TEMPERING OF MEDIUM CARBON STEELTUGAS TPM 345

PROSES PERLAKUAN PANAS DAN PERMUKAAN

Audrie Febrianka

2008-041-054

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Katolik Indonesia

Atma Jaya

2013

BAB 1

PENDAHULUAN

Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak

dimanfaatkan oleh manusia untuk berbagai keperluan. Adakalanya

material yang digunakan tidak memiliki sifat mekanis yang cukup

untuk penggunaan produk tersebut. Dalam pencapaian fungsi

berdasarkan sifat mekanis baja, mulailah dilakukan investigasi

dengan mengamati komposisi dari material baja. Ternyata salah

satu faktor yang mempengaruhi sifat mekanis baja ialah tinggi

rendahnya kadar karbon dalam material tersebut. Begitu pula

dengan baja karbon yang memiliki karakteristik berbeda-beda

ditinjau dari jumlah kadarnya. Namun alangkah baiknya bila

material baja karbon melalui proses perlakuan panas guna mencapai

sifat mekanis yang dibutuhkan suatu produk. Maka dari itu dalam

penulisan ini akan dibahas penemperan pada Medium Carbon Steel.

1.1 Latar Belakang

Perlakuan panas memiliki pengaruh yang penting terhadap

pembentukan sifat mekanis suatu material termasuk Medium

Carbon Steel. Material ini sendiri harus diproses dengan

perlakuan panas yang khusus untuk mendapatkan hasil produksi

yang diinginkan. Keuntungan tersebut merupakan target bagi

produsen logam dan bahan lainnya untuk meningkatkan

produksi. Hal ini juga menguntungkan beberapa pihak karena

dari segi pemenuhan kegunaan dan konstruksinya.

1.2 Rumusan Masalah

Bertitik tolak dari latar belakang di atas maka dapat

dirumuskan permasalahan sebagai berikut:

a. Apa pengaruh Tempering pada Medium Carbon Steel?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapula tujuan penulisan terhadap studi kasus adalah:

a. Mengetahui pengaruh Tempering pada Medium Carbon Steel.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Secara umum, sifat mekanis baja sangat ditentukan oleh kadar

karbonnya. Dalam banyak aplikasi, sifat mekanis baja karbon tidak

dapat memenuhi persyaratan teknisnya. Oleh karena itu baja karbon

dibedakan klasifikasinya untuk memenuhi persyaratan yang

dibutuhkan.

2.1. Klasifikasi Baja Karbon

Baja karbon dibedakan klasifikasinya berdasarkan kadar

kandungan unsur karbonnya.

Macam-macam klasifikasi baja karbon antara lain:

a) Low Carbon Steel

Baja karbon rendah, memiliki kandungan karbon kurang

dari 0,25 %, memiliki tingkat kekerasan rendah dan mampu

bentuk yang tinggi.

b) Medium Carbon Steel

Baja karbon menengah, memiliki kandungan karbon lebih

tinggi dari baja karbon rendah antara 0,25-0,60 %,

memiliki tingkat kekerasan yang tinggi dan mampu bentuk

yang rendah

c) High Carbon Steel

Baja karbon tinggi, memiliki kandungan karbon di atas

0,60 %.

2. 2. Proses Tempering pada Medium Carbon Steel

Proses tempering adalah proses di mana sebelum baja

dikeraskan atau dinormalkan, baja dipanaskan kembali pada rentang

suhu batas kritis bawah dan laju pendinginannya dilakukan secara

beraturan, hal ini dilakukan untuk mengurangi tegangan sisa yang

terbentuk saat proses quenching. Hal ini dapat meningkatkan

keuletan dan ketangguhan baja, pada baja karbon rendah mampu

bentuk baja meninggkat dan kekerasannya tetap dipertahankan.

Variabel yang berhubungan dengan tempering yang mempengaruhi

struktur mikro dan sifat mekanik baja yaitu:

Temperatur tempering

Waktu untuk temperatur

Laju pendinginan dari temperatur tempering

Komposisi pada baja, termasuk kandungan karbonnya, kandungan

paduannya, dan komponen-komponen sisa.

Pada dasarnya proses quenching adalah pemanasan sampai temperatur

tertentu diikuti laju pendinginan yang cepat sehingga struktur

mikro baja berubah menjadi martensit. Lalu pada saat pemanasan

ulang, atom karbon berdifusi dan bereaksi dalam serangkaian

langkah-langkah yang akhirnya membentuk Fe3C atau karbida paduan,

hal ini bertahap mengurangi tingkat stress. Perubahan ini dalam

struktur mikro biasanya menurunkan kekerasan, kekuatan tarik, dan

kekuatan luluh, tetapi meningkatkan keuletan dan ketangguhan

baja.

2. 3. Perubahan Struktur Mikro pada proses penemperan Medium

Carbon Steel.

Berdasarkan x-ray, dilatometric, dan studi mikro ada tiga tahap

yang berbeda dari tempering, meskipun suhu berkisar tumpang

tindih.

Tahap I : Pembentukan karbida transisi dan menurunkan kandungan

dari martensit untuk baja karbon 0,25% (100 sampai 250

º C).

Tahap II : Transformasi austenite menjadi ferit dan semetit (200

sampai 300 º C).

Tahap III : Penggantian karbida transisi dan suhu rendah

martensit oleh sementit dan ferit (250 sampai 350 º

C).

BAB 3

STUDI KASUS DAN ANALISIS

Pada kehidupan sehari-hari baja paduan rendah banyak

dijumpai sebagai bahan baku suku cadang pada industri alat berat.

Maka dari itu penulis membatasi masalah yang dihadapi dengan

menggunakan material GS42CrMo₄ ditinjau dari kebutuhan presentasi

unsur karbon pada material ini. Dengan adanya perbedaan

presentasi unsur karbon yang sesuai standard dan yang diluar

standar material, penulis dapat mengetahui pengaruh presentasi

unsur karbon pada baja GS42CrMo₄.

3. 1. Studi Kasus

2. Data dan Pembahasan

Bottom roller excavator difungsikan sebagai roda penopang di atas

pelat bantalan/boden plate yang dapat mendistribusikan beban

keseluruhan excavator secara merata. Dengan demikian diperlukan

persyaratan teknis untuk memenuhi kebutuhan sesuai fungsinya.

Persyaratan teknis tersebut yaitu:

a) Kekerasan permukaan tinggi.

b) Ketahanan aus tinggi.

c) Ketahanan korosi udara tinggi.

d) Tidak boleh ada pengelasan.

Untuk mencapai persyaratan teknis tersebut maka disusunlah

komposisi mekanis dan material standard yang dapat memenuhi kebutuhan

fungsi product bottom roller excavator.

Tabel 3.1. Tabel komparasi komposisi mekanis

Tabel 3.1 menjelaskan adanya perbedaan antara komposisi

mekanis kedua baja paduan yang memenuhi standard range dan di luar

standar range. Bila diperhatikan unsur karbon pada keel block kurang

memenuhi standard range. Table di atas diperoleh dari hasil

pengujian komposisi mekanis dengan metode pengukuran intensitas

elemen dengan menggunakan photomultiplier. Dengan adanya perbedaan

tersebut, untuk mengetahui sifat mekanis dari masing-masing baja

paduan GS42CrMo₄ perlu dilakukan beberapa pengujian.

1) Uji Metalografi

Pengujian material diawali dengan uji metallography untuk

mengamati perubahan struktur mikro pada keel block maupun

product berdasarkan proses heat treatment. Uji metallography ini

bertujuan untuk mengetahui struktur mikro material GS42 yang

dipengaruhi oleh kadar karbon dari masing-masing test piece.

Tahapan yang dilakukan untuk melakukan pengujian ini yaitu :

a. Sectioning : Pemilihan test piece.

b. Cutting : Pemotongan test piece.

c. Grinding : meratakan permukaan test piece dengan amplas

dari nomer amplas 240 – 1000.

d. Polishing : Menghaluskan permukaan benda dengan.

bantuan mesin poles hingga didapat permukaan yang

berkilau.

e. Etching : Memoles bahan kimia yaitu etsa nital 3%

sehingga struktur mikro material berikatan dan

terlihat pada mikroskop.

f. photomicrography : pengambilan gambar dari hasil

pengamatan mikrostruktur dengan perbesaran 100x.

Pengujian dilakukan dengan cara memotong sampel sesuai

ukuran. Penggerindaan dilakukan dengan kertas amplas yang

bertingkat kekasarannya sedangkan pemolesan dilakukan dengan

pasta alumina. Sampel yang telah mengkilap dietsa dengan

larutan etsa asam nital 3% untuk selanjutnya diamati

struktur mikronya dengan mikroskop optic. Berikut adalah

hasil photomicrography pada pengujian ini :

Tabel 3.2. Tabel perbandingan struktur mikro pada keel block dan

produk

Tabel di atas menjelaskan adanya perbedaan struktur mikro secara

pengamatan visual. Dapat dilihat bahwa struktur mikro bottom roller

lebih terlihat renggang dibandingkan struktur mikro keel block.

Namun terlihat pada struktur mikro keel block, ferit terlihat lebih

banyak daripada perlit yang terlihat pada bottom roller. Hal ini

jelas dipengaruhi oleh kadar karbon. Untuk pengetahuan pengaruh

kadar karbon yang lebih mendalam, maka dilakukan tes berikutnya.

2) Pengujian tarik dan impact

Setelah dilakukan uji metallography dilakukanlah

pengujian tarik. Uji tarik dilakukan bertujuan untuk

mengetahui sifat mekanis material dan mengetahui besarnya

nilai elongasi, reduction area, yield strength, dan tensile strength.

Sifat mekanik yang dipelajari adalah kekuatan tarik dan

kekerasan bahan akibat komposisi. Pengujian tarik dilakukan

untuk mengetahui tegangan tarik, tegangan luluh dan regangan

pada material.

Pengujian dilakukan sesuai dengan ukuran diameter luar 20mm,

diameter dalam atau D₀ 14mm, dan panjang L₀ 50mm.Kekuatan

tarik merupakan kemampuan dari material menerima beban

tarik. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin uji

tarik dengan cara menjepit sampel dengan kuat dan beban

diberikan secara kontinyu sampai sampel tersebut putus.

Sifat-sifat mekanis yang diharapkan untuk diketahui adalah

kekuatan (tegangan) tarik, kekuatan luluh dan regangan

dengan perhitungan menggunakan rumus. Berikut parameter yang

diperhitungkan dalam pengujian tarik.

Kekuatan tarik

σu = Fmax/A₀

σu : Kuat tarik sampel (kg/mm² atau N/mm²)

Fmax : Gaya maksimum yang dapat ditahan oleh sampel (kg

atau N)

A₀ : Luas penampang awal sampel (mm²)

Kekuatan luluh

σy=Fy/A₀

σy : Tegangan luluh (kg/mm² atau N/mm²)

Fy : Gaya pada saat sampel mengalami luluh (kg atau N)

A₀ : Luas penampang awal sampel (mm²)

Reduction area

RA = (D₀² - D₁² / D₀²) x 100

Ra : Reduction area (%)

D₀ : Diameter mula-mula (mm)

D₁ : Diameter akhir (mm)

Elongation

El = (L₁ - L₀ / L₀) x 100

El : Elongation (%)

L₁ : Panjang mula-mula (mm)

L₀ : Panjang akhir (mm)

Kemudian dilakukan uji impact. Pengujian ini bertujuan

untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban

patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah

pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan

kepresisan yang tinggi. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian

rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi

yang sama. Sebelum dilakukan hantaman oleh beban, benda uji

direndam terlebih dahulu pada methanol dan diberi dry ice

hingga mencapai suhu -40⁰ C. hal ini dilakukan untuk membuat

benda uji dalam kondisi getas dan mudah patah. Pengujian ini

menggunakan mesin Charpy Impact Machine.

Tabel 3.3. Sifat Mekanis Baja GS42 CrMo₄

Tabel di atas menjelaskan prasyarat dan ketentuan yang

digunakan sebagai tolak ukur kevalid-an suatu material

berdasarkan parameter-parameter di atas.

Gambar 3.4. Spesimen uji tarik dan lembar data pengujiantarik dan impak [sumber: PT. Komatsu Indonesia]

Tabel 3.4. Data hasil pengujian tarik dan impak

Dari tabel di atas bisa terlihat bahwa reduction area dari keel

block lebih besar sehingga dapat dikatakan bahwa sifat keliatan

material dengan kekurangan unsur karbon lebih kecil. Begitu juga

dengan elongation, yield strength, tensile strength yang lebih kecil. Hal ini

menandakan bahwa baja paduan rendah GS42CrMo₄ yang kekurangan

kadar karbon lebih lunak dan kurang mampu menahan beban yang

diberikan untuk kebutuhan dari fungsi product bottom roller sendiri.

Namun bila dilihat dari impact energies-nya, hasil yang ditunjukkan

dari keel block lebih besar dan lebih baik dibandingkan dengan

product. Hal ini mempengaruhi umur pemakaian product. Semakin besar

impact energy maka semakin lama pula kurun waktu atau umur

pengoprasian product tersebut. Tetapi walaupun lifetime dari benda

uji keel block lebih baik, faktor kekuatannya kurang dari yang

diharapkan. Oleh karena itu pabrik manufaktur melakukan proses

surface hardening pada tiap produk baja cor-nya untuk memperoleh

lifetime yang lebih baik.

Temp.

Time

950°C

6 Hrs

Pendinginan udaraNORMALIZING

Time

910°C

3 Hrs

Pendinginan oli

QUENCHINGTe

mp.

Grafik 1. Pedoman kerja heat treatment product bottom roller excavator[sumber: PT. Komatsu Indonesia]

Temp.

Time

650°C

5 Hrs

Pendinginan air

TEMPERING

BAB 4

SIMPULAN

Setiap material sangat bergantung pada kadar karbon untuk

mencapai kebutuhannya karena kadar karbon berperan penting dalam

membentuk kekerasan, keliatan, dan ketangguhan suatu material.

Begitu pula pada baja GS42CrMo₄ ini. Untuk memenuhi kebutuhan

fungsi dari produk Bottom roller excavator, material ini haruslah

memenuhi persyaratan teknis yang ada. Oleh karena itu dari hasil

analisis penelitian ini penulis akan menguraikan pengaruh kadar

karbon pada baja GS42CrMo₄.

4.1. Kesimpulan

1) Pada uji metallography diperoleh hasil yang berbeda antara

visualisasi spesimen bottom roller dan keel block. Terlihat bahwa

struktur mikro bottom roller lebih renggang dibandingkan

struktur mikro keel block. Hal ini terjadi karena pada

spesimen keel block material memiliki kadar karbon diluar

standard range (kurang dari standar) yang ditargetkan PT.

Komatsu Indonesia. Efek dari hal di atas terlihat pada

struktur mikro keel block yang memiliki struktur ferit lebih

banyak dibandingkan dengan struktur perlit.

2) Dari hasil analisis uji tarik pada kedua spesimen baja

GS42CrMo₄, dapat disimpulkan bahwa semakin besar kadar

karbon maka semakin besar nilai keliatan baja GS42CrMo₄.

Dapat dikatakan material yang kekurangan unsur karbon

memiliki sifat lebih lunak dan kurang mampu menahan beban

yang diberikan secara terus menerus. Hal ini menyatakan

bahwa jika baja GS42CrMo₄ kekurangan unsur karbon, maka

persyaratan teknis dari bottom roller excavator tidak valid atau

tidak terpenuhi sehingga tidak dapat digunakan dalam

pengaplikasian.

3) Dari hasil uji impak yang diperoleh dapat disimpulkan

bahwa material yang kekurangan kadar karbon memiliki impact

energies yang lebih besar, yang mempengaruhi lifetime pemakaian

produk. Baja GS42CrMo₄ pada spesimen keel block memiliki

sifat yang lebih getas sehingga kurang baik pada

pengaplikasiannya. Walaupun lifetime-nya lebih baik, tidak

menjamin suatu material untuk memperoleh kekuatan yang

cukup. Maka dari itu untuk mencapai lifetime yang baik dengan

kekuatan yang sesuai, kadar karbon harus sesuai standard

range dan perlu dilakukan surface hardening untuk lifetime yang

lebih baik.

4) Semakin besar kadar karbon pada baja paduan, semakin besar

juga tingkat kekerasan baja paduan rendah.

5) Semakin besar presentasi karbon, semakin besar pula titik

lebur baja itu sendiri dan semakin tinggi kadar Fe3C

material itu sendiri.

4.2. Saran

Pada setiap baja paduan sifat mekanis tidak hanya

ditentukan oleh tinggi rendahnya kadar karbon saja, melainkan

unsur-unsur penyusun lainnya. Maka dari itu kadar unsur

penyusun lain harus diperhatikan pula guna mencapai kebutuhan

fungsi suatu produk.

DAFTAR PUSTAKA

1. Tim penyusun modul laboratorium Metalurgi Fisik, 2011, Buku

Petunjuk Praktikum TKM 315 Metalurgi Fisik, Jakarta: Laboratorium

Material Teknik.

2. Aziz ,Mukhamad 2011, Uji Impak, viewed 23 May 2013,

<http://material12-its.blogspot.com/2011/08/uji-impak.html>

3. Mochamat, 2012, Destructive Testing, viewed 23 May 2013,

<http://mochamat.blogspot.com/2012/01/destructive-

testing.html>

4. Gigis, Edi, 2010, Klasifikasi Baja, viewed 23 May 2013,

<http://egiskren.blogspot.com/2010/07/klasifikasi-baja.html>

5. Irfan, Muhamad, 2011, Penulisan Daftar Pustaka dengan

Harvard Style, viewed 6 June 2013,

<http://blogs.itb.ac.id/irf4n/2011/10/05/penulisan-daftar-

pustaka-dengan-harvard-style/>

6. Sukanto, Sarjito, 2011, Analisa Kekuatan Puntir dan Kekuatan

Lentur Putar Poros Baja ST 60 Sebagai Aplikasi Perancangan

Bahan Poros Baling-baling Kapal, viewed 12 June 2013,

<https://www.google.com/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEsQFjAD&url=http

%3A%2F%2Fejournal.undip.ac.id%2Findex.php%2Fkapal%2Farticle

%2Fdownload

%2F2666%2Fpdf&ei=dZC4UYrVG479rAfZwIGYAg&usg=AFQjCNGUbVR3NWJ1

dM7FztLm-PxBGRTtFQ&sig2=gMEFNkx4MDf0DxtRgGLP2g&cad=rja>

DAFTAR ISI

ABSTRAK …………………………...............................................

..............................................i

KATA

PENGANTAR .......................................................

...........................................................ii

DAFTAR

ISI .............................................................

.................................................................

..iii

BAB 1 PENDAHULUAN 

        1.1. Latar Belakang

………………...........................................................

............................ 1

        1.2. Rumusan Masalah

……...............................................................

.....................................2

        1.3. Tujuan Penelitian

………..............................................................

...................................2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 

        2.1. Klasifikasi Baja

…………………………………………............................................... 3

        2.2. Karakterisasi Sifat Mekanis Baja

…………………………………………………….…8

   BAB 3 STUDI KASUS DAN ANALISIS

        3.1. Studi Kasus

……………............................................................

....................................12

        3.2. Data dan Pembahasan

……...............................................................

.............................14

BAB 4

SIMPULAN ……………………………………..........................................

...................19

BAB V PENUTUP 

        4.1.

Kesimpulan ......................................................

..............................................................23

        4.2.

Saran ...........................................................

.................................................................

..24

DAFTAR

PUSTAKA .........................................................

........................................................25