BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perlakuan panas merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan

terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu untuk

mendapatkan sifat tertentu. Langkah pertama dalam setiap proses perlakuan panas

adalah memanaskan logam atau paduan itu sampai ke temperature tertentu, lalu

menahan beberapa saat pada temperature tersebut kemudian didinginkan dengan

laju pendinginan tertentu. Selama pemanasan dan pendinginan ini akan terjadi

beberapa perubahan struktur mikro, dapat berupa perubahan fase dan/atau bentuk

butir kristalnya sehingga menyebabkan terjadinya perubahan sifat dari logam atau

paduan tersebut.

Untuk memudahkan pengerjaan benda kerja pada suatu proses pengerjaan

biasanya diperlukan suatu sifat tertentu dari bahan benda kerja itu. Untuk

memperoleh sifat ini mungkin akan diperlukan suatu proses perlakuan panas. Suatu

proses perlakuan panas juga mungkin diperlukan untuk memberikan sifat tertentu

pada produk akhir yang siap pakai. Dengan melakukan uji metallography, maka kita

dapat mengetahui struktur mikro suatu material, dan dari struktur mikronya kita

dapat mengetahui sifat dari material tersebut.

Pada percobaan kali ini, material yang digunakan adalah roda gigi yang

terbuat dari baja AISI 4140, connecting rod yang terbuat dari malleable iron, serta

mata bor yang terbuat dari baja AISI D3. Dari praktikum ini diharapkan kita dapat

memahami mengenai struktur mikronya, menganalisa kondisi benda kerja serta

memperkirakan sifat – sifat paduan logam tersebut.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari praktikum ini adalah:

1. Mengetahui struktur mikro dari roda gigi yang terbuat dari baja AISI 4140,

connecting rod yang terbuat dari malleable iron, serta mata bor yang terbuat

dari baja AISI D3.

2. Menganalisa kondisi benda kerja (roda gigi, connecting rod, serta mata bor)

3. Memperkirakan sifat dan tingkah laku material benda kerja (roda gigi,

connecting rod, serta mata bor) apabila mendapat pemanasan dan pendinginan.

1.3 Diagram Alir Praktikum

Preparasi

Cutting

Mounting

Grinding

Polishing

Etching

Pengamatan

Laporan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Perlakuan Panas

Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai kombinasi

operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam / paduan dalam keadaan padat

dengan waktu tertentu, dimaksudkan untuk memperoleh sifat tertentu (Ir. Wahid

Suherman, 2001)

Perlakuan panas (heat treatment) juga bisa dinyatakan sebagai “Heating and

cooling a solid metal or alloy in such away as to obtain desired conditions or

properties. Heating for the sole purpose of hot-working is excluded from the meaning of

this definition” (Avner , 1974)

Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam dalam

keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat mekaniknya. Baja dapat dikeraskan sehingga

tahan aus dan kemampuan memotong meningkat atau dapat dilunakan untuk

memudahkan proses pemesinan lanjut. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan

dalam dapat dihilangkan, ukuran butir dapat diperbesar atau diperkecil. Selain itu

ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras

disekeliling inti yang ulet. Untuk memungkinkan perlakuan panas tepat, komposisi

kimia baja harus diketahui karena perubahan komposisi kimia, khususnya karbon dapat

mengakibatkan perubahan sifat-sifat fisis.

Adapun langkah pertama dalam setiap proses laku panas adalah memanaskan

logam/paduan itu sampai ke suatu temperatur tertentu, lalu menahan beberapa saat

temperatur itu, kemudian mendinginkannya dengan laju pendinginan tertentu. Selama

pemanasan dan pendinginan ini akan terjadi beberapa perubahan struktur mikro, dapat

berupa perubahan fase dan/atau bentuk/ukuran butir kristalnya, dan perubahan struktur

mikro ini akan menyebabkan terjadinya perubahan sifat dari logam/paduan

tersebut(Ir.Wahid Suherman)

II.2 Komponen Mesin

II.2.1 Roda Gigi

Roda gigi adalah elemen mesin berbentuk gigi yang berfungsisebagai

tramsmisi gerak putar dan daya dari komponen mesin satu ke lainnya.

Efisiensinya mendekati 98% sehingga roda gigi banyak dipakai untuk membuat

transmisi motor penggerak ke connecting rod yang digerakan (Sunyoto,2008)

Gambar... Roda Gigi Metrik

Dalam bidang permesinan, jenis roda gigi adalah bermacammacam. Ada

yang membedakan roda gigi dari bentuk giginya dan ada pula yang

membedakannya menurut posisi dari connecting rod untuk masing-masing roda

gigi pada suatu pasangan roda gigi. Akan tetapi, dari dua cara membedakan itu

pada dasarnya jenis roda gigi yang dibedakan adalah sama.

Jenis Roda Gigi Menurut Bentuk Gigi

Berdasarkan dari bentuk giginya maka roda gigi dapat dibedakan :

Roda gigi helix (helical gear)

Jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya tidak lurus tetapi sedikit

membentuk sudut di sepanjang badan gigi yang berbentuk silinder. Bila dilihat

arah alur giginya nampak bahwa alur tersebut membengkok.

Roda gigi lurus (spur gear)

Gambar --.Roda gigi helix

Roda gigi lurus (spur gear)

Pada jenis roda gigi ini, pemotongan gigi-giginya adalah searah dengan

connecting rodnya. Ada pula jenis gigi lurus lainnya tetapi badan gigi tidak

berbentuk lingkaran melainkan berbentuk batang segi empat panjang. Pada

permukaan memanjang inilah pemotongan gigi-giginya dilakukan yang arahnya

kadang- kadang tegak lurus dan kadang-kadang membentuk sudut terhadap

batang gigi (badan gigi). Bentuk gigi yang ini biasa disebut dengan Gigi Rack.

Gambar --. Roda gigi lurus

Roda gigi payung (straight bevel gear)

Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada bagian

yang konis. Pada permukaan yang konis ini gigi-gigi dibentuk yang arahnya

lurus dan searah dengan connecting rod roda gigi.

Gambar --. Roda gigi payung

Roda gigi spiral (spiral gear)

Gigi-gigi roda gigi spiral arahnya membentuk suatu kurve. Biasanya

pemotongan gigi-giginya juga pada permukaan yang konis.

Roda gigi cacing (worm gear)

Jenis roda gigi ini biasanya merupakan satu pasangan yang terdiri dari

batang berulir cacing dan roda gigi cacing. Pada batang ulir cacing giginya

seperti ulir. Dan pada roda gigi cacing bentuk giginya hampir sama dengan roda

gigi helix, akan tetapi permukaan giginyamembentuk lengkungan ke dalam.

Gambar --. Roda gigi cacing

Roda gigi dalam (internal gear)

Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada bagian

dalam dari permukaan ring/lubang. Biasanya bentuk giginya adalah lurus seperti

roda gigi lurus (spur gear).

Jenis Roda Gigi Menurut Posisi Connecting rod Pasangan Roda Gigi

Cara membedakan roda gigi yang kedua ini adalah dengan melihat posisi

dari masing-masing roda gigi untuk pasangan roda gigi. Jenis roda gigi tersebut

antara lain adalah :

Roda gigi yang masing-masing connecting rodnya satu sama lain posisinya

sejajar sewaktu roda-roda gigi tersebut dipasangkan. Contohnya adalah roda

gigi lurus (spur gear) dan roda gigi helix (helical gear).

Roda gigi yang masing-masing connecting rodnya mempunyai posisi saling

menyiku satu sama lain. Contoh nya adalah roda gigi payung dan roda gigi

spiral. Menyiku di sini artinya connecting rod roda gigi yang satu posisinya

tegak lurus terhadap connecting rod roda gigi yang lain.

Ada pula pasangan roda gigi yang connecting rod-connecting rodnya satu

sama lain posisi tegak lurus, akan tetapi connecting rod yang satu berada di

atas connecting rod yanglian dengan posisi menyilang. Roda gigi yang

termasuk dalam jenis ini adalah roda gigi cacing, juga roda gigi helix.

Fungsi Roda Gigi

Secara umum fungsi dari roda gigi adalah untuk :

a. Meneruskan daya dari connecting rod penggerak ke connecting rod

yangdigerakkan.

b. Mengubah putaran dari connecting rod penggerak ke connecting rod yang

digerakkan, yaitu dari putaran tinggi ke putaran rendah atau dari putaran rendah ke

putaran tinggi. Bisa juga mengubah putaran di sini berarti membuat arah putaran

connecting rod yang digerakkan berlawanan dengan arah putaran connecting rod

penggerak.

c. Memindahkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain, misalnya oli, minyak

tanah, dan sebagainya. Jadi, fungsi roda gigi di sini adalah sebagai pompa zat

cair. Dalam otomotof dikenal adanya sistem pelumas dengan roda gigi.

II.2.2 Connecting Rod

Connecting rod merupakan penghubung antara piston dan connecting rod

engkol yang berada dalam motor bakar. Berikut merupakan gambar dari connecting rod

dan lokasinya di dalam motor bakar:

Gambar 2….. Gambar skematik connecting rod

Sand Cast Connecting Rod

Connecting rod jenis ini dibentuk melalui green sand molds, kemudian dianneal pada

temperature 1750oF selama 18 jam dan didinginkan di udara. Setelah didinginkan

dengan udara, material connecting rod tersebut dipanaskan kembali pada 1600oF

kemudian di quench di dalam oil untuk membentuk struktur martensit, setelah itu di

temper selama 3 sampai 4 jam pada temperatur 1150 – 1180 oF.

Gambar…. Perbandingan antara Connecting rod hasil casting dan hasil forging

Wrought Forged Connecting Rod

Material yang digunakan untuk connecting rod jenis ini adalah plain carbon steel

forgings. Gambar… menunjukkan satu set connecting rod yang diforging.

Gambar… Satu set forging dies untuk menempa connecting rod

II.3 Baja Perkakas

Baja perkakas (tool steel) biasanya adalah baja khusus, berkualitas tinggi, yang

dipakai untuk membuat perkakas perautan (cutting) maupu pembentukan (forming) (Ir.

Wahid Suherman).

Baja perkakas (tool steel), yang dikenal juga sebagai baja premium, adalahsatu

jenis baja yang dirancang untuk aplikasi seperti alat memotong baja lain pada mesin

perkakas, alat penumbuk (punch), landasan cetak (die), cetakan cor (mold), pisau

pemotong, pahat dan alat-alat sejenis. Untuk bisa menjalankan aplikasi-aplikasi di atas,

baja perkakas harus mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan (strength), kekerasan

(hardness), kekerasan ketika panas (hot hardness), ketahanan terhadap aus (wear

resistance), dan keuletan (toughness) terhadap impak (impact)(sumber pdf)

Karakteristik dari Tool Steels

1. Nondeforming property

2. Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panas.

3. Nondeforming property baik tidak banyak mengalami perubahan bentuk dan

dimensi

4. Pada pemanasan dan pendinginan baja akanmengalami pemuaian dan

penyusutan mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran mungkin juga terjadi

distorsi atau retak

5. Perkakas yang kompleks atau yang mempunyai perbedaan penampang yang

drastis harus mempunyai sifat nondeforming yang baik

6. Biasanya air-hardening mempunyai sifat nondeforming yang baik

Klarifikasi Baja Perkakas

Berikut ini adalah tujuh kelompok tersebut,beserta huruf prefiks dan uraiannya.

Sedangkan dalam tabel setelahnya diperlihatkan komposisi kimia beberapa jenis baja

paduan yang termasuk dalam baja perkakas.

1. T, M High-speed tool steels, digunakan sebagai alat potong dalam mesin-

mesinpemroses. Dirancang sehingga mempunyai ketahanan tinggi terhadap aus

dan tetap mempunyai kekerasan tinggi walaupun dalam keadaan panas.Kode

baja perkakas dalam kelompok ini memakai prefiks T kalau mengandung

Tungsten, dan memakai prefiks M kalau mengandung Molibdenum.

2. H Hotworking tool steel, digunakan untuk aplikasi cetakan (dies)

yangdioperasikan dalam keadaan panas, seperti penempaan (forging),

ekstrusi,dan cetakan pada pengecoran. Prefiks H untuk hot.

3. D Cold-work tool steels, adalah baja untuk aplikasi cetakan (dies)

yangdioperasikan dalam keadaan dingin, seperti pekerjaan pres

terhadaplembaran baja, ekstrusi dingin, dan beberapa operasi penempaan

(forging).Prefiks D untuk die. Kelompok ini berhubungan erat dengan kode

AISI yang memnggunakan prefiks A dan O. Prefiks A untuk air hardening

(pengerasanyang pendinginannya mengunakan udara, dan prefiks O untuk oil

hardening(pengerasan yang pendinginannya mengunakan oli). Kelompok

inimempunyai kelebihan dalam ketahanan terhadap aus, dan rendahnya distorsi.

4. W Water hardening tool steels, mempunyai kandungan karbon yang

tinggi,dengan sedikit (atau tidak ada sama sekali) elemen lain yang dipadukan.

Baja kelompok ini hanya bisa diperkeras dengan cara pencelupan cepat ke dalam

air.Bajajenis ini dipakai secara luas karena biayanya rendah,tapipenggunaannya

terbatas hanya pada aplikasi bertemperatur rendah. Prefiks W untuk water.

5. S Shock-resistant tool steels, ditujukan untuk aplikasi dimana

diperlukankeuletan (toughness) yang tinggi, seperti pada operasi shearing pada

logamlembaran, punching dan bending.

6. P Mold steels, digunakan untuk aplikasi cetakan yang digunakan untuk

mencetak plastik dan karet.

7. L Low-alloy tool steels, kelompok ini berisi bermacam baja perkakas untukaplikasi khusus.

Unsur Paduan dan Pengaruh Paduan

Biasanya baja perkakas mengandung unsur carbon antara 0,5%-1,4% ,disamping

unsure rahasia perusahaan yang hanya biasa diketahui dengan uji komposisi

kimia ,biasanya baja perkakas mengandung beberapa unsur lainnya diantaranya adalah

Cr, Mn Mo ,Si ,V dan masih banyak yang lainnya namun dengan kadar yang cukup

rendah.Adapun pengaruh dari unsur paduan tersebut dapat di lihat pada tabel di bawah

ini.

Tabel--, Pengaruh Unsur Paduan pada Baja Perkakas

Tabel --. Komposisi paduan pada jenis-jenis Tool Steel

II.3.1 Mata Bor

Mata bor (Drill bit) adalah alat yang digunakan untuk membuat lubang secara

silinder.

Bagian-bagian dari Mata Bor

Gambar --. Bagian- bagian Mata Bor ( Haryantoabdi, 2012 )

BAB III

METODOLOGI

III.1 Standar Pengujian

Standar pengujian yang digunanakan dalam preparasi spesimen uji

metalografi ini adalah ASTM E3

III.2 Material yang Digunakan

Material yang digunakan dalam praktikum ini adalah roda gigi yang

terbuat dari baja AISI 4140, connecting rod yang terbuat dari malleable iron,

serta mata bor yang terbuat dari baja AISI D3.

III.3 Peralatan dan Bahan

1. Gergaji.

2. Mesin grinding.

3. Resin dan katalist pengeras beserta cetakan dari pipa paralon.

4. Kertas gosok dengan grade kekasaran 80, 100, 120, 180, 200, 220, 280, 300,

320, 360, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, dan 2000.

5. Air.

6. Polisher yang digerakkan dengan mesin listrik. Proses penggosokan diatas kain

beludru dengan pengolesan metal polesh (autosol) pada spesimen yang dicuci

dengan menggunakan alkohol 70%.

7. Etching reagent menggunakan nital dengan komposisi 2 ml HNO3 & 98 ml

alkohol 70%, serta aqua regia dengan komposisi 100 ml HCl 3 ml HNO3 serta

100 ml Alkohol

8. Mikroskop optic dengan kamera pengambil foto mikrografi dengan kapasitas

hingga 1000x

III.4 Prosedur Pelaksanaan

a) Pemotongan Spesimen (Cutting)

Pemotongan spesimen untuk tiap material berbeda-beda karena material

uji yang didapat juga memiliki dimensi yang berbeda. Material uji berasal dari

impeller pompa air, uang logam kuningan, spesimen las, dan handle rem motor.

b) Mounting

Mounting dilakukan bila spesimen yang tersedia memiliki dimensi yang

kecil yang menyulitkan saat proses preparasi selanjutnya. Untuk itu, dengan

tujuan memudahkan handling, spesimen yang memiliki dimensi kecil di

mounting dengan resin dan katalis. Dalam praktikum ini, seluruh spesimen

diberi mounting.

c) Grinding

Spesimen yang telah dipersiapkan selanjutnya digosok, penggosokan

spesimen dilakukan secara bertahap.Tahap pertama spesimen digosok

menggunakan mesin gerinda seperti pada Gambar 3.4. Setelah itupenggosokan

dilanjutkan dengan menggunakan kertas amplas seperti pada gambar 3.5.

Penggosokan menggunakan amplas dilakukan mulai dari grade kecil dan

dilanjutkan dengan grade yang lebih besar.

Gambar 3.1. Spesimen roda gigi Gambar 3.2. Spesimen connecting rod

Gambar 3.3. Spesimen mata bor

Waktu penggosokan spesimen dan grade yang digunakan disesuaikan

dengan tingkat kekerasan spesimen. Penggosokan dilakukan sedemikian rupa

sehingga tidak terdapat bekas penggosokan yang terlalu dalam dan bekas

gosokannya yang berupa garis-garis yang sejajar harus merata pada seluruh

permukaan.

Spesimen digosok dengan kertas gosok dengan grade 80, 100, 120, 180,

200, 220, 280, 300, 320, 360, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, dan 2000

sambil dialiri air.Gerakan penggosokan dilakukan dengan menjauh dan

mendekat (maju-mundur) terhadap praktikan (penggosok). Setelah muncul

garis-garis goresan yang sejajar dan merata spesimen dicuci dengan air, sebelum

digosokkan pada kertas gosok dengan kehalusan yang lebih tinggi.

Gambar 3.4. Proses grinding

Gambar 3.5. Proses Penggosokan menggunakan kertas amplas

d) Polishing

Setelah melalui Grinding proses sampai kehalusan grade 2000,

permukaan spesimen dicuci dengan air kemudian dikeringkan dengan soft tissue.

Permukaan spesimen yang kering dioleskan pasta metal polish (autosol) atau

dicelupkan pada autosol yang telah dilarutkan dengan air.Spesimen

ditelungkupkan dan ditekan pada piringan polish machine yang berputar dan

telah dilapisi kain beludru.

Proses Polishing selesai jika bekas bekas goresan dari proses grinding

(dengan grid 2000) telah hilang dan permukaan spesimen telah halus dan

mengkilap.

Gambar 3.6. Pengolesan Autosol

Gambar 3.7. Proses polishing

e) Etching

Proses etsa digunakan untuk mendapatkan gambaran yang nyata daristruktur

logam melalui mikroskop metalurgi. Dilakukan dengan cara menceluptissue ke larutan

nital (campuran Alkohol dengan HNO3 dengan perbandingan 98:2) untuk material roda

gigi dan connecting rod serta aqua regia (campuran HCl, HNO3 serta Alkohol dengan

perbandingan 100:3:100). Setelah itu tissue yang basah tersebut di usapkan ke

permukaan spesimen kurang lebih 3 kali pengusapan. Langkah ini juga bisa diganti

dengan menclupkan spesimen ke laruta etsa selama 2-3 detik seperti pada gambar 3.8.

Jika terlalu lama diusap maka spesimen akan gosongkarena korosinya terlalu dalam.

Tujuan etching adalah mengkorosikanspesimen. Korosi yang diperlukan hanya

sampai batas butir. Oleh karena itutidak boleh terlalu lama proses pencelupannya.

Etching dapat mengkorosikantepat sampai batas butir karena batas butir merupakan

tempat yang mempunyaitegangan yang paling tinggi sehingga energinya paling tinggi.

Setelah itu spesimen dicuci dengan air mengalir lalu dikeringkan menggunakan

hairdryer.

f) Pengamatan Metallography

Spesimen yang telah di etsa selanjutnya diamati dibawah mikroskopdengan

pembesaran 50x, 100x, 200x, dan 500x. Kemudian dilakukanpengambilan (pemotretan)

foto metallography. Saat pengambailan foto dicaridaerah yang bagus dan fokus untuk

mempermudah pengamatan.

Gambar 3.8. Proses etching

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Roda Gigi

Pada praktikum perlakuan panas ini, spesimen pertama yang digunakan

adalah roda gigi yang terbuat dari baja AISI 4140 tampak seperti di bawah ini :

IV.2 Connecting Road

Pada praktikum perlakuan panas ini, spesimenkedua yang digunakan

adalah connectimg road yang terbuat dari baja AISI 1045 tampak seperti di bawah

ini :

IV.3 Mata Bor

T Material & Metalurgi FTI ITS 17/10/2013 14:09:43

Pada praktikum perlakuan panas ini, spesimenketiga yang digunakan

adalah mata bor yang terbuat dari baja… tampak seperti di bawah ini :

BAB V

KESIMPULAN

V.1 Roda Gigi

V.2 Connecting rod

V.3 Mata Bor