Makalah - Perlakuan - Panas (Material Teknik) [PDF]

Citation preview

MAKALAH METALURGI FISIK “PERLAKUAN PANAS” MATERIAL TEKNIK



DOSEN PENGAMPU: Ir. Riski Elpari Siregar MT



Oleh : ALEXANDER H MARPAUNG(5193520004) ANANTO SINAGA (5193520005) ANDEPA SITUMORANG (5193520008) PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2019



0



KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan, Rahmat, Inayah, Taufik dan Hidayah sehingga saya dapat menyelesaikan penulisan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana . Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, penunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam pengetahuan tentang perlakuan panas . Harapan saya semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga saya dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.



MEDAN,18 NOVEMBER 2019



Penulis,



1



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR...................................................................................................



1



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



2



BAB I PENDAHULUAN.............................................................................................



3



1. Latar Belakang............................................................................................



3



2. Rumusan Masalah.......................................................................................



3



3. Tujun makalah.........................................................................................



4



BAB II ISI.....................................................................................................................



5



A. Pengertian Perlakuan Panas.......................................................................



5



B. Diagram TTT(Time Temprature Transformation).....................................



7



C. Jenis-jenis Perlakuan Panas.......................................................................



9



D. Macam-macam Media Pendingin Perlakuan Panas...................................



13



E. Tempering...................................................................................................



15



BAB III PENUTUP.....................................................................................................



16



A. Kesimpulan................................................................................................



16



B. Saran..........................................................................................................



16



DAFTAR PUSTAKA



2



BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang



Logam merupakan suatu material yang saat ini paling banyak digunakan pada masa sekarang ini khususnya dunia industry dan otomotif.Berbagai macam peralatan serta komponen komponen lainnya pasti menggunakan logam. Mengetahui sifat dari logam tersebut merupakan hal yang sangat penting bagi pemanfaatan itu sendiri, karena jika suatu logam telah diketahui sifat-sifatnya dan bagaimana penggunaannya maka dalam pemanfaatannya bisa digunakan sebaik mungkin dan mengantisipasi hal-hal yang tidak diinginkan. Banyak terjadi kejadian seperti contoh nyata adalah kasus kapal titanic yang logamnya mengalami kelelahan karena terkena tergores dengan dan kemudian patah, dan juga kasus patah as roda kereta api. Terdapat berbagai macam sifat sifat logam contohnya, ulet, getas dan lentur



dari sifat tersebut mungkin saja tetap terjadi patah hal ini bisa saja



dikarenakan memang logamnya yang tidak kuat dan memang molekul struktur penyusunnya tidak rapat sehingga logam tesebut menjadi tidak kuat maka perlu dilakukan suatu proses penguatan melalui proses perlakuan panas.



B. Rumusan Masalah 1. Apa itu perlakuan panas ? 2.



Apa saja macam macam media pendinginan ?



3. bagaimana proses perlakuan panas ? 4. Apa saja jenis-jenis perlakuan panas ? 5. Apa saja produk-produk hasil dari perlakuan panas ?



3



C. Tujuan Tujuan dibuatnya makalah proses penguatan bahan melalui proses perlakuan panas antara lain : 1. Mengetahui apa itu proses perlakuan panas 2. Mengetahui macam macam media pendinginan 3. Mengetahui proses perlakuan panas 4. Mengetahui jenis-jenis perlakuan panas 5. Mengetahui produk-produk darihasil perlakuan panas



4



BAB II PEMBAHASAN



A. Pengertian Perlakuan Panas



Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan material yang terkontrol dengan maksud merubah sifat fisik untuk tujuan tertentu. Secara umum proses perlakuan panas adalah sebagai berikut :



1. Pemanasan material sampai suhu tertentu dengan kecepatan tertentu pula. 2. Mempertahankan suhu untuk waktu sehingga temperaturnya merata. 3. Pendinginan dengan media pendingin seperti air, oli dan udara.



Ketiga hal tersebut tergantung dari material yang akan di heat treatment dan sifat-sifat akhir yang diinginkan. Untuk perlakuan panas yang tepat, susunan kimia logam harus diketahui karena perubahan komposisis kimia khususnya karbon (C) dapat mengakibatkan perubahan sifat fisis (Yulianto, 2015).



Perlakuan panas sengaja dilakukan untuk untuk tujuan mengubah sifat secara khusus, di mana pemanasan dan pendinginan dilakukan untuk tujuan mengubah sifat, pemanasan dan pendinginan sering terjadi secara kebetulan selama proses manufaktur lain seperti pembentukan panas (Hot forming) atau Pengelasan. Dalam heat treatmentkita memanaskan



specimensampai



dengan



temperature



austenisasinya.



Temperatur



austenisasi yang diberikan tergantung pada kadar karbon baja yang diproses. Setelah temperature austenisasinya tecapai, bendakerja dibiarkan pada temperature tersebut dalam jangka waktu tertentu agar temperaturehomogeny diseluruh benda kerja. Proses ini disebut dengan homogenisasi. Setelah itu,dengan mengatur laju pendinginan akan didapat kekerasan yang diinginkan.



5



Gambar 1. Proses Perlakuan Panas



Pada gambar diatas dapat dijelaskan bahwa material akan dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai titik dimana dapat ditemui austenite yang berguna sebagai pengeras pada proses karena akan berubah menjadi martensit jadi suhu yang dicapai saat proses pemanasan adalah suhu dimana austenite mulai terbentuk. Pada gambar diatas dapat dilihat terdapat proses holding time, dimana proses holding timeberfungsi dimana saat sudah mencapai suhu saat austenite terbentuk untuk menahan hingga beberapa menit agar struktur mikro pada material yang dipanaskan mencapai keseragaman. Penseragaman ini bertujuan agar austenite semakin banyak terbentuk sehingga saat didinginkan nanti semakin banyak martensit yang didapatkan.



Pada proses pembuatannya, komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi.Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan jalan heat treatment.Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang seimbang sesuai dengan



6



komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat dilihat pada Diagram Fase Keseimbangan.



Gambar 2. Diagram Fasa Fe3cC



B. Diagram TTT (Time-Temperature-Transformation) Kecepatan pendinginan berpengaruh terhadap hasil transformasi dan sifat mekanik. Dalam hubungan tersebut dapat dipakai suatu diagram TTT (Time-Temperature-Transformation) untuk mermalkan struktur yang terjadi bila baja didinginkan dari struktur austenite dengan kecepatan pendinginan tertentu. Dengan demikian perlu direncanakan dan diketahui proses pendinginan yang akan dilakukan serta media pendingin yang akan dipakai. Kesalahan dalam penggunaan material pendingin dapat berakibat fatal pada material yang diuji (Pollack, 1997). Berikut merupakan diagram TTT :



7



Gambar 3. Diagram TTT (Time-Temperature-Transformation)



Martensite adalah mikro konstituen yang terbentuk tanpa melalui proses difusi. 5onstituen ini terbentuk saat austenite didinginkan secara sangat cepat misalnya melalui proses&uenching pada medium air. Transformasi berlangsung pada kecepatan sangat cepat mendekati orde kecepatan suarasehingga tidak memungkinkan terjadi proses difusi karbon. Transformasi martensite diklasifikasikan sebagai proses transformasi tanpa difusi yang tidak tergantung waktu (diffusionless time-independent transformation). Martensite yang terbentuk berbentuk seperti jarum yang bersifat sangat keras (hard) dan getas (brittle). Fase martensite adalah fase metastabil 8



yang akan membentuk fase yang lebih stabil apabila diberikan perlakuan panas. Martensite 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 interstisi maksimum pada kedua struktur kristal tersebut.



Gambar 4. Ilustrasi struktur martensit



C. Jenis-jenis Perlakuan Panas Secaraumum perlakukanpanas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis : 1. Near Equilibrium (MendekatiKesetimbangan) Tujuanumum dari perlakuan panasjenis Near Equilibriumini diantaranyaadalahuntuk : melunakkanstruktur kristal, menghaluskanbutir, menghilangkantegangandalamdan memperbaikimachineability. Jenis dari perlakukanpanas Near Equibrium, misalnya: Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Spheroidizing,



Normalizing



danHomogenizing.



penjelasannya :



9



Berikut



dibawah



ini



merupakan



a. Full Annealing (annealing) Pada proses pelunakkan atau annealing merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlit yang kasar (coarse perlite) tetapi luna dengan pemanasan sampai austenisasi dan didinginkan secara perlahan-lahan dalam tungku pemanas (furnace), yang bertujuan untuk memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal



juga



memperbaiki machinability. Disamping



itu



juga



pelunakan



dilakukan untuk tujuan meningkatkan keuletan dan mengurangi tegangan dalam yang meyebabkan material berprilaku getas (Dieter, 1996). b. Stress relief Annealing Merupakan process perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa akib at proses sebelumnya. Perlu diingat bahwa baja dengan kandungan karbon dibawah 0,3% C itu tidak bisa dikeraskan dengan membuat struktur mikronya berupa martensite. Caranya dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin (cold working) tetapi perlu diingat bahwa efek dari cold working ini akan timbul yang namanya tegangan dalam atau tegangan sisa dan untuk menghilangkan tegangan sisa ini perlu dilakukan proses Stress relief Annealing.Tegangan sisa yang terjadi di dalam logam sebagai hasil dari salah satu faktor yang disebutkan diatas harus dapat dihilangkan agar sifat yang diinginkan dari komponen yang terbuat dari logam tersebut dapat dicapai. Proses penghilangan tegangan sisa dilakukan biasanya dengan cara memanaskan benda kerja dibawah temperatur A1. Penghilangan tegangan sisa dari baja dilakukan dengan memanaskan baja tersebut pada temperatur sekitar 550-700°C, tergantung pada jenis baja yang diproses.Kemudian benda kerja ditahan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu agar diperoleh distribusi temperatur yang merata diseluruh benda kerja selanjutnya didinginkan di dalam tungku. c. Spherodized Annealing Spherodized Annealingmerupakan process perlakuan panas untuk menghasilkan strukturcarbida berbentuk bulat (spheroid) pada matriks ferrite. Pada proses Spheroidizing ini akan memperbaiki machinibility pada baja paduan kadar Karbon tinggi. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : bahwa baja hypereutectoid yang dianneal itu mempunyai struktur yang terdiri dari pearlite yang “terbungkus” oleh jaringan cemented. Adanya jaringan cemented (cemented 10



network) ini meyebabkan baja (hypereutectoid) ini mempunyai machinibility rendah. Untuk memperbaikinya maka cemented network tersebut harus dihancurkan dengan proses spheroidizing. d. Normalizing adalah bagian dari proses heat treatment. Memanaskan baja dengah suhu 40°C50°C diatas kritikal temperature (A3 atau Acm), ditahan selama beberapa waktu, dan didinginkan di suhu udarakamar normal. Dan setelah mendapat perlakuan normalizing, hasil dari mikro struktur menjadi pearlitic.Material terutama carbon steelakan



mengalami



perubahan



struktur



dan grain



sizekarena



efek



dari



pemanasan dan pendinginan akibat dari proses pengelasan. Struktur yang tidak homogen ini menyimpan banyak tegangan sisa yang membuat material tersebut memiliki sifat yang lebih keras namun ketangguhannya lebih rendah. Untuk mengembalikan kepada sifat yang diinginkan terutama dalam ketangguhannya maka struktur yang berubah tadi dikembalikan lagi ke struktur yang semula melalui pemanasan pada waktu tertentu dan dalam jangka waktu tertentu pula, tergantung dari jenis materialnya (Nugroho dkk, 2014).



e. Homogenizing Homogenizing adalah suatu pemanasan pada temperatur tinggi didaerah fasa austenit, jauh diatas titik kritis.Proses ini bertujuan untuk menghilangkan efek segregasi kimia akibat proses pembekuan lambat ingot/billet dan untuk memperbaiki mampu pengerjaan panas (hot workability).



2. Non



Equilirium



(Tidaksetimbang)



Tujuanumum



dari



perlakuan



panasjenis



Non



Equilibriumini adalah untuk mendapatkankekerasandan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dariperlakukan panasNon Equibrium, misalnya: Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening). Berikut dibawah ini merupakan penjelasannya mengenai jenis-jenis perlakuan panas tidak seimbang :



11



a. Hardening Hardening adalah perlakuan panas terhadap logam dengan sasaran meningkatkan kekerasan alami logam.Perlakuan panas menuntut pemanasan benda kerja menuju suhu pengerasan, jangka waktu penghentian yang memadai pada suhu pengerasan dan pendinginan (pengejutan) berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis. Akibat pengejutan dingin dari daerah suhu pengerasan ini, dicapailah suatu keadaan paksaan bagi struktur baja yang merangsang kekerasan, oleh karena itu maka proses pengerasan ini disebut pengerasan kejut. Karena logam menjadi keras melalui peralihan wujud struktur, maka perlakuan panas ini disebut juga pengerasan alih wujud. Kekerasan yang dicapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit) ini diringi kerapuhan yang besar dan tegangan pengejutan, karena itu pada umumnya dilakukan pemanasan kembali menuju suhu tertentu dengan pendinginan lambat. b. Martempering Martempering adalah proses perlakuan panas umum yang mengquenching material ke suhu menengah tepat di atas suhu awal martensit dan kemudian mendinginkan udara melalui rentang transformasi martensit ke suhu kamar (Krishna dkk, 2013). c. Austempering Austempering adalah proses perlakuan panas yang dikembangkan langsung dari diagram transformasi isothermal untuk memperoleh struktur yang seluruhnya bainite. Pendinginan dilakukan dengan quenching sampai temperatur di atas Ms dan dibiarkan demikian sampai transformasi menjadi bainite selesai.Secara umum proses austempering terdiri dari Fully austenitizing besi pada temperatur austenitizing, Quenching pada temperatur austempering dan Pendinginan udara pada suhu kamar (Umardani, 2010). d. Surface Hardening Proses pengerasan permukaan (surface hardening) adalah suatu perlakuan (treatment) yang diterapkan pada suatu logam agar diperoleh sifat-sifat tertentu. Dan agar dicapai hasil yang memadai, maka pelaksanaan dari suatu perlakuan harus memperhitungkan aspek metalurgi dan peralatan yang tersedia, supaya supaya dapat dipilih proses-proses perlakuan yang sesuai pada suatu logam untuk maksud tertentu dengan ekonomis, juga agar dapat ditentukan tingkat kualitas yang akan 12



dihasilkan.Yang termasuk surface hardening adalah Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening dan Induction hardening.



D. Macam-macam Media Pendingin Perlakuan Panas



Pemilihan media pendinginan akan berpengaruh terhadap hasil perlakuan panas pula, berikut



merupakan



beberapa



media



pendingin



yang



sering



digunakan



:



a. Air Air memiliki massa jenis yang besar daripada air garam, kekentalannya rendah sama dengan air garam. Laju pendinginan air lebih lambat dari pada air garam.Pendinginan dengan menggunakan air akan memberikan daya pendinginan yang cepat. Biasanya ke dalam air tersebut dilarutkan garam dapur sebagai usaha mempercepat turunnya temperatur benda kerja dan mengakibatkan bahan menjadi keras. Air memiliki karakteristik yang khas yang tidak dimiliki oleh senyawa kimia yang lain. Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan, yakni 0°C (32°F) – 100°C, air berwujud cair. Suhu 0°C merupakan titik beku (freezing point) dan suhu 100°C merupakan titik didih (boiling point) air. Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai penyimpan panas yang sangat baik.Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi panas atau dingin dalam seketika. Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini memerlukan energi panas dalam jumlah yang besar. Oleh karena itudalam penelitian ini digunakan air es dalam proses pendinginan setelah proses Heat Treatment karena dapat mendinginkan logam yang telah dipanaskan secara cepat. Suhu air es berkisar antara 0°C-5°C, densitas (berat jenis) air maksimum sebesar 1 g/cm3 terjadi pada suhu 3,95°C. Pada suhu lebih besar maupun lebih kecil dari 3,95° C, densitas air lebih kecil dari satu (Moss, 1993 ; Tebbut, 1992).



13



b. Minyak / oli Minyak/oli memberi pendinginan yang lambat, minyak/oli ini sering digunakan diindustri. Oli memiliki nilai viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya lambat.Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panasadalah benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagaibahan pendingin pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan oli,minyak bakar atau solar. c. Udara Udara memberi pendinginan yang perlahan-lahan.Udara tersebut ada yang disirkulasi dan adapula yang tidak.Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan ke dalam ruangan pendingin dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal – kristal dan kemungkinan mengikat unsur – unsur laindari udara. Adapun pendinginan pada udara terbuka akan memberikan oksidasi oksigen terhadap proses pendinginan. d. Air garam Air garam memberi pendinginan yang cepat dan merata, air garam lebih serin digunakan untuk proses hardening dari pada air.Garam dipakai sebagai bahan pendingin disebabkan memiliki sifat mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didiginkan di dalam cairan garam yang akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras karena pada permukaan benda kerja tersebut akan meningkat zat arang. Kemampuan suatu jenis media dalam mendinginkan spesimen bisa berbedabeda, perbedaan kemampuan media pendingin disebabkan oleh temperatur, kekentalan, kadar larutan dan bahan dasar media pending. Ukuran butir yang diperoleh dengan pendinginan udara dan air makin halus. Dengan media air proses pendinginan berlangsung sangat cepat, maka kesempatan pertumbuhan butir terhambat sehingga ukuran butir lebih halus dari udara dan pasir.(Nuraini dkk, 1996). Pada saat pendinginan juga akan berpengaruh pada hasil akhir dimana pada material yang medianya lebih cepat mendinginkan maka akan menghasilkan material yang cenderung keras



14



dan getas sedangkan proses pendinginan yang lebih lama material akan cenderung lebih ulet. Karena pada media yang pendinginan nya cepat martensit cepat terbentuk sempurna. E. Tempering Proses memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan disebut proses temper. Untuk menghasilkan suatu produk yang menuntut keuletan dan tahan terhadap gesekan perlu dilakukan proses pemanasan ulang atau temper. Pengaruh dari suhu temper ini akan menurunkan tingkat kekerasan dari logam. Kekerasan merupakan sifat ketahanan dari bahan terhadap penekanan.Tujuan dari dilakukannya proses tempering adalah untuk meningkatkan keuletan, toughness, dan ukuran butir dari matriks. Secara umum baja dilakukan tempering (pemanasan kembali) setelah dilakukan proses hardening, supaya mendapatkan sifat mekanik yang diinginkan, selain itu juga untuk mengurangi tegangan hasil proses quenching, pengelasan, dan pemesinan.



Gambar 5. Proses Tempering



15



BAB III PENUTUP



A. Kesimpulan



Kesimpulan dari makalah perlakuan panas ini antara lain 1. Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan material yang terkontrol dengan maksud merubah sifat fisik untuk tujuan tertentu. 2. Macam macam media pendinginan antara lain air, minyak, udara, air garam, 3. Proses perlakuan panas adalah proses mengubah sifat logam menjadi lebih kuat dan ulet dengan memberikan sejumlah kalor sehingga mengubah sifat sifatnya 4. Perlakuan panas dibagi menjai 2 yaitu Near Equilibrium yang terdiri dari Full Annealing (annealing), Stress relief, Spherodized ,Normalizing, Homogenizing dan Non Equiliriumyang terdiri dari Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening 5. Besi cor, besi paduan, dan berbagai macam logam bisa dikuatkan dengan cara perlakuan panas



B. Saran Adapun saran yang dapatdiberikanadalahsebagaiberikut :



1. Sebaiknya saat melakukan pengumpulan data lebih banyak menggunakan buku atau jurnal yang ada bentuk fisiknya. 2. Sebaiknya saat melakukan penyusunan meminimalisir data-data yang kurang jelas penanggung jawab atau penerbitnya. 3. Sebaiknya saat melakukan pengetikan lebih teliti lagi agar tidak terjadi kesalahan penulisan. 4. Sebaiknya lebih memperhatikan kaidah-kaidah yang berlaku dalam penulisan makalah.



16



DAFTAR PUSTAKA



Krishna. 2013. Effect of Austempering and Martempering on the Properties of AISI 52100 Steel. Jurnal Of Gandhi Institute Technology And Management. Volume 6. Murtiono.2012. Pengaruh Quenching dan Tempering Terhadap Kekerasan dan Kekuatan tarik serta Struktur Mikro Baja Sedang Untuk Pisau Pemanen Kelapa Sawit.Jurnal e-Dinamis.Volume 2, Nomor 2. Nuraini dkk. 1996. Pengaruh Suhu Media Pendingin Terhadap Perubahan Kekerasan dan Struktur Mikro pada Perlakuan Panas ALMG2. Jurnal PEBN-BATAN. Umardani. 2010. Pengaruh waktu Austempering Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Austempered Ductile Iron0,5% Cu + 0,3% Mo DAN 0,5% Cu + 0,6 % Mo. Jurnal Rotasi. Volume 12, Nomor 2. Trihutomo. 2014. Pengaruh Proses Annealing pada Hasil Pengelasan Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Rendah. Jurnal Teknik Mesin. Volume 2, Nomor 1. Sumaraw. 2010. Pengaruh Heat Treatment Terhadap Struktur Mikro Dan Kekerasan Baja CrMoV Dengan Media Quench Yang Berbeda. Jurna Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional.Volume 5, Nomor 2. Nuraini, Arma. 2017. Pengaruh Media Quenching Terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro Grinding Ball Dari Nicke Pig Iron Sebelum dan Sesuda Tempering. Universitas Lampung



17