View
232
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Jumal R & B, Volume 1 Nomor2. SeptemberZffil
PENGARUH GALVANISASI TERHADAP STRUKTUR MIKRO BATANGBAJA KARBON RENDAH
OlehYuli Yetri
Staf Pengajar Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang
ABSTFACT
The dm d galvanizirg in steel to improrre pcr,r,er resistance conction ard resistance to wear out, for offele : cornponentadornotirc. But gd\ranizirg ca be hydrogen atorn diffused into lor carbon steel during galrraniZrg. The proc*s for drop outhidrogen to surface, after galtranilng was baked at ternperature 20S C durirq 15 hours, 4€l hours ard 65 hors. And nraterial wasanalyzed with microscopeo$ic and hardness test.
The conclution cf andizing nc{ influence with baking at ternperatur 2000 C because tenperatur bd<ing unde transfonnationtenperature. The increase d bd<irq tirne, hardness cf rnderials decre*e and corisentratim hydrogen also decreme.
Key Words : galvanizing, hydrogen enrbrittlement, baking, microstructure.
PENDAHULUAN
Dalam perkembangan teknologi sekarang ini
logam mempunyai peranan yang sangat penting dalam
berbagai segi, baik dari segi perancangan konstruksi
maupun fabrikasinya. Jadi tidak salah kalau dilatakan
logam mempunyai nilai teknologi yang tinggi, terutama
karena kekuatannya tinggi dan besarnya plastisitas
dapat ditentukan.
Ditinjau dari segi dasar, kekuatan tersebut
disSabkam oleh gaya-gaya kohesi antara atom-atom.
Pada umumnya gaya kohesi yang tinggi berkaitan
dengan kostanta elastik yang besar, titik lebur yang
tinggi dan koefisien ekspansi termal yang kecil.
Pengalaman pemakai baja kekuatan tinggi
memperlihatkan bahwa kekuatan patah yang tinggi.
Bahan-bahan teknik mernpunyai kekuatan patah antara
10 sampai 1000 kali lebih rendah dibandingkan harga
teoritisnya. Hal ini memberikan kesimpulan bahwa retak
atau cacat pada bahan teknik merupakan penyebab
kepatahan pada beban yang lebih rendah dari pada
kekuatan retak.
Perilaku umum bahan yang dibebani dapat
diklasiflkasikan menjadi ulet dan getas, hal tersebuttergantung apakah bahan tersebut memperlihatkan
kemampuan untuk mengalami deformasi plastik atau'tidak. Dari kurva tegangan-regangan tarik terlihat bahwa
bahan yang ulet melukiskan garis lengkung tegangan-
regangan, sedangkan bahan yang getas adanya
deformasi akan patah hampir pada batas elastik dan
memperlihatkan plastik dalam jumlah kecil sebelum
patah. Keule{an yang mernadai merupakan suatu
pertimbangan rekayasa yang penting, sSab keuletan
memberikan kesernpatan pada bahan untuk didistribusi
ulang tegangan sdempat. Makanya perlu diketahui
tegangan disekitar tarik untuk membuat suatu desain,
untuk bahan yang getas tegangan dilokasikan terus
bertambah besar bila iuluh ( yielding ) . Akhirnya
terbentuk retak pada suatu arah atau lebih konsentrasi
tegangan yang menjalar dengan cepat. Bahkan apabila
tidak terdapat konsentrasi tegangan dalam logam getas,
perpatahan akan tetap terjadi dengan tiba-tiba, sebab
tegangan luluh identik dengan kekuatan tarik.
Perlu diingat bahwa kegetasan bukan
merupakan sifat mutlak logam. Ada logam yang getas
pada ternperatur kamar, ulet pada temperatur tinggi.
Ada logam yang getas dibawah pengaruh gaya tarik,
mungkin ulet kalau mengalami gaya tarik pada
temperatur rendah bila ada unsur penggetas
(embrittling agents) seperti hydrogen, akan mengalami
penurunan kekuatan. Selain itu dengan adanya hidrogen
dalam logam dapat menimbulkan retak yang lama
kelamaan menjalar dan bila dideformasi logam
mengalami kegagalan.
Pembentukkan retak dapat menggagalkan
kontinuitas bagian konstruksi berupa perpatahan. Suatu
elemen yang dibuat dari logam ulet yang dibebani
secara statis akan mengalami , kegagalan oleh
deformasi plastik yang berlebihan. See€ra umum logam
gagal karena patah dengan tiga cara :
1- Patah getas tiba-tiba
2. Lelah atau patah progesif
3. Patah tertunda
35
Jurnal R & B. Volume 1 Nomor 2. September 2001
Patah getas tiba-tiba juga dapat terjadi dalam
logam ulet biasa di bawah kondisi tertentu. Perubahan
dari patah ulet ke patah getas digalakkan oleh
penurunan temperatur, peningkatan laju pembebanan
dan hadirnya tegangan kompleks akibat sebuah takik.
Biasanya salah satu usaha untuk menghindari
keretakkan dilakukan pelapisan (galvanizing) pada
permukaan logam, sehingga kekuatan dan ketahanan
terhadap korosi meningkat . Tetapi timbul masalah
kegetasan pada baja setelah pelapisan. Hal ini mungkin
disebabkan oleh beberapa faKor antara lain :
1. Terjadinya fasa antara besi dengan seng yang
sangat keras.
2. Terbentuknya presipitat yang sangat keras pada
suhu galvanizing.
3. Terjadinya difusi hidrogen yang dapat menimbulkan
hidrogen embrittlement.
LATAR BELAKANG PENELITIAN
Dalam pemahaman teknik diperlukan memilih
jenis logam dan paduan dengan sifat-sifat yang sesuai
untuk operasi sehingga pemakaiannya dapat
memberikan performans yang optimal. Sifat-sifat
tersebut meliputi kekuatan dan ketangguhan pada suhu
rendah, ruang, dan kelelahan (fatigue) creep, keuletan
yang tinggi, tahan terhadap korosi.
Sifatsifat tersebut dipengaruhi oleh struktur
logam dan struktur yang terjadi tergantung pada
komposisi kimia, teknik/proses yang diberikan.
Sedangkan kualitas produk ditentukan pula oleh faKor
design (perencanaan) dan kondisi pengoperasian. Untuk
itu perlu diperhatikan proses pembuatan baja itu sendiri.
Secara singkat proses pembuatan baja (steel)
berasal dari besi yang dihasilkan dari proses reduksi
tidak langsung di dalam tanur tinggi yang disebut
dengan besi kasar (pig iron). Komposisi kimia unsur-
unsur pemadu dalam besi kasar terdiri dari 3 - 4 o/o C;
0,06 - A,1Q o/o Si; 0,10 - 0,50 o/oP 1,A - 3,0 % serta
sejumlah unsur lainnya sebagai bahan impuritas. Karena
kadar karbonnya tinggi, maka besi kasar mempunyai
sifat yang sangat rapuh dengan kekuatan rendah serta
menampakkan wujud seperti grafit.
Untuk membuat baja, besi kasar dalam
keadaan cair langsung dipindahkan dari tanur tinggi ke
dalam tungku pelebur yang disebut tungku oksigen basa
(basic oxygen furnance tau disingkat BOF).
Latar Belakang Galvanizing
Proses pelapisan (eleKropalting) terhadap
komponen-komponen tertentu di industri mempunyai
tujuan antara lain :
1. Perlindungan material dari proses korosi misalnya
Zn, Cu, Ni, Cr dan Cd pada baja.
2. Memperindah penampilan (bentuk luar) komponen
misalnya Cu, Ni, Cr pada baja, Ni, Au dan Ag pada
kuningan.
3. Meningkatkan ketahanan aus dan kekerasan
permukaan misalnya Cr, Cd dan Ni pada baja.
4. Meningkatkan kemampuan pelumasan di bawah
kondisi tegangan misalnya Ag pada perunggu.
5. Meningkatkan kemampuan las dan solder misalnya
Sn pada kuningan.
6. Berfungsi sebagai stop off dalam perlakuan panas
misalnya Cu pada baja untuk mencegah terjadinya
dekarburasi dan perunggu pada baja untuk
mencegah terjadinya denitrisasi.
7. Menguatkan material dasar dan meningkatkan
ketahanan terhadap temperatur tinggi misalnya Cu,
Ni dan Cr pada material plastik.
Pelapisan suatu logam dengan .logam lain
seperti besi dengan seng harus terlebih dahulu
diperhatikan jenis:jenis kedua material tersebut.
Oleh karena pada prinsipnya pelapisan
tersebut melibatkan reaksi antara kedua metal
dan masing-masing metal memiliki nilai
potensial eleKroda tertentu. 7n (seng)
termasuk jenis metal pelapis yang digunakan
untuk tujuan proteksi korosi, yang dapat
dilakukan dengan beberapa metode yaitu :
1- Metode celup panas {hot dip galvanizing)
2. Metode lapis listrik (electroplating /electro
galvanizing).
3. Metode penyemprotan logam cair (metal
spraying).
4. Mechanical plating/cladding.
5. Painting with zinc-bearing paints
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa
salah satu tujuan pelapisan adalah untuk meningkatkan
ketahanan korosi dan ketahanan aus seperti yang
36
Jumal R & B. Volurrc 1 Nomar 2. &ptember 20Ol
dilakukan pada komponen automotiv dan pesenirrat
terbang, maka diharapkan sernua jenis metal pelindung
sebagai pelapis harus mampu mengadakan perubahan
pada komposisi permukaan komponen-komponen metal
substrat. Perubahan-perubahan ini dapat. dilakukan
dengan penambahan suatu bahan lain untuk
menimbulkan banier antara substract dengan medium
yang korosif. Akan tetapi proses pelapisan tersebut
dapat menyebabkan atom-atom hidrogen berdifusi ke
dalarn baja setringga dapat menggelaskan material
dengan mekanisme seperti Gambar berikut ini.
Gambar'1. Mekanisme Ftydrogen Embrittlement
Akibat Proses Elektroplati ng
Evolusi elektrolitik hidrogen datam elektrolit
asam terdiri dari 2 tahap.
1. Discharge proton terhidrasi (ion hidronium) dan' adsorsi atom hidrogen netral :
FlrO*+ e---* Haos+ HzO
2. Desorpsi (penguraian atom hidrogen dari katoda
dan menghasilkan molekul hidrogen). Disini
terdapat 2 mekanisme alternatif yang.mungkin
terjadi:
tl Kombinasi atom hidrogen
H"o" + H"o. --F Hz
A Discharge ion hidronium dan menghasilkan molekul
hidrogen:
Husu + FbO* *.-;:-F H2O + H2
Dari Gambar 1 mehunjukkan bahwa H265 langterbentuk dari evolusi elekirolitik hidrogen selama proses
elektroplating dapat berdifusi ke dalam kisi-kisi kristalyang kemudian dapat menggetaskannya. peningkatan
arus katodik selama proses elektroplating dapat
mempercepat terjadinya penggetasan jika material diberi
tegangan. Kemudian unsur-unsur dari golongan V dan
Vl pada tabel periodik bersifat sebagai racun atau katalis
negatif dalam reaksi rekombinasi hidrogen, di antaranya
fosfor, arsen,' antimon, sulfur,selenium dan telurium,
disamping unsur-unsur Bi, Hg, Pb, Sn dan ion CN
merrpunyai efek yang serupa. Apabila salah satu unsur
tersebut bereaksi dengan hidrogen, misalnya sulfur
dapat dapat membentuk H2S yang mentpakan racun
katalis.
Reaksi yang tedadi pada proses pelapisan antara
Fe Zn berjalan dalam arah keseimbangan.
Keseimbangan tersebut dapat dicapai pada keadaan'
termodinamika tertentu,' serta keseimbangan akan
mernberikan berbagai fasa campuran bahan-bahan yang
bereaksi. Kehadiran fasa-fasa tersebut dapat dilihat
pada diagram keseimbangan pada Gambar 2 yang
menunjukkan empat fasa intermdalik yang terbentuk
dari reaksi anatar Fe dan Zn e;ir. Fasa-fasa ini terjadi
bila-pelapisan oleh Zn dilakukan dengan menggunakan
"Metoda Hot Dip Galvanizing".
P€aegaog
Laplsan n
Lapisro , (.
Laaisarr 6I
t.apisan f
Subs!ratka*a! . ba-i a
Gambar 2. Susunan Lapisan Senyawa lnterrnetalik
Fe-Zn
PROSEDUR PERCOBAAN
Sebagai bahan dasar dari percobaan ini adalah
batang baja karbon rendah STKM 12C dari PT.Jerman
Motor, yang komposisinya terlihat pada tabel 1 dan 2.
Spesimen benda uji terlebih dahulu dilakukan uji
komposisi kimia dengan spektrometer. Kemudian
spesimen baru dibentuk sesuai dengan.stndar JIS Hand
Book 1993 Ferrous Material lriletalhirgy, setelah itu
dilakukan galvanisasi dengan menggunakan bak
conventional Cyanide pada ternperatur 30 - 50 oC di PT.
Marga Mandiri Manunggal Metal. Sp*imen hasil
galvanisasi tersebut dilakukan baking (pernanasan)
pada temperetur 200 0C dengan vai'iasi waktu 15 jam,
48 jam dan 65 jam. Setelah pernanasan dilakukan
analisa struktur mikro dengan menggunakan rnikroskop
optik. Untuk menunjang hasil analisa dilakukan
pengujian kekerasan dengan menggunakan Vickers
rh. o, .rrgf.r
37
Jumal R & B. Volunp 1 Namor 2. Septernber 2001
Hardness, yang seluruhnya dilakukan di Laboratorium
Metalurgi Universitas lndonesia.
HASIL DAN DISKUSI
Untuk menunjang analisa, dilakukan pengujian
komposisi kimia darj batang ba.ja karbon rendah yang
dipakai sebagai objek percobaan. Dari hasil pengujian
dengan spektromete diperoleh data komposisi kimia
benda uji seperti yang tersaji pada Tabel 1, sedangkan
data pernbanding adatah Spesifikasi JIS G-3445 pada
Tabel 2.
Tabel 1. Hasit Pengujian Komposisi Kimia
Unsur Pe6edase Unsur Penedase Umu Perseihsec 0.@ Ni 0.089 Co 0.007Si 0.01 Cr 0.047 Ce 0.005Mn 0.58 Mo 0.070 Nb 0.003Y o.0071 cu o.ap Fe 98.91s 0.025 Sn 0.023 W 0.000
Tabel2. Komposisi Kimia Spesimen Uji
Grade Designation
c Si Mn P S
't2(c) STKM12C
o-20max
.350max
600.max
040.max
0.04max
Dengan dernikian dapat disimpulkan bahr,va
komposisi kimia benda uji tersebut memenuhi standar
spesifikasi yang diharapkan JlS.
Dari hasil pengujian struktur mikro yang
disajikan dalam Gambar 4 untuk benda uji yang
digalvanis, yang dibaking pada temperatur 200oC
selama 15 jam, 48 jam dan 65 jam. Ternyata benda uji
mempunyai struktur ferit yang berwarna putih dan
struktur mikro perlit yang berwarna hitam.
Gambar 3. Struktur mikro benda uji tanpa galvanis (a)
benda uji tanpa baking, (b) benda uji
dengan baking 15 jam temperatur 2000C,
(c) benda uji dengan baking 48 jam
temperatur 2000C dan (d) benda uji dengan
baking 65 jam tenrperatur 20OoC.
5. Struktur mikro lapisan galvanis, (a)
Permukaan luar baja tanpa galvanis, (b)
Lapisan galvanis tanpa pemanasan, (c)
Lapisan galvanis dipanaskan 2000C
selama 15 jam, (d) Lapisan galvanis
dipanaskan 2000C selama 48 jam, (e)
ffiffiffiffiGambar 4. StruKur mikro benda uji yang digalvanis, (a)
benda uji tanpa baking, (b) benda uji
dengan baking 15 jam tenrperatur 2000C,
(c) benda uji dengan baking 48 jam
temperatur 2000C dan (d) benda uji dengan
baking 65 jam temperatur 2O0oC.
Dari Gambar 3 dan 4 terlihat tidak ada
perubahan struKur mikronya. Berarti dengan suhu
galvanisasi 30 - 50 oC tidak meNTpengaruhi struktur
mikro benda uji, hal ini mungkin juga disebabkan karena
baking (pemanasan) pada 2000C masih di bawah suhu
transformasi d.-y , sehingga tidak terjadi perubahan
struktur mikro. Tetapi dari baking yang dialkukan
terhadap lapisan galvanis yang dapat dilihat pada
Gambar 5, terlihat pada baking 2000C selama 65 jam
sudah mulai terlihat kerusakan pada lapisan galvanis,
yang ditandai dengan munculnya garisgaris halus pada
foto struktur mikronya.
Gambar
38
lapisan galvanis dipanaskan 200oC-
selama 65 jam.
Dibatasinya temperatur baking juga disebabkan
karena temperatur yang terlalu tinggi dapat merusak
lapisan seng yang terbentuk atau terjadi perubahan
warna, sehingga lapisan tersebut menjadi tidak proteKif
dan tidak menarik lagi.
Sedangkan dari hasil pengujian kekerasan
terhadap benda uji disajikan pada Tabel 4,5 dan 6 serta
Gambar 6 dan 7, terlihat bahwa makin lama waktu
baking (untuk temepratur yang sama), kekerasan
material akan menurun yang berarti bahwa kerapuhan
material berkurang, sehingga kerusakan material akibat
hidrogen internal akan terjadi dalam periode waktu yang
lebih lama.
KESIMPUT.AN
Dari hasil pengamatan struktur mikro terhadap
benda uji yang sudah digalvanisasi pada temperatur 30
- 50 0c dan temperatur 200 oc tidak mempengaruhi
struktur mikro benda uji. Tetapi lamanya baking dapat
mengurangi efek hydrogen embbrittlement di dalam
baja. Meningkatnya waktu baking diikuti dengan
menurunnya kadar hidrogen. Pernyataan ini didukung
oleh data pengujian kekerasan, terlihat bahwa waktu
baking (untuk temperatur yang sama) kekerasan
material akan menurun yang berarti kerapuhan material
sehingga kerusakan material akibat adanya hidrogen
internal akan teriadi dalam periode waktu yang lebih
lama.
Ucapan Terima Xasih
Penulis sangat perterima kasih kepada lr. Naek
Pakpahan, M.Si dari PT. German Motor atas bantuan
moril dan material sampai terlaksananya penelitian ini.
Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada
tahir dari PT. Marga Manunggal Metal Mandiri atas
bantuan dalam galvanisasi, serta terima kasih kepada lr.
Mirna, M.Si dan Zainal dari Laboratorium Metalurgi Ul
atas bantuannya dalam pengukuran kekerasan dan
struktur mikro.
Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan Baja TanpaGalvanis
Benda Uii
HV1 HV2 HV3 HV Baking
234 234 227 227 Tanpabakino
il 234 223 224 225 15 jqm200uc
lil 224 218 222 221.3 48 jqm200'c
IV 222 218 209 216.3 65 iam200ec
DAFTAR PUSTAKA
L.O. Slim and J.G. Bryne, Study of HydrogenEmbrittlement in 4340 Sfeel Departement ofMetallurgical Enggineering, University of Utah, StatLake City (1989).
Anonymous, Hydrogen Movement in Steed Entry,Difusion, and Ellimination, Defence Metalslnformation Center, Battelle Memorial lnstitute,Columbus, Ohio 43201, June 30 (1965).
JIS Hand Book, Ferrous and Materials Metallurgy(1e85,1ee3).
C.A Zapfle and C.E. Sims, Hydrogen Embrittlement,lnternal Sfress, and Deffects in Stee/, Trans. AIME145 (1941) pp.225 - 259.
Thelming, K.E., Sfee/ and its Heat Treatmenl, Bofortshand Book. Butta Worths, Bofors (1983).
Horstman, D., Faults in Hot Dip Galvanisasi, VertagStahleisen, Dusseldorf, German (1 983).
Adnyana, D.N.. Logam dan Paduan, Jakarta (1989).
\I!
il F--
t.l
39
Recommended