PENGARUH PROSES PENDINGINAN PASKA PERLAKUAN PANAS

Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 2
PENGARUH PROSES PENDINGINAN PASKA PERLAKUAN PANAS
TERHADAP UJI KEKERASAN ( VICKERS ) DAN UJI TARIK PADA BAJA
TAHAN KARAT 304 PRODUKSI PENGECORAN LOGAM DI KLATEN
Rubijanto * )
ABSTRAK
Banyak dipakainya baja tahan karat pada industri dan perabot rumah tangga mengakibatkan bahan
tersebut harus mengalami penyesuaian pada sifat mekanis yang diinginkan oleh pemakainya,salah
satu langkah yang dapat diambil adalah dengan melakukan proses perlakuan panas,proses ini akan
sangat bergantung pada sifat mekanis bahan,suhu pemanasan, waktu tahan dan proses
pendinginan.Kombinasi dari hal tersebut akan mengakibatkan perbedaan pada kekuatan
tarik,kekerasan dan struktur mikro.
Kata kunci : Perlakuan panas,proses pendinginan.
PENDAHULUAN
Sebagai upaya mencari sifat logam yang sesuai dengan yang dibutuhkan
diantaranya adalah dengan cara perlakuan panas.Perlu tidaknya perlakuan panas dan
bagaimana perlakuan panas yang dilakukan tergantung pada sifat coran dan
penggunaanya.Untuk itu perlu diketahui secara mendalam mengenai sifat-sifat baja cor
tersebut.Yang dimaksud dengan perlakuan disini adalah proses untuk memperbaiki sifatsifat
dari logam dengan jalan memanaskan coran sampai temperatur yang cocok dibiarkan
beberapa waktu pada temperatur itu,kemudian didinginkan ke temperatur yang lebih rendah
dengan kecepatan yang sesuai.Selain perlakuan panas yang dilakukan sifat mekanis baja
juga akan dipengaruhi oleh proses pendinginan yang dilakukan,apakah ada perbedaan
perubahan sifat mekanis dari baja yang diperlakukan panas dengan proses pendinginan
yang berbeda adalah satu hal yang dicari dalam penulisan ini.
TINJAUAN PUSTAKA
Ø Perlakuan panas
Definisi
Perlakuan panas adalah proses untuk memperbaiki sifat-sifat dari logam dengan
jalan memanaskan coran sampai temperatur yang cocok, lalu dibiarkan beberapa waktu
pada temperatur itu,kemudian didinginkan ke temperatur yang lebih rendah dengan
kecepatan yang sesuai.Perlakuan panas yang dilaksanakan pada coran adalah: pelunakan
temperatur rendah,pelunakan,penormalan,pengerasan dan penemperan. ( Surdia,
Tata,1996:186 )
Heat treatment hanya bisa dilakukan pada logam campuran yang pada temperatur kamar
mempunyai struktur mikro dua fase atau lebih.Sedang pada temperatur yang lebih tinggi
fase-fase tersebut akan larut menjadi satu fase.
Cara yang dipakai ialah dengan memanaskan logam sehingga terbentuk satu fase, kemudian
diikuti dengan pendinginan cepat. Dengan cara ini pada temperatur kamar akan terbentuk
satu fase yang kelewat jenuh. Bila logam dalam keadaan tersebut dipanaskan maka fasefase
yang larut akan mengendap.( Sumanto,13,14 )
* ) Staf Pengajar Jurusan Mesin UNIMUS
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 3
Macam - macam perlakuan panas
Secara umum langkah pertama heat treatment adalah memanaskan logam atau
paduan itu sampai suatu temperatur tertentu,lalu menahan beberapa saat pada temperatur
tersebut,kemudian mendinginkanya dengan laju pendinginan tertentu. Komposisi dari baja
sangat mempengaruhi struktur mikro yang akan terjadi,disamping perlakuan-perlakuan
yang dialami logam atau baja sebelumnya.
Secara garis besar proses perlakuan panas dapat dibedakan menurut tingginya temperatur
dan laju pendinginanya.Proses laku panas dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :
· Proses perlakuan panas yang menghasilkan struktur yang seimbang,seperti :
anealling,normalizing.
· Proses perlakuan panas yang menghasilkan struktur yang tidak seimbang seperti
halnya pada hardening
§ Aneal ( Pelunakan Coran )
Aniliasi ( pelunakan ) coran dilakukan dengan memanaskanya sampai
temperatur yang cukup tinggi kemudian didinginkan perlahan-lahan dalam
tungku yang dipakai untuk melunakan.(Tata Surdia:1996,186 )
Dalam proses anealing baja harus dipanaskan melalui suhu pengkristalan
kembali untuk membebaskan tegangan–tegangan dalam baja.Kemudian
mempertahankan pemanasanya pada suhu tinggi untuk membuat sedikit
pertumbuhan butir–butiran dan suatu struktur austenit,seterusnya didinginkan
secara perlahan-lahan untuk membuat suatu struktur perlit.Baja menjadi cukup
lunak sehingga dapat dikerjakan dengan mesin.Baja anil kurang keuletanya
dibandingkan dengan hasil laku panas lainya akan tetapi baja anil membentuk
geram yang baik sewaktu pemesinan.
§ Normalisasi
Normalisasi dilakukan untuk mendapatkan struktur mikro dengan butir yang
halus dan seragam.Proses ini dapat diartikan sebagai pemanasan dan
mempertahankan pemanasan pada suhu yang sesuai diatas batas perubahan
diikuti dengan pendinginan secara bebas didalam udara luar supaya terjadi
perubahan ukuran butiran-butiran.Hal tersebut membuat ukuran menjadi
seragam dan juga untuk memperbaiki sifat-sifat mekanik dari baja tersebut.
Pada proses ini baja dipanaskan untuk membentuk struktur austenit direndam
dalam keadaan panas,dan seterusnya didinginkan secara bebas di
udara.Pendinginan yang bebas akan menghasilkan struktur yang lebih halus
daripada struktur yang dihasilkan dengan jalan anealing.Pengerjaan mesin juga
akan menghasilkan permukaan yang lebih baik.
§ Pengerasan ( Hardening )
Pengerasan biasanya dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi
atau kekuatan yang lebih baik.Pengerasan dilakukan dengan memanaskan baja
sampai ke daerah austenit lalu mendinginkanya dengan cepat,dengan
pendinginan yang cepat ini terbentuk martensit yang kuat.
Temperatur pemanasanya,lama waktu tahan dan laju pendinginan untuk
pengerasan banyak tergantung pada komposisi kimia dari baja.Kekerasan
maksimum yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam
baja.Kekerasan yang terjadi pada benda akan tergantung pada temperatur
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 4
pemanasan,waktu tahan dan laju pendinginan yang dilakukan pada proses laku
panas,disamping juga pada harden ability baja yang dikeraskan.
METODOLOGI
Langkah sebelum pengujian adalah penyiapan material untuk pengujian yang akan
dilakukan,Pengujia n tersebut adalah uji tarik,uji kekerasan dan struktur mikro yang
sebelumnya didahului dengan uji komposisi kimia.Setelah terbukti bahwa baja tersebut
adalah baja tahan karat dengan kandungan 8 Ni 18 Cr, maka dilakukan pemanasan pada
suhu 9500C dan waktu tahan 60 menit yang meliputi :
1.Pendinginan di udara bebas
2.Pendinginan didalam oven dengan cerobong terbuka
3.Pendinginan didalam oven dengan cerobong tertutup
Heat Treatment ini bertujuan untuk mendapatkan perubahan sifat-sifat tertentu dan
kekerasan dari baja.
R
B
W
A
L
C
T
G
Gambar 1. Spesimen uji tarik
G = 32+0,08 mm T = Thickness of materist
L = 60 mm B = 10 mm
W = 8 + 0,05 mm R = 8 mm
A = 32 mm C = 11 mm
DATA DAN ANALISA HASIL PENELITIAN
Hasil Penelitian Uji Komposisi Kimia
Tabel 1. Hasil Penelitian Uji Komposisi Kimia
No Unsur % No Unsur % No Unsur %
1. Fe 71,17 6. Ti 0,01 11. P 0,042
2. Si 0,376 7. Nb 0,02 12. Cr 18,359
3. V 0,03 8. Mn 1,329 13. S 0,025
4. Cu 0,217 9. Ni 8,229 14. o 0,102
5. C 0,045 10. Al 0,002 15. W 0,04
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 5
Ø Analisa Komposisi Kimia
- Merupakan baja karbon rendah karena C = 0,045 %
- Dengan Paduan 18,359%Cr, 8,229%Ni, 0,376%Si dan 1,329%Mn maka termasuk
golongan baja tahan karat austenit yang memiliki sifat tahan korosi,mampu bentuk
dan mampu las yang baik,sangat cocok digunakan untuk perabotan rumah tangga.
- Dengan 0,045 %C, 18,359%Cr, 8,229%Ni, tidak bisa dikeraskan dengan quenching
( pendinginan ), karena termasuk baja tahan karat austenit yang bersifat lunak..
Ø Analisa Pengujian Kekerasan
- Dari angka-angka menunjukan bahwa harga kekerasan sample uji yang mengalami
perlakuan panas lebih kecil daripada kekerasan sample uji tanpa perlakuan panas.
- Hal tersebut disebabkan oleh perbedaan waktu pada saat pendinginan,dimana
semakin cepat waktu pendinginan yang terjadi maka butir yang terbentuk akan
menjadi lebih besar,sedangkan butir yang lebih besar akan membuat kekerasan baja
menjadi lebih rendah.
No. Tanpa perlakuan
panas
Pendinginan
udara bebas
Pendinginan
cerobong terbuka
Pendinginan
cerobong tertutup
1. 356 213 217 246
2. 370 215 222 251
3. 348 216 211 253
4. 366 220 217 251
5. 370 218 217 249
.
Gambar 2. Grafik uji kekerasan
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 6
Ø Analisa Pengujian Kekuatan Tarik
- Dari angka-angka menunjukan bahwa harga kekuatan tarik sample uji yang
mengalami perlakuan panas lebih kecil daripada kekuatan tarik sample uji tanpa
perlakuan panas.
- Hal tersebut disebabkan oleh perbedaan waktu pada saat pendinginan,dimana
semakin cepat waktu pendinginan yang terjadi maka butir yang terbentuk akan
menjadi lebih besar,sedangkan butir yang lebih besar akan membuat kekuatan tarik
baja menjadi lebih rendah.
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik
No. Tanpa
perlakuan panas
Pendinginan
udara bebas
Pendinginan
cerobong terbuka
Pendinginan
cerobong tertutup
1. 91,36 74,94 74,1 84,64
2. 92,81 75,28 75,2 84,64
3. 91,8 75,28 74,77 85,2
Gambar 3. Grafik uji kekuatan tarik
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 7
Ø Data dan Analisa Uji Struktur Mikro.
· Data Uji Struktur Mikro
Dengan pembesaran 135x Dengan Pembesaran 665x
Gambar 4. Struktur mikro benda tanpa perlakuan panas
Dengan pembesaran 135x Dengan Pembesaran 665x
Gambar 5. Struktur mikro dengan pendinginan cerobong tertutup
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 8
Dengan pembesaran 135x Dengan Pembesaran 665x
Gambar 6. Struktur mikro dengan pendinginan cerobong terbuka
Dengan pembesaran 135x Dengan Pembesaran 665x
Gambar 7. Struktur mikro dengan pendinginan udara bebas
· Analisa Pengujian Struktur Mikro
§ Pada dasarnya semua benda uji baik yang mengalami perlakuan panas atau
yang tidak mengalami perlakuan panas,struktur mikronya terdiri dari ferit dan
perlit.Bila dilihat dari hasil pengujian untuk benda sebelum mengalami
perlakuan panas perlit lebih banyak ( mendominasi ).dan mempunyai ukuran
butir yang lebih kecil bila dibandingkan dengan benda setelah mengalami
perlakuan panas.Hal ini yang menyebabkan benda uji mempunyai harga
kekerasan yang paling tinggi.
Traksi. Vol. 4. No. 1, Juni 2006 191 9
§ Dan untuk benda uji setelah mengalami perlakuan panas ferit lebih
mendominasi dan mempunyai ukuran yang lebih besar bila dibandingkan
dengan benda uji sebelum mengalami perlakuan panas.Hal ini yang
menyebabkan harga kekerasanya menurun.
KESIMPULAN
Dari data hasil penelitian maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Berdasarkan komposisi kimia
Dilihat dari kandungan karbon dalam baja yang diuji maka baja tersebut termasuk
baja karbon rendah, dan dari kandungan nikel dan khrom yang tinggi maka baja
tersebut termasuk baja tahan karat.
2. Berdasarkan uji kekerasan
Dengan adanya kandungan karbon yang rendah maka baja tahan karat austenit
hanya terdiri dari fasa perlit dan ferit baik pada suhu pemanasan atau suhu
pendinginan, sehingga harga kekerasanya menurun untuk masing-masing benda uji
pada saat pendinginan yang berbeda
3. Berdasarkan uji kekuatan tarik
Berdasarkan uji kekuatan tarik, benda yang telah mengalami perlakuan panas dan
pendinginan,baik pendinginan di udara bebas,pendinginan di oven dengan cerobong
tertutup ataupun pendinginan di oven dengan cerobong terbuka,mempunyai
kekuatan tarik yang menurun apabila dibandingkan dengan benda sebelum
mengalami perlakuan panas,hal ini disebabkan karena lambatnya laju pendinginan
yang terjadi,sehingga akan menimbulkan butiran yang terbentuk menjadi
besar.Butir yang besar akan membuat kekuatan baja menjadi rendah sehingga baja
mudah putus.
4. Berdasarkan uji struktur mikro ( Metallografi )
Berdasarkan dari hasil penelitian benda uji yang mempunyai struktur ferit lebih
banyak dan mempunyai ukuran butir yang besar maka benda uji itu akan
mempunyai harga kekerasan yang kecil
DAFTAR PUSTAKA
1. Sumarto, Harsono Wiryo. Teknik Pengelasan logam. Jakarta : Pradnya
Paramitha,2000.
2. Jensen, H chenoweth. Kekuatan Bahan Terapan. Jakarta : Erlangga, 1991
3. Sumanto.Pengetahuan Bahan Untuk Mesin dan Listrik. Yogyakarta: andi offset .
4. Suherman, Wahid. Perlakuan Panas, Surabaya : ITS Press.
5. Van Vleck, Lawrence H. Ilmu dan Teknologi Bahan, Jakarta: Erlangga.
6. Surdia,Tata. Teknik Pengecoran Logam. Jakarta : Pradnya paramitha 1996
7. Sebayang, Darwin. Ilmu Kekuatan Bahan. Jakarta : Erlangga 1995
8. Smallman, R E. dan R J Bishop Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material.
Jakarta :Erlangga 2000
9. E Dieter, George.Metalurgi mekanik. Jakarta : Erlangga 1996.