BAB IPENDAHULUAN

A. Dasar-Dasar Konsep MetalografiMetalografi menyatakan struktur dari metal dan memegang

peranan penting untuk memahami lebih jauh hubungan antara struktur dan sifat-sifat dari baja. Dengan bantuan peralatan modern seperti SEM (Scanning Electron Microscope), TEM, Mikroskop Optik, Mikroskop Digital dan peralatan pengamatan struktur mikro lainnya, kemungkinan dapat menentukan struktur mikro lebih jauh, hal ini telah dilakukan kira-kira 20 tahun yang lalu.

Untuk memahami proses perlakuan panas, diperlukan pengetahuan keseimbangan fasa dan transformasi fasa. Dalam hal ini karena sebagian besar produk yang dihasilkan dunia adalah ferro, maka pada pemahaman disini dimulai dari transformasi fasa dari ferro itu sendiri.1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi

Pada pemanasan dari besi murni pada temperature ruang akan memperlihatkan dua jenis allotropic yang berbeda. Ketika besi dipanaskan berubah dari satu bentuk fase ke-bentuk fase yang lain selama proses pemanasan dan temperatur konstan terhadap waktu maka disebut dengan panas laten.

Apabila suatu sampel besi dipanaskan pada kondisi tunak dengan temperatur terus meningkat, ketika suhu tertahan maka transformasi dimulai, temperatur akan kembali konstan sampai transformasi lengkap. Begitu juga ketika dilakukan pendinginan akan mengalami sifat yang hampir sama pada pemanasan.

Dua bentuk allotropic yang terjadi yaitu fase ferrit dan austenite dan diantara daerahnya stabil. Transformasi pemanasan dan pendinginan yang dilalui pada besi murni seperti terlihat pada gambar 1 di bawah ini.

1

Dimana :A = Arreter/delay (Penundaan)C = Chaufer/heating (Pemanasan) r = Refoirder/cooling (Pendinginan)

Gambar 1: Pemanasan dan Pendinginan Besi Murni

Ferrit stabil di bawah temperatur 9110C, pada temperatur 13920C atau titik melting fase yang terbentuk adalah α – iron dan δ – iron. Austenite ditandai dengan γ – iron stabil antara temperatur 9110C sampai 13920C, besi bersifat ferromagnetic pada temperatur ruang. Sifat magnetik berkurang dengan meningkatnya temperatur dan menghilan pada temperatur 7690C pada titik Curie.

2

Atom-atom dibentuk pada bentuk anguler tiga dimensi yang disebut dengan struktur kristal. Pada besi digambarkan (gambar 2) sebagai bentuk kubik yang tertumpuk atom-atom pada sudut sisi-sisinya, sehingga pada satu kubus terdapat 8 atom pada masing-masing sudut sisinya yang saling bertumpuk dengan kubus lainnya, ini disebut dengan unit sel. Ferrit, disamping memiliki atom-atom pada sudut sisi-sisinya juga memiliki atom lain pada inter sisi dari diagonal body kubus atau yang disebut dengan Body Centre Cubic Lattice (BCC). Panjang sisi dari unit sel kubus tersebut adalah 2,87 Angstrong = 10-10m. Austenite memiliki sel satuan Face Centre Cubic Lattice (FCC) dengan panjang sisi 3,57 Angstrong yang di-extrapolasi pada temperatur 200C. Struktur dari unit sel pada α – iron dan δ – iron seperti terlihat pada gambar 3. Pada γ – iron memiliki unit sel yang lebih panjang dari α – iron tetapi kandungan atom yang dimiliki mempunyai density yang lebih besar 8,22 gr/cm3 untuk γ – iron pada 200C dan 7,93 gr/cm3

untuk α – iron.

3

Gambar 2. Struktur Kristal dari Ferit dan Austenit2. Diagram Keseimbangan Besi Karbon

Paduan yang penting dari baja adalah karbon, hal ini dapat dijelaskan bahwa material ini memiliki sifat-sifat yang sangat luas dan yang membuat material ini sering digunakan dan banyak kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada temperatur ruang pembekuan dari karbon pada α – iron sangat lambat dan atom-atom karbon jarang ditemukan diantara atom-atom besi itu sendiri. Sebagai pengganti karbon dikombinasi dengan besi karbida yang disebut dengan simentit. Besi karbida mungkin hadir sebagai lamel-lamel dengan lamel-lamel ferrit yang keduanya membentuk fase baru yang bernama pearlit.

4

Gambar 3. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon Kurang dari 1,4%C

Pada besi dengan kandungan karbon 0,8% proporsi pearlit dapat dicapai 100%. Proporsi pearlit pada struktur meningkat dengan meningkatnya kandungan karbon pada baja sampai 0,8%. Karbon yang berlebihan jumlahnya akan terbentuk sebagai grain boundry carbida. Baja yang mengandung 0,8% karbon disebut juga baja eutectoid. Jika karbon dipadu dengan transformasi dari besi dengan range temperatur dan kandungan karbon yang dimiliki dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 5.

Gambar 4. Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon

5

Variasi mikrostruktur pada besi karbon dapat dilakukan dengan cara perlakuan panas. Untuk kelengkapan dari diagram fase yang memiliki kandungan karbon jauh lebih tinggi sampai 6% dapat dilihat pada gambar 4. Dimana kita lihat bahwa pada pembekuan dari besi – karbon yang lebih dari 0,8% fase austenite lebih banyak terbentuk dibanding ferrit.

B. Klasifikasi LogamBerdasarkan unsur-unsur yang terdapat dalam logam dan

paduannya, maka logam dapat diklasifikasikan menjadi dua golongan utama, yaitu:

1. Logam FerroLogam Ferro disebut juga Besi Karbon atau Baja Karbon,

dimana unsur dasarnya terdiri dari unsur besi (Fe), dan karbon (C), tetapi disamping itu masih terdapat unsur-unsur tambahan lain seperti sulfur (S), mangan (Mn), krom (Cr), pospor (P), dan lain-lain. Unsur-unsur campuran tersebut juga sangat mempengaruhi sifat-sifat dan berat jenis logam ferro, sehingga persentase campurannya harus tepat dan sesuai dengan kebutuhan.

2. Logam Non FerroLogam Non Ferro adalah logam yang tidak mengandung

unsur besi (Fe) dan karbon (C) sebagai unsur dasarnya. Jenis-jenis dari logam Non Ferro antara lain aluminium (Al), magnesium (Mg), tembaga (Cu), seng (Zn), nikel (Ni), timah hitam (Pb), timah putih (Sn) dan logam-logam mulia lainnya. Baja Karbon

Baja karbon merupakan logam yang terdiri dari unsur dasar Besi dan Karbon serta unsur-unsur lainnya. Baja merupakan material yang paling banyak dipakai sebagai bahan industri karena sangat baik nilai ekonomisnya. Sifat baja sangat

6

variatif dari yang sangat lunak sampai yang paling keras, tergantung dari banyaknya kandungan karbon yang dimilikinya. Semakin tinggi kadar karbon maka semakin tinggi kekerasan baja tersebut.

Pemakaian baja karbon tidak selalu menguntungkan karena mempunyai banyak kekurangan. Selain memiliki sifat mampu keras juga memiliki sifat getas. Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung unsur karbon sangat rendah, antara 0,1% - 0,2% C. Baja karbon rendah ini memiliki kekerasan yang rendah dengan keuletan yang tinggi, sehingga baja karbon rendah ini banyak digunakan untuk membuat baut, paku, kawat, sekrup, pelat baja dan untuk berbagai keperluan konstruksi.

Baja Karbon MediumBaja karbon medium mengandung kadar karbon antara 0,2% - 0,5% C. Baja karbon medium ini sifatnya lebih keras dari baja karbon rendah, sehingga banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas dan bagian-bagian dari mesin seperti poros, batang torak, dan lain sebagainya.

Baja Karbon TinggiBaja karbon tinggi memiliki kandungan karbon antara 0,5% - 1,7% C. Baja karbon tinggi ini sifatnya sangat keras dan getas sehingga sering kali harus diperlakukan panas untuk memperbaiki asifat-sifatnya. Baja ini seringkali digunakan untuk membuat mata pahat, gergaji, dan perkakas lainnya.

Sifat Mekanik Baja KarbonSifat mekanik merupakan sifat dasar yang dapat diubah dan dipengaruhi dari luar. Pengaruh ini biasanya berupa pemanasan pada waktu dan temperatur tertentu, sehingga struktur mikro logam tersebut berubah dan sifat mekanikya turut berubah karena pemanasan.

7

Sifat mekanik pada logam dapat dikontrol dengan cara pemanasan atau disebut dengan Heat Treatment. Sifat mekanik baja antara lain :1. Kekerasan yang merupakan ketahanan material terhadap deformasi plastis karena pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan.2. Kekuatan ditunjukkan dengan ketahanan material terhadap beban yang dikenakan kepadanya, sehingga terjadi perubahan bentuk atau ukuran. Bagian dari kekuatan diantaranya kekuatan tarik, kekuatan luluh dan kekuatan patah.3. Keuletan merupakan kemampuan logam untuk terdeformasi. Bahan yang ulet biasanya mempunyai penyusutan penampang yang besar sebelum terjadi perpatahn.4. Deformasi sehingga patahnya suatu logam berlangsung dengan cepat tenpa diketahui arah rambatnya.5. Ketangguhan ialah kemampuan dari suatu logam untuk mempertahankan bentuknya dengan cara menyerap energi yang mempengaruhinya sampai terjadi perpatahan.

Beberapa pengujian sifat mekanik ini (dan ini juga berlaku untuk logam non ferro) ditunjukkan dalam beberapa hal seperti berikut:

a.Pengujian TarikPengujian tarik mengukur tegangan yang diperlukan

untuk menarik benda uji (logam) sampai putus dan mencatat perpanjangan benda uji. Tegangan tarik suatu material adalah tegangan yang diperlukan untuk memutuskan benda uji dalam tarikan (=tegangan tertinggi yang dapat diberikan sebagai tahanan/reaksi terhadap suatu beban).

Suatu benda uji yang diketahui luas penampangnya dicekamkan pada mesin penguji, diberi beban tarik yang

8

meningkat secara teratur. Untuk setiap penambahan gaya, jumlah perpanjangan dari benda uji diukur dengan mempergunakan extensometer yang sesuai. Ketika benda uji mulai mulur dengan cepat, adalah tanda bahwa segera akan putus.

Pertama-tama perpanjangan sangat kecil sebanding dengan meningkatnya gaya.

Apabila gaya dihilangkan sebelum A tercapai, benda uji akan kembali pada panjang semula. Jadi perpanjangan antara O dan A adalah elestik, dan menurut hokum hooke :

Tegangan ∞ regangan

Dikenal sebagi modulus elestisitas

suatu bahan.Apabila beban melampui A (batas elastis atau batas

proporsional), hanya dengan sedikit penambahan beban akan tiba-tiba mulur. Disini disebut Yield Point (Y), apabila sekarang beban disingkirkan, sedikit perpanjangan akan masih tetap tinggal.

Perpanjangan yang terjadi setelah A adalah bersifat plastis. Perubahan plastis yang terjadi pada temperatur biasa disebut pengerjaan dingin. Pada perubahn plastis, kristal dan

9

Gaya

Perpanjangan 0 Elastis Plastis seragam Kritis

Gambar 5: Diagram Uji Tarik

Material

Gambar 2: Diagram Gaya-Perpanjangan

B’

M

Y B

A

atom material dalam keadaan posisi material menjadi kuat dan keras pengerasan.

Pada peningkatan beban selanjutnya, material akan mulur dengan cepat mula-mula merat dan kemudian pada tempat tertentu menjadi ‘genting’. Kegentingan ini terjadi setelah gaya maksimum (M) terlampaui, karena erkurang dengan cepat pada bagian genting, gaya pada B telah dapat memutuskan benda uji.

Harga nominal dari tegangan tarik suatu material dihitung mempergunakan gaya maksimum (M) dan luas penumpang mula-mula benda uji.Tegangan tarik =

Tegangan tarik dapat sebagai petunjuk dari sifat-sifat mekanik suatu material, hal ini bukan terpenting dalam perencanaan permesinan. Permesinan tidak berhubungan secara khusus dengan perubahan plastis. Pada struktur atau konstruksi permesinan, batas elastis (A), lebih berarti. Tidak mungkin untuk menentukan Yield stress untuk setiap paduan, dalam hal ini yield stress diganti dengan harga yang dikenal sebagi proof stress.

0,1% proof stress suatu paduan (Rp. 0,1) adalah tegangan yang dihasilakn oleh perpanjangan tetap 0,1 panjang benda uji.

Biasanya dalam penentuan tegangan tarik dan 0,1 proof stree (yield – stress), prosentase perpanjangan benda uji hingga putus juga didapatkan. Hal ini mengukur ductility suatu material.

Perpanjangan =

10

=

Harga dari perpanjangan dapat diperbandingkan, jadi terang benda uji berbentuk geometris, harus ada hubungan antara luas penampang dan panjang benda uji.

b. Pengujian Kekerasan Dalam metode modern, pengujian kekerasan adalah

mengukur ketahanan material terhadap penetrasi. Pengujian Brinell

Bola baja diperkeras ditekankan pada permukaan benda uji dengan beban standard. Diameter yang ditimbulkan diukur dan tingkatkan kekerasan Brinell (H) didapat dari :

H B =

Luas permukaan kurva =

Jadi H =

Piramide VickersPengujian kekerasan ini mempergunakan piramide bujur

sangkar dari intan sebagai penguji. Keuntungan yang besar dari pengujian ini bahwa bekas yang ditimbulkan berbentuk geometris yang sama, dan ketelitian hasil tidak terpengaruh ke dalaman.

Sehingga tidak perlu memperhatikan perbantikan P/D2

seperti pada Brinell test, walaupun kita masih harus memperhatikan hubungan kedalaman yang ditimbulkan dan ketebalan benda uji.

11

D

d

Keuntungan yang lain bahwa pengujian kekerasan Vickers harga kekerasannya untuk material yang sangat keras (diatas indeks 500) akan lebih teliti.Luas 4 bidang piramida pada bekas penekanan :

A =

Kekerasan bahan menurut Vickers

Hv = 1,854

Pada alat Vickers dapat diberikan beban-beban 1 ; 2,5 ; 5 ; 10 ; 30 ; 50 ; 100 dan 120 kg. Besar beban ditentukan dari macam dan tebal-tipisnya bahan. Pengujian Rockwell

Khususnya dipergunakan untuk pengujian terus menerus untuk benda-benda yang sudah selesai, dengan cepat, karena tingkat kekerasannya ditunjukkan langsung pada penunjuk (dial), tidak ada pengukuran bekas yang ditimbulkan. Walaupun kedalaman (h) yang ditimbulkan diukur dengan alat, dan diubah dalam harga kekerasan.

Benda uji yang dipergunakan harus bersih, diletakkan pada landasan dan penguji ditekankan dengan beban yang ringan.Hal ini untuk pengukuran yang tepat, setelah skala diatur pada kedudukan nol, diberikan beban penuh dalam waktu tertentu (± 15 detik), beban dikembalikan pada beban ringan, dan kekerasan dibaca langsung pada skala.

Ada beberapa perbedaan pada penunjukkan skala, yang terpenting adalah :1) Skala B digunakan bola baja diameter 1/16” dan beban 100 kgf2) Skala C digunakan intan tirus 1200 dan beban 150 kgf

12

3) Skala A digunakan intan tirus dan beban 60 kgfYang sering dipergunakan adalah skala C, yang terutama berguna untuk baja diperkeras dan material keras yang lain, dan skala B untuk material-material yang lain, termasuk baja normalizing dan paduan bukan besi.

c. Pengujian Pukul – Takik (Pengujian Impact) Pengujian impact memberikan informasi yang berharga

mengenai keadaan metallurgi suatu bahan.

Gambar 6: Skematis Uji Pukul Takik

Ternyata bahan-bahan dapat mengalami patah, apabila dibebani pukulan dengan tiba-tiba. Gejala ini disebabkan oleh 3 hal pokok, yaitu konsentrasi tegangan karena adanya takikan, suhu yang rendah dan kecepatan tegangan yang tinggi.

Benda uji dengan takikan tertentu dipukul dengan ayunan bandul dan daya yang diserap dalam pematahan di ukur.

Pengujian pukul – takik ini sering dipergunakan untuk menentukan apakah bahan sudah mengalami heat treatment dengan baik.Semakin besar h semakin kecil harga impact.

13

Jenis pengujian ini mempunyai keuntungan menunjukkan kerapuhan yang tidak terlihat pada pengujian tarik atau pengujian kekerasan.Hal ini juga mungkin untuk menunjukkan contoh bahwa suatu material dengan sifat-sifat yang mirip seperti ditunjukkan pada pengujian tarik, tetapi memiliki sifat-sifat yang jauh berbeda apabila diuji pada kondisi pembebanan tiba-tiba.

Macam pengujian pukul takik yang sering dipergunakan hanyalah pengujian Charpy dan pengujian Izod.

Dalam pengujian Charpy benda uji diuji dengan memukulkan bandul langsung dibelakang takikan. Pada pengujian Izod benda uji dijepit pada ragum dan diatur bahwa tinggi takikan setinggi pinggir ragum; pukulan diberikan dari arah yang sama dengan takikan.

d. Pengujian LelahDalam konstruksi mesin, pada pembebanan statis kita

mengenal batas tegangan dimana suatu bahan tidak mengalami deformasi plastic (yield stress).

Akan tetapi pada aksi tegangan berulang seringkali suatu bahan mengalami kegagalan karena lelah (fatique failure).

Berdasarkan pengalaman, dengan memilih suatu tegangan akan didapatkan tingkat dimana tidak terjadi kegagalan, tanpa memperhatikan berapapun jumlah putaran. Harga tegangan ini disebut batas lelah (fatique limit / endurance limit). Mengenai hal ini didapatkan dalam pengujian lelah.

Benda uji dalam pengujian lelah harus dibuat dengan teliti, karena takikan dan batasan tajam pada penampang melintang adalah tempat tegangan terkumpul, benda uji untuk pengujian lelah harus dalam keadaan permukaan digosok,

14

bentuk perubahan penampang tidak tajam dan sebaiknya di radius.

Dalam pengujian lelah, benda uji dikenai bermacam-macam tegangan secara periodik.

Suatu hasil menunjukkan bahwa kecepatan putaran dalam pengujian lelah semakin tinggi, batas lelah sedikit lebih tinggi dibandingkan hasil dari pengujian frekwensi rendah.

Batas lelah biasanya ½ harga tegangan tarik pada pengujian statis. Berarti bahwa apabila tegangan maksimum dalam putaran kurang dari batas lelah, kegagalan lelah tidak akan pernah terjadi.

15

BAB IIBESI TUANG DAN PERKEMBANGANNYA

Salah satu material logam tertua yang digunakan oleh manusia adalah besi. Diperkirakan penggunaan perkakas besi dibuat oleh manusia sekitar tahun 2800 – 2700 Sebelum Masehi di Asiria dan Mesir. Produksi besi kasar yang dilakukan secara besar-besaran terjadi pada abad 14 di Jerman dan Itali dengan produk-produk yang dihasilkan berupa, meriam, peluru-meriam, tungku, pipa dan lainnya[1]

Dalam perkembangan selanjutnya material logam semakin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dengan pertimbangan adanya kemudahan pembentukan dan murah. Salah satu cara pembentukan dan pengolahan logam adalah dengan proses pengecoran.

Besi tuang adalah hasil proses pengecoran yang merupakan paduan besi yang didalamnya terkandung unsur-unsur karbon, silikon, mangan, posfor dan belerang.

Dengan penemuan proses perlakuan Magnesium (Mg) dalam sistem pengecoran, maka produksi besi tuang meningkat sejak tahun 1950 an [2], [3], [4] . Besi tuang dikelaskan menjadi besi tuang kelabu (grey cast iron), putih (white cast iron), mampu tempa (malleable cast iron) dan nodular (ductile cast iron).

Besi tuang nodular (BTN) adalah suatu paduan besi tuang yang umumnya mengandung lebih dari 3 % Karbon, (1 – 4%) Silikon, Mangan s.d. 1,0%, Posfor kurang dari 0,1 % dan Sulpur kurang dari 0,015 %. Satu lagi elemen, Magnesium yang harus selalu ada, dengan konsentrasi normal antara 0,02 % - 0,08% [5]

16

Besi tuang nodular terus dikembangkan dengan beberapa pertimbangan bahwa besi tuang nodular mempunyai keuletan yang baik dan mempunyai ketahanan korosi dan ketahanan panas yang baik pula, disamping sifat lain yaitu sifat mekanisnya mendekati sifat mekanis baja. Sehingga dengan kelebihan-kelebihan ini, besi tuang nodular terus dikembangkan untuk pembuatan-pembuatan komponen-komponen otomotif, seperti poros engkol, roda gigi, blok silinder dan batang penggerak. Besi tuang nodular mengandung grafit sekitar (8 – 12 %) dari volume.[5] Unsur-unsur tertentu yang mempengaruhi struktur mikro dan sifat mekanis besi tuang nodular adalah Silikon (Si), Mangan (Mn), Nikel (N), Khromium (Cr), Tembaga (Cu), Tin (Sn), Molibdenum (Mo).[5] Sedangkan proses perlakuan panas austemper juga mempengaruhi struktur mikro dan sifat-sifatnya. Logam hasil dari proses perlakuan panas aurtemper ini umumnya disebut sebagai Austempered Ductile Iron (ADI) – besi tuang nodular austemper. Tabel 1 adalah pengaruh unsur kimia pada besi/baja yang diperlakukan panas.

Dengan cara memberikan perlakuan panas pada material maka dapat diketahui pengaruh perlakuan panas austenisasi dan austemper pada besi tuang nodular BTN terhadap kekuatan tarik dan energi impaknya. Hasil perlakuan panas akan memberikan kesempatan terjadinya transformasi matriks yang nantinya akan menghasilkan sifat-sifat mekanis khusus bagi ADI yang dibuat. Sebagai bahan contoh maka akan diperjelas dengan adanya satu contoh pengujian pada besi tuang nodular FCD 45 (sesuai standar JIS G 5502, 1961) dan besi tuang nodular berunsur paduan Mn dan Ni dengan persentase tertentu dan komposisi dasar kimianya diharapkan sama dengan FCD 45. Grafit bebas yang berbentuk bulat (nodular) pada besi tuang nodular (BTN-FCD) dihasilkan dari reaksi Mg ataupun Ce pada proses peleburan besi tuang. Sifat mekanis yang diperoleh dari grafit yang berbentuk bulat adalah kekuatan, ketangguhan dan keuletan yang baik. Begitu juga halnya pada

17

pengaruh unsur paduan Mo dan Ni yang ditambahkan. Hasil proses perlakuan panas akan menghasilkan ADI dengan cara mengatur waktu pemanasan (holding time).

Tabel 1: pengaruh unsur kimia pada besi/baja yang diperlakukan panas.

18

19

A. Klasifikasi Besi TuangBesi tuang adalah paduan antara besi dan karbon dengan

persentase karbon lebih dari 3% dan disamping itu terdapat juga unsur-unsur lain seperti Si, Mn, S dan lainnya. Unsur-unsur ini menjadikan sifat fisis/mekanis besi tuang berbeda-beda. Kadar karbon yang tinggi mengakibatkan besi tuang bersifat rapuh dan tidak dapat ditempa.

Untuk mendapatkan kekuatan, kekerasan, kemampuan mesin, ketahanan aus yang baik, maka besi tuang perlu diproses lebih lanjut dalam kupola atau proses lain tersendiri.

Besi tuang kelabu, dimana patahannya berwarna keabu-abuan, struktur grafitnya berbentuk serpihan yang berada pada matriks besi. Besi dengan grafit serpihan ini mempunyai kelebihan[6]; murah dan mudah dalam proses pemesinan, mempunyai temperatur yang rendah saat proses produksi, baik dan mudah saat penuangan, tahan aus yang baik, peredam getaran yang baik, dengan hubungan kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang tinggi, menjadikan besi tuang sangat sesuai untuk pemakaian beban statis dan tahan aus. Keuletan besi tuang sangat rendah, hal ini akibat konsentrasi tegangan yang tinggi pada ujung grafit serpihan.

Kelas lain dari besi tuang adalah besi tuang putih yang diidentifikasikan oleh patahan besi tuang tersebut berwarna putih. Karbon dalam besi tuang ini terikat sebagai karbida, Fe3 C yang sangat keras dan mengakibatkan kesulitan dalam proses pemesinan.

Besi tuang mampu tempa (malleable cast iron) terbuat dari besi tuang putih. Besi tuang mampu tempa ini keuletannya lebih baik karena dari bentuk grafit serpihan diubah menjadi seperti kapas, dan besi tuang mampu tempa ini mempunyai daya tahan terhadap kejutan serta mudah untuk dilakukan proses pemesinan.

Jenis lain dari besi tuang adalah besi tuang nodular yang kandungan karbonnya berbentuk nodul grafit (spheroidal) atau sering

20

disebut sebagai besi liat (ductile iron) atau besi tuang nodular. Gambar 5, adalah gambaran struktur mikro dari besi tuang dengan Scanning Elecron Micrograph.

Gambar 7: Gambaran struktur mikro dari besi tuang dengan Scanning Elecron Micrograph

B. Besi Tuang Nodular (BTN)

21

1. Klasifikasi Besi Tuang NodularBesi tuang nodular mempunyai keuletan yang baik, ketahanan

korosi dan panas yang baik pula. Karena keuntungan ini, besi tuang nodular banyak dipakai antara lain untuk pipa, rol penggiling, cetakan, komponen mekanik, komponen untuk tungku dan untuk konstruksi teknik sipil[7] Adapun klasifikasi besi tuang nodular berdasarkan JIS 5502, 1989 (modifikasi karena perubahan satuan) – (sifat mekanisnya) seperti tabel 2 berikut.

Tabel 2: Klasifikasi Besi Tuang Nodular [8]

Kelas Simbol

KekuatanTarik Minimum

(N/mm2)(kp/mm2)

KekuatanMulur Minimum

(N/mm2)(kp/mm2)

ElongasiMinimum

( % )

Hardness(Brinell)

0 FCD 370370(37)

230(24)

17 179

1FCD 400

400(41)

250(26)

12 201

2 FCD 450450(40)

280(29)

10 143 – 217

3 FCD 500500(51)

320(33)

7 170 – 217

4 FCD 600600(61)

370(38)

3 192 – 269

5 FCD 700700(71)

420(45)

2 229 – 302

6 FCD 800800(82)

480(49)

2 248 –352

2 Proses Pembuatan Besi Tuang Nodular

Besi tuang nodular didapat dengan memperlakukan cairan besi tuang kelabu biasa dengan kadar S < 0.015 % dengan proses perlakuan khusus, yaitu dengan menambahkan unsur Mg ataupun Ce kepada cairan besi tuang sesaat sebelum cairan dituang. Grafit yang dihasilkan berbentuk bulat atau nodular yang mempunyai derajat konsentrasi tegangan yang kecil, sehingga berakibat kekuatan besi tuang menjadi lebih baik. [7].

22

Umumnya diketahui ada tiga cara untuk menambahkan Mg kedalam cairan besi tuang kedalam ladel, yaitu cara ladel terbuka , cara penyisipan dan dengan ladel berpenutup Tundish. (gambar 8)

Gambar 8: Cara Menambahkan Mg dlm Besi Tuang Cair ke dalam:

a. Ladel Terbuka dan cara Penyisipan [1].b. Ladel dengan Tutup Tundish[9]

Jika penambahan Mg kedalam ladel secara langsung, akan sangat berbahaya, karena titik didih Mg yang rendah (6500 C) dan

23

tekanan uapnya tinggi. Sehingga, biasanya Mg dipadu dengan unsur lain, yaitu paduan Mg Fe Si (5 – 20% Mg) dengan maksud agar menjadi lebih berat, karena Berat Jenisnya rendah ( 1.74 : 7.4).

Karsay [2] menyatakan bahwa jumlah Mg yang diperlukan tergantung pada kadar belerang yang ada. Adapun cara proses pembulatan grafit, pertama-tama kadar belerang diturunkan dibawah 0,02% dengan cara mengubahnya menjadi Sulfidamagnesium, dan kemudian mereduksi kandungan Oksigen yang ada. Sisa Mg yang ada sekitar 0.02 % dapat mengubah bentuk grafit menjadi bentuk nodular.

3. Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro dari Besi Tuang Nodular

Unsur paduan yang umumnya terdapat pada besi tuang nodular [5]

adalah: Silikon membentuk ferrit. Kadar Si yang lebih besar dari

4,0 % menjadikan besi tuang nodular tahan oksidasi, tetapi besi tuang nodular akan menjadi rapuh bila kandungan Si nya meningkat. Kandungan ideal untuk Si antara 1 - 4 % akan menaikkan kekuatan ferrit.

Mangan membentuk perlit, kekerasan dan karbida-karbida. Karena hal yang terakhir, Mangan jarang diinginkan pada paduan.

Nikel membentuk perlit, bainit, sifat kekerasan, tanpa kerugian seperti halnya Mangan.

Khromium mendorong timbulnya sifat kekerasan, dan karbida-karbida. Penggunaannya dibatasi untuk tingkat kandungan karbida (seperti tingkat-tingkat austenit umumnya).

Tembaga membentuk perlit, dan kekerasan. Umumnya penggunaan tembaga pada sifat beban-beban kekuatan tinggi, tingkat-tingkat perlit sampai dengan 2,0%.

24

Timah bereaksi sama seperti tembaga, tetapi kandungan yang dapat dipertahankan sekitar 0,1 % pada tingkat yang samadengan pengaruh sekitar 1,0 % dari tembaga.

Molibdenum membentuk sifat kekerasan, bainit dan sifat-sifat temperatur mekanis yang tinggi. Kadar maksimum yang ditambahkan sekitar 1,0 %.

Sedangkan Kovacs [10], membagi unsur-unsur paduan kedalam dua kelompok, yaitu; mereka yang ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan (hardenability), dan mereka yang ditambahkan untuk mengontrol variabel proses dan sifat-sifat mekanis. Unsur-unsur paduan untuk mengontrol kekerasan yaitu Ni, Cu dan Mo, yang biasanya ditambahkan sendiri-sendiri ataupun kombinasi diantaranya. Unsur-unsur paduan kedua seperti Si dan Mn yang secara umum telah ada pada besi tuang. Persentase kandungan unsur-unsur ini mempengaruhi proses-proses untuk ADI, mikrostruktrur dan sifat-sifat mekanis. Dimana Si akan mempercepat difusi karbon pada austenit, sedangkan Mn akan memperlambat difusi karbon pada austenit dan akan memperlambat reaksi ferrit, seperti kerja pertumbuhan ferrit. Mereka ini harus dikontrol batasan-batasan kandungannya.

Selanjutnya dalam hal karbon ekivalent (CE), gambar 9 berikut menunjukkan hubungan antara ukuran penampang benda cor, harga CE, tegangan tarik dan struktur mikro.

25

Gambar 9: Hubungan antara Ukuran Penampang Benda cor, Harga CE, Tegangan Tarik dan Struktur Mikro.

BAB III

26

JENIS PERLAKUAN PANAS PADA BESI TUANG NODULAR

A. Jenis Perlakuan Panas Perlakuan panas pada besi tuang nodular juga akan

mempengaruhi struktur mikro dan sifat mekanis besi tuang nodular. Ada beberapa macam perlakuan panas tersebut yaitu [11]:1. Stress Relieving, adalah perlakuan panas pada temperatur rendah,

yang tujuannya untuk mengurangi atau membebaskan internal stresses yang tinggal setelah penuangan.(500-600oC) dgn pemanasan bertingkat juga pendinginannya.

2. Annealing. Perlakuan panas ini berguna untuk meningkatkan keuletan dan ketangguhan (tahan kejut), untuk mengurangi kekerasan, dan untuk mengurangi karbida-karbida. (750-890oC)

3. Normalizing adalah untuk meningkatkan kekuatan dengan sejumlah sifat ulet.(790-970oC)

4. Hardening (740-900oC)dan Tempering (150-450oC). Perlakuan panas ini berguna untuk meningkatkan kekerasan atau untuk meningkatkan kekuatan dan membesarkan rasio tegangan.

5. Austempering, untuk menghasilkan suatu mikrostruktur dari kekuatan yang tinggi, dengan sejumlah keliatan dan tahan aus yang baik.

6. Surface Hardening, dilakukan dengan cara induksi, nyala api, atau laser, gunanya untuk menghasilkan suatu permukaan yang keras, tahan aus pada tempat yang ditentukan.

Secara skematis sifat mekanis besi tuang nodular yang mendapat perlakuan panas yang berbeda terlihat pada gambar 8 berikut:

27

Gambar 10: Kekuatan Tarik Vs Elongasi dari Besi Tuang Nodular[11]

B. Perlakuan Panas Pada Besi Tuang Nodular Menjadi ADI

1. Sifat Mekanis dan Standard ADI

Pada dasarnya ADI adalah hasil pengembangan dari besi tuang nodular (ductile iron) yang telah mendapatkan perlakuan panas. Perlakuan panas tersebut meningkatkan sifat mekanisnya. Adapun sifat mekanis tersebut meliputi [12]:

28

a. Kekuatan (strength), adalah ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak suatu bahan.

b. Keuletan (ductility) yang dikaitkan dengan besar tegangan permanen sebelum perpatahan dari bahan.

c. Ketangguhan (toughness) yang dikaitkan dengan jumlah energi yang diserap bahan sampai terjadi perpatahan.

d. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaan bahan material.

Tabel 3 menunjukkan perbandingan sifat mekanis ADI dibandingkan dengan besi tuang dan baja. Sedangkan tabel 4 adalah standard kelas ADITabel 3: Perbandingan Sifat Mekanis Adi terhadap besi dan Baja [13]

A D ICast Iron Steel

Gray Malleable Ductile Cast Forged

A S T M spec. A897M A48 A602 A536 A27 A290A–D

Tensile str.(103 psi) 125–200 20–60 50–105 60–100 30–40 80–170

Yield str. (103 psi) 85–140 - 32–85 40–70 30–40 45–145

Elongation (%) 10-2 <1 10-1 18-3 24–22 22–10

Tabel 4: Standard Kelas ADI (ASTM 1897M:1990)[14]

Grade

Tensile str

(MPa)

Yield str

(MPa)

Elongation

( % )

Impact Erg.(J)

Hardness

( BHN )

1 850 550 10 100 269-321

2 1050 700 7 80 302-363

3 1200 850 4 60 341-444

4 1400 1100 1 35 388-477

5 1600 1300 N/A N/A 444-5552. Proses Austemper

29

Dari gambar 11 dapat dilihat skema siklus perlakuan panas austemper. Benda cor pertama-tama dipanaskan dari kondisi temperatur ruang ke temperatur austenisasi (A-B) antara 15000 ke 17000 F 8150 – 9250 C selama 1 – 1,5 jam[15]. Hal-hal yang mempengaruhi sifat-sifat pada coran ADI adalah temperatur dan lamanya waktu saat proses austemper. Waktu austenisasi (B-C) haruslah cukup untuk melakukan dua hal seperti berikut:

a. transformasi matriks keseluruhan ke austenit.b. Memenuhi austenit dengan karbon.

Oleh karenanya diperlukan sejumlah waktu minimum untuk memenuhi kedua hal tersebut. Setelah proses austenisasi, benda cor di quench ke temperatur austemper (C-D) antara 4500 ke 7500 F atau 2300 ke 4000 C selama waktu tahan maksimum 2.5 jam[15]. Dalam hal ini laju pendinginan harus cukup tinggi agar:

a. mencegah formasi (terbentuknya) perlitb. mencapai temperatur austemper yang diinginkan pada

benda cor sebelum reaksi austemper dimulai pada titik E.Dari gambar 12, dapat dilihat bahwa ada tiga kurva

pendinginan yang cukup untuk mencegah formasi perlit. Bila reaksi austemper terjadi pada kurva pendinginan 1 dan 2 yaitu sebelum temperatur benda cor mencapai temperatur austemper yang diinginkan, maka keadaan ini akan menghasilkan suatu struktur matriks campuran, dan sifat mekanis yang didapat akan lebih rendah dibandingkan dengan kurva pendinginan 3. Kurva pendinginan 3 ini menunjukkan laju quench yang benar. Benda cor didinginkan ke temperatur austemper sebelum mulainya terjadinya nuklesi (pembibitan) ferrit. Untuk kurva 3 ini, hasil yang didapat uniform.

30

TEMP.

A

B C

D

PERLIT BAINIT

E F G H J

AUSFERRIT

WAKTU

AUSTENISASI

Gambar 11: Siklus Perlakuan Panas Austemper [10]

Gambar 11 adalah suatu ilustrasi grafik reaksi austemper. Huruf-huruf pada ilustrasi tersebut menunjukkan priode hubungan pada siklus austemper gambar 4. Pada titik E dalam gambar 3, dimulainya pembibitan ferrit

Antara titik E dan F, matriks-matriks bertransformasi ke ausferrit, yaitu ke ferrit dan austenit yang berkadar karbon 1,2 – 1,5 %. Austenit metastabil ini dapat bertransformasi ke martensit bilamana didinginkan ke suatu temperatur rendah, atau bilamana diberikan tegangan. Misal dilakukan proses pemesinan maka akan menjadi masalah karena kekerasan meningkat[14].

Antara titik-titik F dan G tidak terjadi pembibitan ferrit yang cukup berarti, tetapi kehadiran butir-butir ferrit terus timbul. Selama pertumbuhan ini, butiran-butiran austenit diperkaya dengan karbon, yang kandungannya mencapai 1.8 – 2.2 % dan menjadikan austenit stabil baik secara thermal maupun mekanikal.

31

Gambar 12: Tiga Kurva Pendinginan yang Berbeda yang Mempengaruhi ADI[10]

Benda-benda cor standard ASTM grade 1 dan 2 diperlakukan panas hingga mencapai titik G. Bilamana benda-benda cor diaustemper melewati titik G, maka austenit akan mejadi bainit ferrit dan karbida, yaitu ke bainit, antara titik H dan J. Titik J menunjukkan hasil reaksi bainitik yang lengkap.

Standard ASTM menamakan struktur matriks yang diaustemper secara benar yaitu ausferrit, yang menunjukkan bahwa struktur ADI tersebut terdiri dari austenit dan ferrit.

32

1

2

3

PERLIT

BAINIT

FERRIT & AUSTENIT

Waktu

WAKTU

TEMP.

Gambar 13: Ilustrasi Grafik dari Reaksi Austemper[10]

Berbagai struktur matriks dapat dihasilkan dengan cara perlakuan panas, khususnya pada besi tuang nodular. Dari diagram keseimbangan fasa logam ferrous (Fe –Fe3C) (gambar 4) dapat dipelajari perilaku logam besi terutama perkiraan jenis matriks yang akan terjadi pada proses manufaktur logam.

33

3. Pengaruh Temperatur Austenisasi dan Austemper terhadap Sifat Mekanis ADI

Dengan komposisi dari keel block seperti tabel 5, Mallia, [16]

telah melakukan penelitian tentang pengaruh austenisasi pada temperatur 8500, 9000 dan 9500 C serta temperatur austemper 3600

C. Waktu tahan untuk austenisasi yaitu 1 jam dan ditahan selama 5 menit – 7 jam untuk penemperan yaitu diquench pada larutan garam dan kemudian didinginkan diudara bertemperatur ruangan.

Pengaruh kandungan Si akibat bervariasinya temperatur austenisasi dan kandungan Si terlihat pada gambar 14. Sedangkan nilai-nilai UTS nya terlihat pada tabel 6.

Tabel 5: Komposisi Kimia untuk Keel Block[16]

C Si Mn S P Mg Fe3.28 2.02 0.29 0.01 0.01 0.04 Bal.3.20 2.65 0.33 0.01 0.01 0.04 Bal.3.19 3.31 0.34 0.01 0.01 0.04 Bal.

Tabel 6: Nilai-nilai UTS dari Besi Tuang Silikon Tinggi[16]

Temperatur Austenisasi, 0C U T S, MPa

850 826

900 1075

950 1040

34

Gambar 14: Pengaruh Waktu Austemper terhadap Energi Impak[16]

35

Dari gambar 14 dapat dilihat bahwa nilai-nilai energi impak adalah rendah bilamana waktu austemper kurang dari 30 menit. Juga dapat dilihat bahwa untuk kandungan Si yang diberikan, peningkatan temperatur austenisasi dari 850 ke 9500C, menaikkan waktu yang diberikan untuk mencapai energi impak yang maksimum. Meningkatnya kandungan Si dari 1.02% ke 3.31% dan untuk seluruh temperatur austenisasi, nilai energi impak maksimum juga bertambah. Untuk temperatur austenisasi pada penelitian ini, waktu austemper menghasilkan penurunan optimum energi impak dengan meningkatnya kandungan silikon. Hasil dari pengujian tarik dari sampel uji besi dengan silikon tinggi yang diautenisasi antara 850 dan 9500 C dan diaustemper pada 360 0 C pada untuk waktu tahan 45 menit terlihat pada tabel II. 6. Harga UTS terbesar didapat dari sampel uji yang diaustenisasi pada 900 0 C.

Ali dan Elliot[17] melakukan penelitian dengan sampel yang dibuat dari keel block besi tuang ulet Mn-Mo-Cu dengan kompisisi 3.49C – 2.23Si – 0.42Mn – 0.25Cu – 0.23Mo – 0.035Mg, austenisasi dilakukan pada dua macam temperatur yaitu 8700 dan 9200 C, sedangkan temperatur austempering pada 3500, 3750 dan 4000 C.

Gambar 15 memperlihatkan bila dibandingkan dengan standard ADI, kenaikan elongasi diikuti dengan kenaikan UTS. Gambar 16 memperlihatkan penurunan temperatur austenisasi 8700 C, memperbaiki keuletan (ductility) pada temperatur austemper yang konstant.

36

Gambar 15: Variasi UTS dengan Elongasi[17]

37

Gambar 16: Variasi UTS dengan Energi Impak[17]

38

Teng dan Zang[18] melakukan penelitian dengan membuat sampel ujinya dari stepped plate yang dicor, dan kemudian dengan proses pemesinan didapat bentuk dan ukuran tertentu untuk sampel uji tarik dan impak. Analisa kimia dari besi tuang liat dasar seperti terlihat pada tabel 7.

Tabel 7: Analisa Kimia dari Besi Ulet Dasar[18]

C Si Mn Cu Ni Mg P S

DI1 3.56 2.35 0.23 0.51 0.48 0.047 0.025 0.007

DI2 3.60 2.26 0.24 0.48 0.46 0.043 0.025 0.004

DI3 3.57 2.51 0.20 0.64 - 0.042 0.031 0.012

DI4 3.51 2.30 0.23 0.62 - 0.040 0.020 0.008

DI5 3.60 2.40 0.23 0.62 - 0.045 0.022 0.007

DI6 3.55 2.68 0.34 0.62 - 0.033 0.038 0.020Keterangan:DI1 – DI5 adalah tuangan stepped plate dalam penelitian iniDI6 adalah tuangan Y-Block hasil penelitian sebelumnya.

Perlakuan panas yang dilakukan pada sampel-sampel uji yaitu memberikan pemanasan awal pada temperatur 8230 K selama 15 menit dan diaustenisasi pada temperatur 11730 K selama 90 menit. Setelah diquench dalam larutan garam, sampel-sampel tersebut dipanaskan dan ditahan secara isothermal pada kedua kondisi yang berbeda yaitu yang pertama pada 5730 K selama 180 menit yang lainnya pada 6330 K selama 8 menit serta 5730 K selama 172 menit. Setelah itu sampel-sampel didinginkan diudara bertemperatur ruang. Sifat-sifat mekanis, perhitungan nodul dan nodularitas dari besi tuang liat as-cast terlihat seperti pada tabel 8. Sedangkan sifat mekanis ADI untuk kedua kondisi austemper seperti pada tabel 9 dan 10. Kesimpulan yang diberikannya adalah bahwa pada as cast (ductile Iron DI), kehadairan Ni menaikkan tegangan tarik dan elongasi tetapi menurunkan kekuatan impak. Sedangkan pada ADI tabel 9, tegangan tarik turun, elongasi turun dan naik, kekuatan impaknya pun

39

mengalami hal yang sama yaitu turun naik. Pada ADI II, tabel 10, tegangan tarik naik dan elongasi turun, kekuatan impaknya naik.

Tabel 8: Sifat Mekanis, Jumlah nodul, dan Nodularitas[18]

UTS( Mpa )

YS( Mpa )

Elongation( % )

Impact Energy

( J )

Nodule counts (N/mm2)

Nodularity( % )

DI1803-985

(836)(67.6)448-488

(445)6.5-9.3

(7.9)(1.0)19.52

(29.3)(10.8)56-90 80-95

DI2849-928

(890)(26.0)458-476

(467)4.1-9.8

(6.55)(2.0)15-42

(24.3)(5.2)46-74 85-90

DI3675-774

(733)(39.4)420-440

(433)5.4-9.2

(7.3)(1.4)27-35

(31)(2.6)44-98 75-90

DI4707-790

(750)(27.0)427-445

(436)3.1-10.8

(6.48)(2.6)20-35

(31)(5.2)69-106 85-95

DI5745-810

(778)(21.4)436-450

(443)6.62-10.8(8)(1.4)

33-39(35.7)(2.1)

52-89 80-90

DI6 697 NA NA 45 80-95 90-95

Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah mean (rata-rata) dari data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviation

Tabel 9: Sifat Mekanis ADI(823 K-15 mins, 1173 K-1.5 hrs, 573 K-3 hrs)

UTS(Mpa)

YS(Mpa)

Elongation(%)

Impact Energy(J)

Hardness(HRC)

Retained(%)

ADI11100-1243

(1148)(54.8)991-1155

(1048)0.7-4.6

(2.75)(1.3)67-126(95)(18)

33-40(35.3)(2.6)

10.0

ADI21106-1197

(1152)(34.6)998-1102

(1051)0.8-2.9

(2.13)(0.7)105-170

(137)(20.6)35.5-43

(38.3)(3.04)6.0

ADI31079-1236(1151)(60)

967-1147(1050)

2.0-4.8(3.33)(0.9)

78-111(100.6)(12.6)

30-38.5(34)(2.87)

4.96

ADI41000-1361

(1188.5)(109)878-1289

(1092)1.9-4.0

(2.4)(0.9)87-113

(102)(92)30.7-38.5(35.1)(2.6)

NA

ADI51060-1265(1158)(63)

946-1180(1057)

1.0-3.5(2.7)(0.9)

64-146(97)(27.6)

31.3-38(34.7)(2.54)

5.8

ADI6 1273 NA 8.0 90.8 33.5 5.2Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah mean dari data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviasi

40

Tabel 10: Sifat Mekanis ADI(823 K-15 min, 1173 K-1.5 hrs, 633 K-8 mins, 633 K-8 mins, 573 K-2 hrs 52 mins) [18]

UTSMpa)

YS(Mpa)

Elongation(%)

Impact Energy(J)

Hardness(HRC)

Retained(%)

ADI11021-1181

(1099)(77.9)1022-1081

(1049)(25.7)3.4-7.9

(5.06)(1.79)107-162

(136.5)(18)33.5-37.5

(35.4)(1.49)12.5

ADI21127-1201

(1161)(30.25)1028-1102(1062)(30)

2.8-7.2(4.24)(1.77)

111-156(127)(16.6)

24-39(31.4)(6.42)

21.4

ADI3924-1023

(993)(36.5)828-925

((896)(36)2.5-8.8

(5.96)(2.47)81-145

(111)(22.8)27.5-36.5

(32.6)(3.50)13.2

ADI41046-1195(1128)(55)

948-1095(1030)(54.3)

2.1-8.0(5.77)(2.25)

75-158(106)(27.5)

31.5-34(32.7)(0.86)

27

ADI51078-1187

(1122)(32.7)980-1088

(1024)(32.4)2.3-4.9

(4.01)(1.1)82-158

(132)(24.1)31.5-35.5

(33.8)(1.57)10

Keterangan:Nilai dalam tanda kurung pertama adalah data testNilai dalam tanda kurung kedua adalah standard deviasi

Dalam hal penambahan kandungan unsur Mo dan Ni, Blackmore dan Harding[19] menuliskan bahwa Ni yang ditambahkan mendekati nilai 1 % relatif tidak mempengaruhi tegangan tarik dan elongasi pada austemper 3500, 3500, dan 4000 C. Untuk Ni dengan kadar 1 –4 %, cenderung menurunkan tegangan tarik (gambar 17). Unsur Mo dalam paduan ADI dalam gambar 18, cenderung menurunkan elongasi bila kandungan Ni semakin bertambah. Penurunan elongasi sejak Ni = 0.2 %.

41

Gambar 17: Pengaruh Kandungan Nikel pada Sifat Mekanis ADI[19]

42

Gambar 18: Pengaruh Kandungan Molibdenum pada Sifat Mekanis ADI[19]

43

DAFTAR PUSTAKA

1. Hadi, Qomarul, Diktat Perlakuan Panas, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik universitas Sriwijaya, 2003.,

2. Surdia, Ir. Tata. M.S. Met.E dan Prof. Dr. Kenji Chijiiwa, Teknik Pengecoran Logam, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1976.

3. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON - Production Practices, American Foundrymen’s Society, 1979.

4. Rundman, Karl. B., AUSTEMPERED DUCTILE IRON – Microstructure and Mechanical Properties, Casting 1997, International ADI and Simulation Conference, Otaniemi, Finland, 1997.

5. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON - The State of The Art, QIT- Fer et Titane Inc, Canada, 1980.

6. Karsay, Stephen Istvan, DUCTILE IRON II - Engineering, Design, Properties, Aplications, Quebec Iron and Titanium Corporation, Canada, 1971.

7. Rollason, E.C, Metalurgy for Engineers, Edward Arnold (Publishers) fourth edition, 1975.

8. Surdia, Prof. Ir. Tata., MS, M Met.E dan Prof. DR Shinroku Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1995.

9. …………..,- Japanesse Industries Standard, 1990.10. Hughes, I.C.H, BCIRA International Centre for Cast Metals

Technology, Great Britain, Casting, ASME Handbook, Volume 15, 1992, p., 649.

11. Kovacs, Bela V., D.Sc. Alloying Elements and Heat Treatment of ADI, 2nd International ADI Seminar, June 1994, Otaniemi Finlad, 1994.

12. Rundman, Karl B, Heat Treating of Ductile Irons, ASM Handbook, Vol. 4, Park Ohio. 1989. P., 682.

13. Vlack, Lawrence Van, Ilmu dan Teknologi Bahan, terjemahan oleh Ir. Sriati Djaprie, M.E, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1983.

44

14. Forrest, R.D, Austempered Ductile Iron for Both Strength and Toughness, Machine Design, September 26, 1985. Reprinted for QIT.

15. Elliot, R. The Role of Research in Promoting Austempered Ducrtile Iron, Heat Treatment of Metals, 1973.3, p. 55-59

16. Dorazil, Prof. Edward, Mechanical Properties of Austemper Ductile Iron, Foundry M & T, July 1986.

17. Mallia, Effecct of Silikon Content on Impact Properties of Austempered Ductile Iron, Journal of Materials Science and Technology, May 1997, Volume 13

18. Ali, AS.Hamid and R. Elliot, Influence of Austenitising temprature on austempering of an Mn-Mo-Cu alloyed ductile iron, Part 1 – Mechanical Properties, Materials Science and Technology, January 1997, Vol., 13.

19. Teng-Shih Shih and Zang-Chou Yang, Effects of Nickel and Processing Variables on the Mechanical Properties of Austempered Ductile Irons, International Journal Cast Metals Res., 1998, 10, p., 335-344.

20. Blackmore, P.A., and R.A. Harding, The Effects of Metalurgical Process Variables on the Properties of Austempered Ductile Irons. The 1st International Conference on Austempered Ductile Iron, 1-4 April 1984, Chicago, Illinois, USA.

45

DAFTAR ISI

Halaman

BAB I PENDAHULUAN 1

A. Dasar-dasar Konsep Metalografi 1

1. Transformasi dan Struktur Kristal dari Besi 1

2. Diagram Keseimbangan Besi Karbon 4

B. Klasifikasi Logam 62. Logam Ferro 63. Logam non Ferro 6

BAB II BESI TUANG DAN PERKEMBANGANNYA 9A. Klasifikasi Besi Tuang 12B. Besi Tuang Nodular 14

1. Klasifikasi Besi Tuang Nodular 142. Proses Pembuatan Besi Tuang Nodular 143. Pengaruh Unsur Paduan terhadap Sifat

Mekanis dan Struktur Mikro dari Besi Tuang Nodular

16

BAB III JENIS PERLAKUAN PANAS PADA BESI TUANG NODULAR 19A. Jenis Perlakuan Panas 19

B. Perlakuan Panas pada Besi Tuang Nodular menjadi ADI 201. Sifat Mekanis dan Standard ADI 202 Proses Austemper 223 Pengaruh Temperatur Austenisasi dan Austemper terhadap Sifat Mekanis ADI 26

DAFTAR PUSTAKA 37

46

iii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Pengaruh Unsur Kimia pada besi/baja yang diperlakukan panas

11

Tabel 2 Klasifikasi Besi Tuang Nodular 14

Tabel 3 Perbandingan Sifat Mekanis Adi terhadap besi dan Baja

21

Tabel 4 Standard Kelas ADI (ASTM 1897M:1990) 21

Tabel 5 Komposisi Kimia untuk Keel Block 26

Tabel 6 Nilai-nilai UTS dari Besi Tuang Silikon Tinggi 26

Tabel 7 Analisa Kimia dari Besi Ulet Dasar 31

Tabel 8 Sifat Mekanis, Jumlah nodul, dan Nodularitas 32

Tabel 9 Sifat Mekanis ADI(823 K-15 mins, 1173 K-1.5 hrs, 573 K-3 hrs)

32

Tabel 10

Sifat Mekanis ADI (823 K-15 min, 1173 K-1.5 hrs, 633 K-8 mins, 633 K-8 mins, 573 K-2 hrs 52 mins)

33

47iv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Pemanasan dan Pendinginan Besi Murni 2Gambar 2 Struktur Kristal dari Ferit dan Austenit 3

Gambar 3 Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon Kurang dari 1,4%C

4

Gambar 4 Diagram Kesetimbangan Besi-Karbon 5

Gambar 5 Gambaran Struktur Mikro dari Besi Tuang dengan Scanning electron Micrograph

13

Gambar 6 Cara Menambahkan Mg dalam Besi Tuang Cair ke dalam Ladel

15

Gambar 7 Hubungan antara Ukuran Penampang Benda cor, Harga CE, Tegangan Tarik dan Struktur Mikro.

18

Gambar 8 Kekuatan Tarik Vs Elongasi dari Besi Tuang Nodular

20

Gambar 9 Siklus Perlakuan Panas Austemper 23

Gambar 10 Tiga Kurva Pendinginan yang Berbeda yang Mempengaruhi ADI

24

Gambar 11 Ilustrasi Grafik dari Reaksi Austemper 25

Gambar 12 Pengaruh Waktu Austemper terhadap Energi Impak 27

Gambar 13 Variasi UTS dengan Elongasi 29

Gambar 14 Variasi UTS dengan Energi Impak 30

Gambar 15 Pengaruh Kandungan Nikel pada Sifat Mekanis ADI 34

Gambar 16 Pengaruh Kandungan Molibdenum pada Sifat Mekanis ADI

35

48

v

D I K T A TP E R L A K U A N P A N A S

Oleh:Dr. Ir. Nukman, MT.

NIP. 195903211987031001

Dipakai di Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Sriwijaya

Pada Semester I / Ganjil Tahun Ajaran 2010/2011

UNIVERSITAS SRIWIJAYAFAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESINAGUSTUS 2010

KATA PENGANTAR

49

Puji syukur ke khadirat Allah SWT, karena Penulis dapat menyelesaikan penulisan diktat ini. Diktat ini merupakan bahan kuliah pada matakuliah Perlakuan Panas yang disampaikan kepada mahasiswa jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya pada semester I / ganjil tahun ajaran 2010/2011.

Terimakasih penulis sampaikan kepada sdr. Qomarul Hadi yang telah rela menyumbangkan sebagian isi diktatnya terdahulu untuk dimasukkan kedalam Bab I pada diktat ini. Bahan lain dari diktat ini diambil dari bagian pendahuluan dan studi kepustakaan dari thesis strata 2 saat menempuh perkuliahan di Universitas Indonesia.

Penulis meminta maaf bila terjadi kesalahan dalam penulisan diktat ini, kepada semua pihak yang terlibat penulis sampaikan terimakasih. Semoga diktat ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Inderalaya, Juni 2010, Penulis,

Nukman

50