM 8,4



KUANTITATIF



13



BAB V KESIMPULAN



5.1 Kesimpulan  Karakteristik struktur logam atau paduan logam memiliki sifat fisis dan mekanis yang berbeda tergantung dari jenis perlakuan panas dan proses 



pendinginannya. Kekuatan dan keuletan suatu material yang telah mengalami proses perlakuan



panas



akan



dipengaruhi



jenis



media



pendingin



yang







digunakan. Urutan ketangguhan bahan menurut media pendinginnya yaitu: air,udara,oli dan suhu tungku Pada Struktur mikro logam terdapat batas butir yang menunjukan







kekerasan sebuah logam. Mencari besaran rata-rata batas butir logam dapat diperoleh melalui







persamaan Hyen. Logam yang diuji dengan pembesaran 400x memiliki besar rata-rata butir sebesar 18,7 μm.



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



14



DAFTAR PUSTAKA



Modul Panduan Praktikum Metalurgi Fisik, 2014, Bandung : Laboratorium Material Teknik UNJANI. Surdia Tata dan Saito Shinroku, 1984. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Paramitha: Bandung. Sarimin, Dina Restia Ningrum. 2013. Pengaruh Proses Pemanasan dengan Variasi Media Pendingin. Jurnal. Incropera, F.P., dan Dewitt, D.P., Fundamental of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, 2002. Laurance H. Van Vlack.2001. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material Edisi keenam. Erlangga : Jakarta. Surdia, Tata & Saito, Shinroku. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. (edisi kedua). Pradnya Paramita :Jakarta. Callister Jr. William D. 1994. Material Science and Engineering edisi VB.H. Amstead. Teknologi Mekanik.1992 B.H. Amstead, Philip F Ostwald dan Myron L. Brgman, Teknologi Mekanik jilid I, 1981 Sudarsono., Ferdian, D., dan Soedarsono, J.W., 2003, “Pengaruh Media Celup dan Waktu Tahan Pada Karburasi Padat Baja AISI SAE 1522”, http://arisabadi.blogspot.co.id/2008/09/proses-karburising.html http://teknik-mesin1.blogspot.co.id/2011/05/karburising.html



Jurusan Teknik Mesin – Unjani KUANTITATIF



MODUL 5 METALOGRAFI



LAMPIRAN Tugas Modul 5 1. Jelaskan hubungan (Hall-Petch) antara besar butir dengan sifat mekanik suatu material 2. Apakah hubungan tersebut diatas berlaku juga untuk besi cor? Jelaskan 3. Jelaskan mengapa perkiraan kandungan karbon hanya dapat ditentukan terhadap material baja karbon dalam kondisi annealing.



Jawaban 1. Material dengan butir yang halus akan lebih keras dan kuat dibanding butiran yang kasar, disebabkan karena mempunyai jumlah permukaan lebih besar pada total area lapisan butir yang akan menghambat pergerakan dislokasi. Penurunan ukuran butir biasanya lebih baik dalam meningkatkan ketangguhan. Dalam banyak hal, variasi yield strength dengan ukuran butir mengacu pada persamaan Hall-Petch: σy =σ0 +ky d Dimana σ0 adalah tegangan geser yang berlawanan arah dengan pergerakan dislokasi pada butir, d adalah diameter butir dan k adalah suatu konstanta yang merepresentasikan tingkat kesulitan untuk menghasilkan suatu dislokasi baru pada butir berikutnya Walaupun demikian, pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis memiliki batasan dimana butir yang terlalu halus (