Senin, 27 April 2015

Laporan Praktikum Material Teknik - Metal Hardening/Pengerasan Baja

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 akn 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 mpembentukan 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.

a.      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. Precipitatio 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.

a.      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.


VI PEMBAHASAN
Pada praktikum pengerasan baja , specimen dipanaskan pada suhu 900ºC selama 30 menit. Setelah itu dilakukan proses pendinginan secara cepat (quenching) dalam air sambil diaduk-aduk. Pengadukan tersebut dimaksudkan untuk menghindari vapour blanked pada specimen. Vapour blanked tersebut akan mempengaruhi laju pendinginan pada specimen. Dengan adanya vapour blanked tersebut akan menurunkan laju pendinginan karena aliran panas dari specimen ke media quenching , dalam hal ini air tidak berjalan secara mestinya. 

Dari data yang didapat terlihat bahwa kedua specimen mengalami pengerasan. Hal ini menunjukan bahwa dalam kedua specimen tersebut telah terbentuk fasa martensit yang brrsifat keras. Namun demikian pada baja karbon medium ada kemungkinan fasa yang terbentuk tidak sepenuhnya martensit. Hal tersebut disebabkan karena  letak martensit finish (Mf) akan semakin turun dengan semakin tingginya kadar karbon yang dimiliki baja tersebut sehingga masih terdapat austenit sisa yang belum sempat bertranformasi menjadi fasa martensit. Fenomena tersebut dapat diatasi dengan zub-zero treatment menurunkan temperature lingkungan (media quenching) sehingga Mf bisa tercapai.
            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 dilakuka oleh praktikan. Caranya dipanaskan sampai temperature 200ºC lalu diquench seperti proses pengerasan pada logam. Hal yang perlu diperhatikan dalamproses ini sama seperti pada proses pengerasan logam ,yaitu pada saat quenching dilakukan specimen diaduk-aduk supaya tidak terjadi vapour blangked.
            Dari data yang diperoleh didapatkan kurva hubungan antara kekerasan yang terjadi terhadap waktu aging :

Dari kurva diatas terlihat bahwa kekerasan meningkat dengan pesat antara 10 sampai 30 menit lamanya aging. Sedangkan untuk t range 60 sampai 120 menit, kurva terlihat menurun, namun demikian hal ini bukan menunjukan over aging karena penurunannya tidak terlalu jauh. Secara teoritik untuk daerah t range 0 sampai 60 menit merupakan GP zones. Hal ini ditandai meningkatnya kekerasan paduan Al-Cu seiring lamanya pemanasan. 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 (pada GP zones), sehingga paduan semakin keras.
            Tembaga memiliki temperature melting sekitar 1085ºC. Dari keterangan ini kita dapat perkirakan bahwa temperature rekristalisasi dari tembaga sekitar 540ºC. Pada percobaan tembaga no 6 dipanaskan pada temperature 100ºC. Seharusnya kekerasan setelah dipanaskan dengan sebelum dipanaskan relative sama karena pada temperature ini yang terjadi adalah proses recovery dimana dislokasi tidak terpengaruh dengan recovery temperaturnya. Namun demikian hasil yang didapatkan tidak demikian, kekerasan setelah pemanasan meningkat. Hal ini mungkin terjadi karena kekurang akuratan data yang diperoleh (dari uji keras), yang terlihat dari range kekerasan specimen sebelum pemanasan yang cukup besar (dari 67 sampai 87 HRc).  Sedang pada specimen no 2 sampai 5 terjadi pengerasan. Hal tersebut terjadi karena adanya penghalusan butir, sedangkan menurut teori yang ada kekerasan berbanding terbalik dengan ukuran butir, makin kecil butir maka kekerasan suatu material akan semakin kuat. Walaupun terjadi kesalahan prosedur pada specimen no 4, specimen yang lain agaknya sudah mewakili.  Sedangkan pada specimen no 1 dipanaskan sampai suhu 850 ºC dan kekerasan yang didapatkan menurun secara drastic. Penurunan kemungkinan disebabkan karena butir-butir dari tembaga tersebut tumbuh sehingga menjadi lebih besar ukurannya daripada ukuran semula. Membesarnya ukuran butir inilah yang menyebabkan kekerasan dari specimen menurun.
V.                KESIMPULAN
·                     Pengerasan baja dilakukan  dengan mekanisme pembentukan martensit dari austenit dengan mekanisme geser.
·                     Faktor-faktor yang mempengaruhi kekerasan pada logam :]
1.      persen karbon
2.      laju pendinginan.
3.      Pemanasan
4.      ukuran butir pada logam
·                     Mekanisme precipitation hardening adalah pembentukan presipitat untuk menghalangi pergerakan dislokasi
·                     Fenomena Precipitation Hardening pada paduan Al-Cu :
1.      Pemanasan sampai  tahap solution treatment sampai terbentuk fasa α
2.      Holding time
3.      Quenching
4.      Pemanasan kembali (aging).

VI.   DAFTAR PUSTAKA
·         Callister, William D, 2003. Materials Science and Engineering an Introduction. Sixth edition, John Wiley & Son Inc, New York.
·         Dieter, George E, 1988. Mechanical Metallurgy.3rded, McGraw-Hill Inc. New York.





Share on :

0 komentar:

Posting Komentar

 

Copyright © Material-is-me Design by Free CSS Templates | Blogger Theme by BTDesigner | Powered by Blogger