jbptunpaspp gdl ariewibawa 4266-2-9.babii

Bab II-Landasan Teori

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Baja

Baja merupakan logam paduan antara besi dan karbon dimana

kadar karbonnya kurang dari 2%. Sedangkan untuk yang kadar karbonnya

antara 2% sampai dengan 6,67% disebut dengan besi cor.

Sifat-sifat mekanik baja sangat erat hubungannya dengan struktur

mikronya. Sifat suatu baja dapat diubah dengan mengubah struktur

mikronya melalui proses perlakuan panas, seperti quenching, annealing dan

tempering. Dalam proses pembuatan baja akan terdapat unsur-unsur lain

selain karbon yang akan tertinggal di dalam baja seperti mangan (Mn),

silikon (Silikon), kromium (Cr), vanadium (V), dan unsur lainnya. Dalam

hal aplikasi, baja sering digunakan sebagai bahan baku untuk alat-alat

perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan

rumah tangga, dan lain-lain.

2.1.1 Klasifikasi Baja

Baja dapat diklasifikasikan berdasarkan komposisi kimianya

seperti kadar karbon dan paduan yang digunakan. Berikut merupakan

klasifikasi baja berdasarkan komposisi kimianya.

1. Baja karbon

Baja karbon adalah baja yang sifat-sifatnya dipengaruhi oleh

kadar karbonnya. Oleh karena itu, pada umumnya sebagian besar baja

hanya mengandung karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya.

Berdasarkan kandungan karbon, baja karbon dibagi menjadi tiga

macam yaitu:

a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung kadar

karbon kurang dari 0,25% C. Baja karbon rendah merupakan baja

yang paling murah diproduksi diantara semua karbon, mudah dilas,

serta keuletan dan ketangguhannya sangat tinggi tetapi

Karakterisasi Material Bucket Tip Pada Excavator (Caterpillar 320D) 5


kekerasannya rendah dan tahan aus. Sehingga pada

penggunaannya, baja jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku

untuk pembuatan komponen bodi mobil, struktur bangunan, pipa

gedung, jembatan, pagar, dan lain-lain.

b. Baja karbon sedang (Medium Carbon Steel)

Baja karbon sedang adalah baja yang mengandung kadar

karbon 0,25% C-0,5% C. Baja karbon rendah sedang memiliki

kelebihan jika dibandingkan dengan baja karbon rendah yaitu

kekerasannya lebih tinggi daripada baja karbon rendah, kekuatan

tarik dan batas regang yang tinggi, tidak mudah dibentuk oleh

mesin, lebih sulit dilakukan untuk pengelasan, dan dapat

dikeraskan (diquenching) dengan baik. Baja karbon sedang banyak

digunakan untuk poros, rel kereta api, roda gigi, pegas, baut,

komponen mesin yang membutuhkan kekuatan tinggi, dan lain-

lain.

c. Baja karbon tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi adalah baja yang mengandung kadar

karbon 0,5% C-1,7% C. Memiliki tahan panas yang tinggi,

kekerasan tinggi, namun keuletannya lebih rendah. baja karbon

tinggi mempunyai kekutan tarik paling tinggi dan banyak

digunakan untuk material tools. Salah satu aplikasi dari baja ini

adalah dalam pembuatan kawat baja dan kabel baja. Berdasarkan

jumlah karbon yang terkandung di dalam baja maka baja karbon ini

banyak digunakan dalam pembuatan pegas dan alat-alat perkakas

seperti palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu, baja jenis ini

banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti pembuatan

kikir, pisau cukur, mata gergaji, dan sebagainya.

2. Baja paduan

Baja paduan adalah baja yang sifatnya dipengaruhi oleh kadar

karbon dan unsur-unsur paduan yang ditambahkan. Sebagai contoh

paduan baja dengan Cr, Ni, Mn, Mo, V, dan W yang berguna untuk



memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti sifat kekuatan,

kekerasan, dan keuletannya

Berdasarkan kadar paduannya baja paduan dibagi menjadi tiga

macam yaitu:

a. Baja paduan rendah (low alloy steel)

Baja paduan rendah merupakan baja paduan yang elemen

paduannya kurang dari 2,5% wt.

b. Baja paduan sedang (medium alloy steel)

Baja paduan sedang merupakan baja paduan yang elemen

paduannya 2,5%-10% wt.

c. Baja paduan tinggi (high alloy steel)

Baja paduan tinggi merupakan baja paduan yang elemen

paduannya lebih dari 10% wt.

Pada umumnya baja paduan mempunyai sifat yang unggul

dibandingkan dengan baja karbon biasa diantaranya. Keuletan yang

tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik.

1. Tahan terhadap korosi dan keausan.

2. Tahan terhadap perubahan suhu.

3. Memiliki butiran yang halus.

2.1.1 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Baja

Unsur campuran adalah unsur yang sangat penting dalam

pembuatan baja, jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang

amat besar terhadap sifatnya. Pengaruh unsur paduan dalam baja adalah

sebagai berikut:

1. Unsur Karbon (C)

Karbon merupakan unsur terpenting yang dapat meningkatkan

kekerasan dan kekuatan baja. Kandungan karbon di dalam baja sekitar

0,1%-1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi sesuai dengan kegunaan

baja. Unsur paduan yang bercampur di dalam lapisan baja adalah untuk

membuat baja bereaksi terhadap pengerjaan panas dan menghasilkan



sifat-sifat yang khusus. Karbon dalam baja dapat meningkatkan kekuatan

dan kekerasan tetapi jika berlebihan akan menurunkan ketangguhan.

2. Unsur Mangan (Mn)

Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan

dalam proses pembuatan baja. Kandungan mangan kurang lebih 0,6%

tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain magan tidak

memberikan pengaruh besar pada struktur baja dalam jumlah yang

rendah. Penambahan unsur mangan dalam baja dapat menaikkan

kekuatan tarik tanpa mengurangi atau sedikit mengurangi regangan,

sehingga baja dengan penambahan mangan memiliki sifat kuat dan ulet.

3. Unsur Silikon (Si)

Silikon merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja

dengan kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh untuk

menaikkan tegangan tarik dan menurunkan laju pendinginan kritis .

Silikon dalam baja dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan,

kekenyalan, ketahanan aus, mampu alir, ketahanan terhadap panas dan

karat.

4. Unsur Nikel (Ni)

Nikel mempunyai pengaruh yang sama seperti mangan, yaitu

memperbaiki kekuatan tarik dan menaikkan sifat ulet, tahan panas, jika

pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25% maka baja dapat

tahan terhadap korosi. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat

(korosi) disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang

melindungi permukaan baja.

5. Unsur Kromium (Cr)

Penambahan kromium pada baja menghasilkan sturktur yang

lebih halus dan membuat sifat baja dikeraskan lebih baik karena

kromium dan karbon dapat membentuk karbida. Kromium dapat

menambah kekuatan tarik dan berguna juga dalam membentuk lapisan

pasif untuk melindungi baja dari korosi serta tahan terhadap suhu

tinggi. Biasanya digunakan untuk bahan poros dan roda gigi.



6. Unsur Sulfur (S)

Saat ditambahkan dalam jumlah kecil sulfur dapat

memperbaiki mampu mesin tapi tidak menyebabkan hot shortness. Hot

shortness merupakan fenomena getas pada kondisi suhu tinggi yang

disebabkan oleh sulfur.

7. Unsur Posfor (P)

Unsur posfor biasanya ditambakan dengan sulfur (S) untuk

memperbaiki mampu mesin di baja paduan rendah. Dengan

penambahan sedikit unsur fosfor dapat membantu meningkatkan

kekuatan dan ketahanan korosi. Penambahan posfor juga dapat

meningkatkan kerentanan terhadap crack saat pengelasan.

8. Unsur Molibdenum (Mo)

Penambahan molibdenum akan memperbaiki baja karbon

menjadi dapat meningkatkan ketangguhan, tahan terhadap temperatur

tinggi dan tahan terhadap keausan.

9. Unsur Wolfram (W)

Penambahan unsur ini memberikan pengaruh yang sama

seperti penambahan molibdenum dan biasanya juga dicampur dengan

unsur Ni dan Cr.

10. Unsur Vanadium (V)

Penambahan unsur ini akan memperbaiki struktur kristal baja

menjadi halus dan tahan aus terlebih bila dicampur dengan kromium.

Baja paduan ini banyak digunakan untuk membuat roda gigi, batang

penggerak, dan sebagainya.

11. Unsur Tembaga (Cu)

Dapat meningkatkan ketahanan baja terhadap atmosfir (tahan

korosi), meingkatkan kekuatan dengan sedikit mengorbankan

keuletannya.

12. Unsur Titanium (Ti)

Dapat meningkatkan kemampuan untuk diperkeras,

mengeoksidasi baja.



13. Unsur Timah (Sn)

Dapat meningkatkan kemampuan untuk diproses permesinan.

14. Unsur Aluminium (Al)

Dapat meningkatkan ketahanan baja terhadap korosi

penghantar listrik dan panas yang baik.

15. Unsur Timbal (Pb)

Merupakan logam yang lunak, sehingga dapat dipotong dengan

menggunakan pisau atau tangan dan dapat dibentuk dengan mudah.

Tahan terhadap korosi atau karat, sehingga logam timbal sering

digunakan sebagai coating Titik lebur rendah, hanya 327,5 oC.

Mempunyai kerapatan yang lebih besar dibandingkan dengan logam-

logam biasa.

16. Unsur Niobium (Nb)

Memberikan ukuran butir yang terbaik, dan meningkatkan

kekuatan, serta ketangguhan terhadap beban impak dan kemampuan

untuk diperkeras.

17. Unsur Zirkonium (Zr)

Mengontrol bentuk dari inklusi dan meningkatkan

ketangguhan pada baja karbon rendah, serta meng-deoksidasi baja.

18. Unsur Zink (Zn)

Unsur seng sangat kuat dan dapat dibentuk dengan

menggunakan panas. Dapat menghasilkan permukaan produk yang

halus. Biaya rendah dan hanya sejumlah kecil seng digunakan dalam

campuran paduan. Ketika seng digunakan dalam paduan, ia membawa

kekuatan tambahan untuk campuran. Hal ini juga membuat logam tahan

creep atau mampu mempertahankan kekuatannya di bawah beban yang

berat sementara di suhu tinggi. Hal ini juga meningkatkan kemampuan

paduan untuk menjadi tahan terhadap getaran dan kebisingan.



2.2 Diagram Fasa Besi Karbon (Fe-C)

Fasa didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki

struktur atau komposisi tersendiri. Diagram fasa Fe-C atau biasa disebut

diagram kesetimbangan besi karbon merupakan diagram yang menjadi

parameter untuk mengetahui segala jenis fasa yang terjadi di dalam baja

dengan segala perlakuannya. Diagram fasa berfungsi untuk memprediksi

fasa-fasa yang terbentuk pada berbagai kondisi temperatur seiring dengan

pertambahan kadar karbon. Pada diagram fasa Fe-C seperti terlihat pada

gambar 2.1 muncul larutan padat (δ, α, γ) atau disebut besi delta (δ).

austenite (γ), dan ferrite (α).

Ferrite mempuyai struktur kristal BCC (Body Centered Cubic) dan

austenit mempunyai struktur kristal FCC (Face Centered Cubic) sedangkan

besi δ mempunyai struktur kristal FCC pada suhu tinggi.

Gambar 2.1 Diagram Fasa Besi Karbon (Fe-C). (Callister, Materials Science

and Engineering an Introduction 6th edition).



Pada diagram fasa yang ditunjukkan pada gambar diatas, Besi

murni selama pemanasan menunjukan perubahan struktur Kristal sebelum

meleleh. Pada temperatur ruangan, disebut ferrit atau α besi yang

merupakan struktur Kristal BCC. Ferit menunjukan transformasi

polymorphic menuju austenit FCC, atau γ besi pada temperatur 912oC

(1674oF). Disini austenit menuju 1394oC, yang mana temperatur austenit

FCC kembali ke fasa BCC yang diketahui sebagai δ ferit, yang mana pada

akhirnya meleleh pada temperatur 1538oC (2800oF). semua perubahan ini

ditunjukan sepanjang garis sumbu vertikal sebelah kiri pada diagram fasa.

Pada garis sumbu komposisi seperti pada gambar 2.1 yang terdiri

6,7% C, pada konsentrasi ini kadar campuran besi karbida atau sementit

(Fe3C) terbentuk yang mana ditunjukkan oleh garis vertikal dalam diagram

fasa. Sehingga, sistem dari besi karbon akan dibagi kedalam dua bagian

yaitu bagian yang banyak kandungan besi yang ditunjukan pada gambar 2.1

dan yang lainnya tidak ditunjukkan pada komposisi 6,70 – 100% C (grafit

murni). Pada akhirnya, semua baja dan besi cor mempunyai komposisi

karbon kurang dari 6,70% C, yang mana kita dapat menyimpulkan hanya

terdapat di dalam sistem besi karbida.

Karbon merupakan Interstisi yang tidak murni didalam besi dan

terbentuk dalam keadaan larut padat yang mana merupakan α dan δ ferit dan

selalu diikuti dengan austenit, yang diindikasikan α, β dan γ merupakan

daerah fasa tunggal seperti terlihat pada gambar 2.1. Pada BCC α ferit,

hanya memiliki konsentrasi kecil dari karbon yang larut, maksimum

kelarutan 0,022% pada temperatur 727oC (1341oF).

Austenit, atau fasa γ besi ketika logam terdiri hanya unsur karbon,

dalam kondisi tidak stabil yaitu dibawah 727oC (1341oF) sebagaimana yang

diindikasikan dalam gambar 2.1, dimana maksimum kelarutan karbon pada

austenit adalah 2,14% selama 1147oC (2097oF). δ ferit sebenarnya sama

dengan α ferit, terkecuali jarak dari temperatur diatas garis sumbu tersebut.

Pembentukan sementit (Fe3C) terjadi ketika batas kelarutan dari

karbon pada α ferit melebihi dibawah 727oC (1341oF) (untuk daerah



komposisi tanpa fasa α + Fe3C) seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1.

Secara sifat mekanik, cementite sangatlah keras dan getas.

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan di dalam diagram fasa

Fe-C yaitu perubahan fasa ferrite atau besi alpha (α), austenit atau besi

gamma (γ), cementite atau karbida besi, pearlite, dan martensite akan

diuraikan dibawah ini:

1. Ferrite atau besi alpha (α)

Ferrite merupakan modifikasi struktur besi murni pada suhu

ruang, dimana ferrite menjadi lunak dan ulet karena ferrite memiliki

struktur BCC (Body Centered Cubic), maka ruang antar atom-atomnya

adalah kecil dan padat sehingga atom karbon yang dapat tertampung

hanya sedikit sekali.

2. Austenite atau besi gamma (γ)

Austenite merupakan modifikasi struktur besi murni dengan

struktur FCC (Face Centered Cubic) yang memiliki jarak atom lebih

besar dibandingkan dengan ferrite. Meskipun demikian, rongga-rongga

pada sturktur FCC hampir tidak dapat menampung atom karbon dan

penyisipan atom karbon akan mengakibatkan tegangan dalam struktur

sehingga tidak semua rongga dapat terisi, dengan kata lain daya

larutnya menjadi terbatas.

3. Karbida besi atau Cementite

Karbida besi adalah paduan besi karbon, dimana pada kondisi

ini karbon melebihi batas larutan sehingga membentuk fasa kedua atau

karbida besi yang memiliki komposisi Fe3C. Karbida pada ferrite akan

meningkatkan kekerasan pada baja. Sifat dasar cementite adalah sangat

keras.

4. Pearlite

Pearlite merupakan campuran antara ferrite dengan karbida

(cementite). Laju pendinginan yang lambat dapat menghasilkan pearlite

kasar dengan sifat kekerasan dan ketangguhan yang rendah. Sedangkan

bila laju pendinginan cepat dapat menghasilkan pearlite halus yang

bersifat kasar dan lebih tangguh. Pearlite memiliki bentuk seperti pelat-



pelat yang disusun bergantian antara cementite dan ferrite. Pada baja

hypoeutectoid, struktur mikro terdiri dari daerah-daerah pearlite yang

dikelilingi oleh ferrite.

5. Martensite

Martensite adalah suatu fasa yang terjadi karena pendinginan

yang sangat cepat sekali dan terjadi pada suhu dibawah eutectoid tetapi

masih diatas suhu ruang karena struktur austenite FCC tidak stabil

sehingga akan berubah menjadi struktur BTC (Body Centered

Tetragonal) secara serentak. Pada reaksi ini tidak terjadi difusi tetapi

terjadi pergeseran. Semua atom bergerak secara serentak dan perubahan

ini langsung dengan sangat cepat dimana semua atom yang tinggal tetap

berada pada larutan padat karena terperangkap dalam kisi sehingga

sukar menjadi slip, maka martensite akan menjadi kuat dan keras tetapi

sifat getas dan rapuh menjadi tinggi. Martensite terjadi bila austenite

didinginkan dengan cepat sekali (celup) hingga suhu dibawah

pembentukan bainite. Martensite terbentuk karena transformasi tanpa

difusi sehingga atom-atom karbon seluruhnya terperangkap dalam

larutan super jenuh. Keadaan ini yang menimbulkan distorsi pada

struktur kristal martensite dan membentuk BCT. Tingkat distorsi yang

terjadi sangat bergantung pada kadar karbon sebab martensite

merupakan fasa yang sangat keras namun getas. Kekerasan yang

meningkat ini sangat penting karena dapat diciptakan baja yang keras,

tahan gesekan, dan deformasi. Martensite sebagai fasa yang metastabil

mengandung karbon sebagai larutan padat dalam struktur pemusatan

ruang tidak merubah diagram fasa Fe-Fe3C. Pada suhu dibawah suhu

eutectoid dalam waktu yang cukup lama, larutan karbon yang lewat

jenuh ini terus berubah menjadi bentuk ferit dan karbida yang lebih

stabil. Proses ini dikenal dengan nama tempering.

M (martensit) α + karbida (martensit temper)



Mikro struktur (α + karbida) yang terjadi tidak berbentuk lamel

seperti perlit. Martensit temper ini lebih tangguh sehingga banyak

digunakan.

2.2.1 Perubahan Struktur Mikro pada Paduan Besi Karbon

Beberapa macam struktur mikro yang dihasilkan pada paduan baja

beserta hubungannya dalam diagram fasa besi karbon ditunjukkan dengan

adanya perubahan struktur mikro yang dipengaruhi oleh kandungan karbon

dan perlakuan panas. Sebagai contoh paduan dari komposisi eutectoid

(0.76% C) ketika mengalami pendinginan dari temperatur 800oC diikuti

dengan fasa γ, yang dimulai pada titik a seperi pada gambar 2.2, dan terus

turun pada garis vertikal xx’. Pada awalnya paduan ini tersusun atas fasa

austenit yang memiliki kandungan 0.76% C dan struktur mikro seperti

ditunjukkan pada gambar 2.2. Ketika paduan ini mengalami pendinginan,

disini tidak terjadi perubahan hingga temperatur. eutectoid tercapai (727oC).

Gambar 2.2 Skematis yang menunjukkan struktur mikro untuk paduan besi karbon dengan komposisi eutectoid (0.76% C) diatas dan



dibawah temperatur eutectoid. (Callister, Materials Science and Engineering an Introduction 6th edition)

2.3 Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Perlakuan panas adalah proses pemanasan logam dan paduannya

dalam keadan padat, dengan mengatur laju pendinginan untuk mengubah

sifat-sifat suatu material terutama sifat mekaniknya sesuai yang dinginkan

dalam batas kemampuan logam tersebut. Perubahan sifat tersebut terjadi

karena ada perubahan struktur mikro selama proses pemanasan dan

pendinginan, dimana sifat logam atau paduan sangat dipengaruhi oleh

struktur mikronya.

Pada proses perlakuan panas terdapat beberapa faktor yang sangat

menentukan antara lain :

a. Temperatur pemanasan

b. Waktu penahanan pada temperatur yang telah di tentukan

c. Kecepatan atau laju pendinginan

Tujuan dari perlakuan panas adalah untuk mendapatkan sifat-sifat

mekanik yang lebih baik dan sesuai dengan yang diinginkan seperti

meningkatkan kekuatan dan kekerasan, mengurangi tegangan, melunakkan,

megembalikan pada kondisi normal akibat pengaruh pengerjaan

sebelumnya, dan menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh

terhadap keuletan bahan, perlakuan panas pada baja yaitu annealing,

hardening, quenching, dan tempering.

2.3.1 Annealing

Annealing adalah proses perlakuan panas yang sering dilakukan

terhadap logam atau paduan, dengan tujuan melunakkan logam untuk

meningkatkan ketangguhan, meningkatkan mampu mesin, dan

menghaluskan ukuran butir. Tahapan dari proses annealing ini dimulai

dengan memanaskan logam atau paduan sampai suhu tertentu dan

mempertahankannya untuk beberapa waktu. Pada suhu tersebut selanjutnya

didinginkan perlahan-lahan. Berdasarkan tujuannya, annealing dibagi

menjadi:



1. Full annealing

Full annealing merupakan proses perlakuan panas untuk

menghasilkan perlit yang kasar tetapi lunak dengan pemansan sampai

austenisasi kemudian didinginkan, dan memperbaiki ukuran butir. Pada

proses full annealing, biasanya dilakukan dengan memasukkan logam

sampai ke atas suhu kritis (untuk baja hypoeutectoid 25oC-50oC diatas

garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 25oC-50oC diatas garis A1),

kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang cukup lambat di dalam

tungku sambil dijaga agar suhu dibagian luar dan dalam kira-kira sama.

2. Normalizing

Normalizing adalah proses pemansan logam pada suhu austenit

dan didinginkan di udara terbuka. Adapun caranya dalah memanaskan

baja pada suhu diatas daerah kritis (untuk baja hypoeutectoid, 50oC

diatas garis A3 sedang untuk baja hypereutectoid 50oC diatas garis Acm)

disusul dengan pendinginan di udara.

Normalizing biasa diterapkan pada baja karbon rendah dan

baja paduan untuk menghilangkan pengaruh pengerjaan bahan

sebelumnya, memperbaiki dan menghaluskan struktur butiran serta

membentuk struktur mikro agar terbentuk butiran halus dan seragam,

sehingga pengaruh dari pengerjaan dingin atau panas dapat dihilangkan.

2.3.2 Hardening

Proses pengerasan (hardening) adalah proses perlakuan panas yang

dilakukan untuk menghasilkan suatu benda kerja yang keras. Proses ini

dilakukan dengan cara menaikkan suhu baja sekitar 770oC sampai dengan

830oC, selanjutnya ditahan beberapa saat kemudian didinginkan secara

mendadak dengan mencelupkan ke dalam air, oli, atau media pendingin

lainnya. Faktor penting yang dapat mempengaruhi proses hardening

terhadap kekerasan baja yaitu oksidasi oksigen udara. Selain berpengaruh

terhadap besi, oksigen udara berpengaruh terhadap karbon yang terikat

sebagai sementit atau larut dalam austenit. Oleh karena itu, pada benda kerja

dapat berbentuk lapisan oksidasi selama proses hardening. Pencegahan



kontak dengan udara selama pemanasan atau hardening dapat dilakukan

dengan jalan menambah suhu yang tinggi karena bahan yang terdapat dalam

baja akan bertambah kuat terhadap oksigen. jadi, semakin tinggi suhu

semakain mudah untuk melindungi besi terhadap oksidasi.

Bila bentuk benda tidak teratur, benda harus dipanaskan perlahan-

lahan agar tidak mengalami distorsi atau retak. Makin besar potongan

benda, makin lama waktu yang diperlukan untuk memperoleh hasil

pemanasan yang merata. Pada perlakuan panas ini, panas merambat dari luar

ke dalam dengan kecepatan tertentu. Bila pemanasan terlalu cepat, bagian

luar akan jauh lebh panas dari bagian sehingga dapat diperoleh struktur yang

tidak merata. Benda dengan ukuran yang lebih besar pada umumnya

menghasilkan permukaan yang kurang keras meskipun kondisi perlakuan

panas tetap sama. Hal ini sebabkan oleh terbatasnya panas yang merambat

dipermukaan. Oleh karena itu, kekerasan dibagian dalam akan lebih rendah

daripada bagian luar.

2.3.3 Quenching

Quenching adalah proses perpindahan panas atau pendinginan

dengan sangat cepat dari fasa austenit pada umumnya dari suhu diantara

815oC-870oC untuk material baja. Pada baja karbon rendah tidak terjadi fasa

martensite, sedangkan untuk baja karbon sedang dan baja paduan

kemungkinan untuk terjadinya fasa martensite sangat besar. Media

pendingin yang umum digunakan adalah air, oli, air asin, dan udara. Metoda

quenching adalah sebagi berikut.

1. Quench langsung (direct quench)

Quench langsung dilakukan dengan media pendingin air atau

oli, dimana benda kerja ditahan pada suhu pengerasannya untuk jangka

waktu tertentu.

2. Time Quench

Time quench dilakukan pada baja-baja yang memiliki mampu

keras yang rendah yang memerlukan quenching ke dalam air atau pada



baja-baja yang memiliki mampu keras yang tinggi ukuran benda

kerjanya besar.

3. Quench yang ditunda (delay quench)

Proses delay quench dilakukan sesuai dengan nama metodenya

yaitu benda kerja yang sudah dipanaskan dan dikeluarkan dari tungku

pada suhu pengerasannya dibiarkan saat sebelum diquench. Cara ini

dilakukan agar proses quench terjadi pada suhu benda kerja yang lebih

rendah sehingga memperkecil kemungkinan timbulnya distorsi.

4. Die quench

Die quench dilakukan dengan menggunakan media yang

mampu menyerap panas. Selama proses quench benda kerja dapat

dipress sehingga secara mekanik kemungkinan distorsi dapat diperkecil.

2.3.4 Tempering

Tempering adalah proses memanaskan baja yang sudah dikeraskan

dengan suhu yang cukup rendah, diikuti dengan pendinginan secara

perlahan-lahan. Pada dasarnya, baja yang telah dikeraskan bersifat getas dan

tidak cocok untuk digunakan. Melalui tempering kekerasan dan kegetasan

dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan. Kekerasan dan kekuatan

tarik akan turun, sedang keuletan dan ketangguhan akan meningkat.

Pada saat tempering, karbon dapat melepaskan dari martensit

sehingga keuletan dari baja naik, akan tetapi kekuatan tarik dan kekerasan

menurun. Hal ini menyatakan sifat-sifat mekanik baja yang telah dicelup

dan ditemper dapat dengan cara mengubah suhu tempering.

Berdasarkan tujuannya proses tempering dibedakan menjadi tiga, yaitu:

a. Tempering pada suhu rendah (150oC-300oC)

Tempering ini hanya untuk mengurangi tegangan sisa dan kerapuhan

dari baja, biasanya untuk alat-alat potong, mata bor, dan sebagainya.

b. Tempering pada suhu menengah (300oC-550oC)



Tempering pada suhu menengah bertujuan untuk manambah keuletan

dan kekerasannya sedikit berkurang. Proses ini digunakan pada alat-alat

kerja yang mengalami beban berat, misalnya palu, pahat, dan pegas.

c. Tempering pada suhu tinggi (550oC-650oC)

Tempering pada suhu tinggi bertujuan untuk memberikan daya keuletan

yang besar dan sekaligus kekerasannya menjadi agak rendah pada roda

gigi, poros, batang penggerak, dan sebagainya.

2.4 Faktor Yang Perlu Diperhatikan Sewaktu Heat Treatment

2.4.1 Rate of Heating (laju Pemanasan)

Jika laju pemanasan terlalu cepat maka perkakas akan retak. jika

sebuah produk yang akan dilakukan proses perlakuan panas mempunyai

ketebalan yang berbeda, maka akan terjadi perbedaan laju pemanasan antara

daerah tipis dan tebal, untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan dengan

melakukan preheating. Preheating dilakukan dibawah garis transformasi A1,

jika material kecil dan simetris maka preheating dapat dihilangkan.

2.4.2 Holding Time at Temperature

Waktu penahanan pada temperatur hardening tergantung dari

karbida yang larut. Jumlah karbida berbeda untuk beberapa tipe baja dan

waktu penahanan tergantung pada grade dari baja tersebut.

Baja karbon dan baja paduan rendah mengandung karbida yang

mudah larut sehingga membutuhkan waktu penahanan yang sedikit setelah

temperatur hardening tercapai. Waktu penahann biasanya setelah

temperatur hardening tercapai. Waktu penahanan biasanya 5-15 menit.

Baja paduan sedang membutuhkan waktu penahanan 15-25 menit.

Baja paduan rendah tool steels membutuhkan waktu 0,5 menit per

milimeter tebal. Waktu minimum dan maksimum yang dibutuhkan 5 menit

dan 1 jam. High alloy chrome membutuhkan waktu yang lama dari semua

baja perkakas dan waktu pemanasan tergantung pada temperatur hardening.



Waktu penahanan yang sedikit dan terlalu lama akan menghasilkan

kekerasan yang rendah. Waktu yang paling aman adalah 1 jam per inci

tebal.

2.4.3 Media Pendinginan

Tujuan utama dari proses pengerasan adalah agar diperoleh

struktur martensit yang keras, sekurang-kurangnya dipermukaan baja. Hal

ini hanya dapat dicapai jika menggunakan medium yang efektif sehingga

baja didinginkan pada suatu laju yang dapat mencegah terbentuknya struktur

yang lebih lunak seperti perlit dan bainit. Media pendingin yang digunakan

untuk mendinginkan baja bermacam-macam. Berbagai pendingin yang

digunakan dalam proses perlakuan panas anatara lain:

a. Air (Water)

Medium air tidak akan cocok sebagai media pendinginan yang

efesien jika temperaturnya diatas 3000C. Biasanya ke dalam air tersebut

dilarutkan garam dapur sebagai usaha mempercepat turunnya suhu

benda kerja dan mengakibatkan bahan menjadi keras.

b. Oli (oil)

Oli digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas

sebab dapat memberikan lapisan karbon pada kulit (permukaan)nbenda

kerja yang diolah. Oli digunakan sebagai media pendingin bertujuan

untuk mendapatkan struktur martensit, semakin banyak unsur karbon

maka struktur martensit yang terbentuk juga akan semakin banyak

karena martensit terbentuk dari fasa austenit yang didinginkan secara

cepat.

c. Udara (Air)

Pendinginan udara dilakuakn untuk perlakuan panas yang

membutuhkan pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara

yang disirkulasikan ke dalam ruangan pendingin dibuat dengan

kecepatan yang rendah. Udara sebagai pendingin akan memberikan

kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal-kristal dan

kemungkinan mengikat unsur-unsur lain dari udara.



d. Garam (Salt)

Garam dipakai sebagai bahan pendingin karena memiliki sifat

mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didinginkan di dalam

cairan garam akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras.

2.5 Kendaraan Alat Berat (Excavator 320D)

Alat berat di dalam suatu proyek bangunan maupun proyek

tambang memiliki peran yang sangat penting dalam hal keberlangsungan

proyek tersebut. Tidak mungkin sekali manusia dapat mengangkat batuan

berton-ton, dan berbagai hal lainnya tanpa bantuan alat berat. Kita tidak

memerlukan alat berat ketika melakukan pekerjaan bangunan yang berskala

kecil, misalnya pembuatan saluran pembuangan di depan rumah, dan

penggalian pondasi rumah tinggal. Karena dengan tenaga manusia pun

pekerjaan tersebut dapat dilakukan, namun ketika proyek tersebut sudah

berskala besar kita sangat membutuhkan alat berat untuk mempercepat

pekerjaan pembangunan. Salah satunya adalah kendaraan alat berat

excavator.

Excavator adalah kendaraan alat berat (heavy duty equipment)

yang dilengkapi dengan attachment untuk melakukan pekerjaan. Dimana

bentuk dan konstruksinya dari peralatan tambahan disesuaikan dengan

tujuan penggunaan dilapangan yang bersangkutan.

Attachment adalah peralatan tambahan yang terpasang pada

kendaraan alat berat excavator, yaitu bucket dan bucket tip. Adapun fungsi

lain dari alat berat excavator adalah sebagai berikut:

1. Melakukan pekerjaan yang tidak dapat dilakukan oleh tenaga

manusia secara langsung, dalam batas waktu tertentu, dengan

volume dan mobilitas yang tinggi.

2. Mendukung pekerjaan yang dilakukan oleh manusia, agar lebih

produktif.

3. Pendukung pekerjaan proyek pertambangan.

4. Pendukung pekerjaaan proyek bangunan.

5. Menggusur, memindahkan, meratakan tanah dan batuan.


Track-ShoeTrack-Shoe


Kelebihan lain dari excavator adalah dapat berputar sebanyak 360o,

sehingga dapat memudahkan dalam beroperasi. Ditinjau dari segi sistem

penggeraknya alat berat dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Sistem penggerak track

Sistem penggerak track adalah sistem penggerak yang

menggunkan track shoe atau sepatu rantai. yang paling banyak

diterapkan pada konstruksi alat berat dibandingkan dengan Sistem

Penggerak wheel.

Sistem Penggerak track adalah jenis yang paling banyak

diterapkan pada konstruksi alat berat dibandingkan dengan sistem

penggerak wheel. Untuk memilih yang tepat diantara keduanya, hal ini

tergantung dari kondisi, lokasi dan jenis pekerjaan yang akan dilakukan,

karena masing-masing memiliki keunggulan dan keterbatasan.

Gambar 2.3 Sistem Penggerak Track

Keunggulan dan kekurangan dari sistem penggerak track

adalah sebagai berikut:

a. Keunggulan

- Kemungkinan slip sangat kecil.

- Dapat bekerja pada permukaan tanah yang lunak.

b. Kekurangan

- Merusak permukaan jalan apabila dikendarai di atas jalan

beraspal. Oleh sebab itu dibutuhkan alat pengangkut khusus

untuk mentransportasikannya.


Ban KaretBan KaretBan Karet


- Biaya pemeliharaan dan perbaikan lebih mahal.

2. Sistem penggerak wheel

Sistem penggerak wheel adalah sistem penggerak yang

menggunakan roda atau ban berupa karet. Keunggulan dan kekurangan

dari sistem penggerak wheel adalah sebagai berikut:

1. Keunggulan

- Dapat digunakan dipermukaan jalan yang beraspal.

- Biaya pemeliharaan dan perbaikan yang relatif murah.

2. Kekurangan

- Kemungkinan slip sangat besar.

- Tidak dapat bekerja dipermukaan yang lunak.

Gambar 2.4 Sistem Penggerak Wheel

2.5.1 Nama-Nama Komponen Excavator



Gambar 2.5 Excavator dan Nama-Nama Komponen

Keterangan dari komponen-komponen excavator di atas adalah

sebagai berikut:

1. Counter weight adalah sebagai pemberat atau penyeimbang untuk

excavator itu sendiri.

2. Engine hood adalah sebagai penutup atau pelindung engine dari hujan,

debu, batu, dan lain-lain.

3. Engine group adalah komponen penggerak utama excavator.

4. Fuel tank adalah tempat penyimpanan bahan bakar.

5. Cabin adalah sebagai tempat operator mengoperasikan unit tersebut.

6. Boom adalah komponen yang menyalurkan tenaga dari boom cylinder

untuk mnggerakkan stick, serta sebagai dudukan dari stick cylinder.

7. stick cylinder adalah komponen yang menggerakkan bucket.

8. Stick adalah sebagai tempat dudukan dari stcik cylinder dan bucket.



9. Bucket cylinder adalah sebagai rumah dari rod dan komponen yang

membantu menggerakkan bucket.

10. link adalah komponen penyambung dari stick cylinder ke bucket.

11. Rod adalah komponen yang menggerakkan bucket tip.

12. Bucket adalah sebagai tempat hasil dari material yang digali.

13. Boom cylinder adalah komponen yang menggerakkan boom.

14. Idler adalah komponen penyangga dari track assembly dan penyearah

gerak dari track assembly.

15. Track assembly adalah komponen yang mengalami kontak langsung

dengan permukaan tanah sehingga dapat berjalan di atas permukaan

tersebut.

16. Final drive adalah komponen dari power train sebagai penggerak akhir

yaitu menuju track assembly.

17. Hydraulic tank adalah sebagai tempat penyimpanan hydraulic oil.

18. Bucket tip adalah komponen yang mengalami kontak langsung untuk

menggali atau menggeruk material.

Pengertian dari kalimat 320D yaitu untuk angka 320 menyatakan

ukuran besar kecilnya unit sedangkan untuk huruf "D" menyatakan tipe atau

seri terbaru dari unit tersebut.

2.5.2 Jenis-Jenis Bucket Tip

Bucket tip terdiri dari bermacam jenis, yaitu:

1. Long tip

Gambar 2.6 Long Tip

2. Heavy duty long tip

Gambar 2.7 Heavy Duty


- Bagus untuk sebagian besar pekerjaan.

- Memiliki kekuatan yang baik.

- Tahan aus.

- Lebih tahan aus dari long tip dan

lebih kuat.

- digunakan pada unit yang besar

dalam pekerjaan pengangkutan dan

penggalian.


Long Tip3. Sharp tip

Gambar 2.8 Sharp Tip

4. Wide tip

Gambar 2.9 Wide Tip

5. Heavy duty abrasion tip

Gambar 2.10 Heavy Duty Abrasion Tip


- Digunakan dimana penetrasi menjadi

perhatian utama.

- Digunakan pada material yang

kurang menyebabkan aus.

- Kurang tahan terhadap benturan.

- Digunakan untuk membersihkan lantai.

- Kurang tahan terhadap benturan.

- Tahan terhadap material yang

menyebabkan aus.

- Digunakan pada unit yang besar

ketika bekerja dengan pasir, kerikil,

dan batu.

jbptunpaspp gdl ariewibawa 4266-2-9.babii

Documents