Pengetahuan Material Teknik Dasar

Didalam industri manufaktur tidak akan lepas dengan satu bidang ilmu teknik yang berhubungan dengan material. Secara umum material teknik diklasifikasikan menjadi 2 golongan yakni :1. Metal (logam)2. Non Metal (bukan logam)

Metal (logam)Jika ditinjau dari sudut pandang susunan unsur dasar, metal (logam) dibagi menjadi 2, yakni :1.1 Logam murni (hanya terdiri satu jenis atom saja), contoh : besi (Fe) murni, tembaga (Cu) murni1.2 Logam paduan atau metal alloy (terdiri dari dua atau lebih jenis atom)Logam paduan dibedakan menjadi 3 jenis :a. Larut padat interstisi (menyisip), yaitu : suatu paduan yang terjadi bila atom yang larut mempunyai diameter yang jauh lebih kecil daripada yang dilaruti, contoh : Pada baja Carbon yang mengalami Nitriding dimana atom Fe (yang dilaruti) mempunyai diameter atom lebih besar bila dibandingkan dengan atom N (yang larut) dengan diameter lebih kecil sehingga menyisip diantara atom Fe.b. Larut Padat Subtitusi (menggantikan posisi yang dilaruti), yaitu : suatu paduan yang terjadi terutama bila diameter atom yang larut hampir sama dengan diameter atom yang dilaruti, contoh : Pada paduan alumunium (diameter atom Al dan diameter atom Cu hampir sama), pada stainless steel (diameter atom Fe dan diameter atom Cr hampir sama), dll.c. Senyawa, yaitu : suatu paduan yang terjadi karena adanya ikatan atom yang sangat kuat, contoh : NaCl (Senyawa garam).Metal juga dapat diklasifikasikan menjadi jenis, yakni :a. Ferrous (besi)b. Non Ferrous (bukan besi), contoh : Al dan paduannya, Ni dan paduannya, dll.

Ferrous (besi)1. Wrought Iron (besi tempa)Fasa besi tempa berupa ferit (alpha), didalamnya terdapat sisa terak yang masih terperangkap. Terak tersebut banyak mengandung silikat (silikon oksida), bentuknya menyerupai fiber (cukup kuat). Sifat dari besi tempa ini Ulet dan cukup kuat. Contoh komposisi dari besi tempa :- Carbon : 0.06%- Mangaan : 0.045%- Silicon : 0.101%- Phospor : 0.068%- Sulfur (belerang) : 0.009%- Terak (dalan berat) : 1.97%Besi tempa digunakan pada bangunan kereta api, bangunan kapal laut, industri minyak, tujuan arsitektur, perlengkapan pertanian, dll. Umumnya, pembuatan dari besi tempa ini menggunakan dapur puddle (dapur aduk)2. Steel (Baja)Baja (Steel) digolongkan menjadi 2, yakni :2.1 Carbon steel (baja karbon)Baja karbon dapat digolongkan menjadi 3 macam, yakni :-Baja karbon rendah [Kadar Carbon antara 0,1% hingga 0,20%]-Baja Karbon sedang [Kadar Carbon antara 0,25% hingga 0,55%]-Baja Karbon tinggi [Kadar Carbon antara 0,55% hingga 1,75%]Pembagian baja karbon yang lain yakni : baja hipoeutektoid [Kadar Carbon Kurang dari 0,8%], baja eutektoid [Kadar Carbon 0,8%] dan baja hipereutektoid [Kadar Carbon lebih dari 0,8%]. Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.b. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan).2.2 Alloy steel (baja paduan)Sebenarnya perbedaan mendasar dari baja karbon dengan baja paduan terletak pada dominasi atas unsur dalam suatu baja. Jika yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah prosentase atau kadar karbon maka dapat disebut sebagai baja karbon sedang bila yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah paduan (selain unsur karbon) maka dapat disebut sebagai baja paduan. Baja paduan dapat diklasifikasikan menjadi :a. Baja paduan rendah, yaitu : bila jumlah unsur tambahan selain karbon lebih kecil dari 8%, misalnya : suatu baja terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam hal ini 6,06%b. Baja paduan tinggi, yaitu : bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8%, misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53 (JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo; 6,7%W; 3,3%V.Tujuan utama dari penambahan unsur paduan sebenarnya untuk memperbaiki sifat-sifatnya seperti : kekuatan tarik, kekuatan impak, ketahanan korosi, ketahanan panas, dll.Pada baja HSS (contoh diatas) mempunyai sifat keras, ulet, tahan temperatur tinggi, dll.2.3 Cast iron (besi cor)Umumnya besi cor akan mengandung unsur Fe dan C [3,5% - 4,3%]. Besi cor, diklasifikasikan menjadi :a. Besi cor putih (white cast iron) Besi cor putih mempunyai fasa sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas.b. Besi cor kelabu (grey cast iron) Unsur penyusun dari besi cor kelabu yakni : Fe + C + Silikon (Si). Adanya penambahan unsur Si (Silikon) bertujuan untuk mengurai Sementid menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit). Bentuk grafitnya berupa serpih sehingga secara sederhana dapat dikatakan bahwa fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit + grafit serpih dengan sifat : agak getas yang dikarenakan ujung-ujung grafit berbentuk serpih tajam, akibatnya konsentrasi tegangan tinggi sehingga mudah patah. Contoh penggunaan besi cor kelabu pada konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, mesin bubut, pagar, dll. Keistimawaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam getaran.c. Besi cor bergrafit bulat (ductile cast iron atau noduler cast iron) Unsur penyusun dari besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg / Ce. Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk melunakan grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet). Contoh penggunaan besi cor bergrafir bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang torak kompresor, dll.d. Besi cor mampu tempa (malleable cast iron) Untuk membuat besi cor mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu 700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.Non MetalDikategorikan menjadi 3 jenis yakni : Polimer, Komposit dan keramik. Keramik merupakan senyawa-senyawa dari karbida dan oksida logam atau oksida metaloid (Si). Perbedaan logam dengan polimer yakni bahwa logam mempunyai butir-butir (kristal-kristal) sedang polimer terdiri dari mer-mer (molekul-molekul) yang berikatan satu dengan lainnya. Butir (kristal) adalah kumpulan atom-atom yang mempunyai orientasi atau arah yang sama.

Pengerasan Permukaan Baja St 40 Dengan Metode CarburizingPlasmaPosted on 5 Oktober 2009 by sinarbaja| Tinggalkan komentar PENGERASAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN TEKNIK CARBURIZING PLASMA LUCUTAN PIJAR.Telah dilakukan pengerasan permukaan baja St 40 dengan teknik carburizing plasma lucutan pijar dengan variasi suhu 150 oC, 200 oC, 250 oC dan 300 oC dan variasi waktu 30, 60, 90, 120, dan 150 menit. Hasil proses karburisasi diperoleh nilai kekerasan maksimum 582 KHN pada suhu 300 oC dan waktu 120 menit.AbstrakPENGERASAN PERMUKAAN BAJA ST 40 DENGAN TEKNIK CARBURIZING PLASMA LUCUTAN PIJAR.Telah dilakukan pengerasan permukaan baja St 40 dengan teknik carburizing plasma lucutan pijar dengan variasi suhu 150 oC, 200 oC, 250 oC dan 300 oC dan variasi waktu 30, 60, 90, 120, dan 150 menit. Hasil proses karburisasi diperoleh nilai kekerasan maksimum 582 KHN pada suhu 300 oC dan waktu 120 menit.PENDAHULUHANdiinginkan maka dapat dipilih baja karbon Beberapa komponen mesin yang salah dengan diperbaiki sifat kekerasannya pada satu di antaranya adalah roda gigi, mempunyai bagian permukaan. Permasalahan dalam soal kelelahan yang Dengan perkembangan teknologi disebabkan keausan permukaan. Untuk pengerasan permukaan logam yang telah mengatasi hal tersebut diperlukan bahan yang dikembangkan antara lain metode implantasi mempunyai sifat keras dan ulet. Bahan yang ion, metode plasma lucutan pijar RF, dan memenuhi sifat-sifat keras dan ulet adalah baja metode plasma lucutan pijar DC. Pada karbon dan baja paduan. Baja karbon mudah penelitian ini dilakukan pengerasan permukaan didapat di pasaran dan harganya lebih murah, logam dengan metode plasma lucutan pijar DC namun kebanyakan baja karbon yang tersedia yang diaplikasikan pada proses carburizing, dipasaran mempunyai sifat kelelahan dengan sehingga dapat disebut metode carburizing jangkauan yang terbatas, sedangkan baja plasma lucutan pijar. paduan mempunyai sifat kelelahan dengan jangkauan yang lebih besar, namun harganya lebih mahal. Agar didapatkan harga yang lebih.DASAR TEORIatom besi, maka atom-atom karbon akan masuk ke permukaan baja dan mengisi ruang-ruang Carburizing atau dapat disebut kosong di antara atom-atom besi secara karburisasi adalah cara pengerasan permukaan interstisi, sehingga akan terbentuk larutan padat dengan memanaskan logam (baja) di atas suhu interstisi karbon dalam besi/baja. Terbentuknya kritis dalam lingkungan yang mengandung larutan padat interstisi ini akan menyebabkankarbon. Baja pada suhu sekitar suhu kritis peningkatan kekerasan dari baja. Selain mempunyai afinitas terhadap karbon. Karbon terbentuknya larutan padat interstisi, atom-atom diabsorpsi ke dalam logam membentuk larutankarbon yang masuk ke permukaan akan padat karbon-besi dan pada lapisan luar berikatan kuat dengan atom-atom permukaan memiliki kadar karbon yang tinggi. Bila cukup (atom-atom Fe) membentuk fase baru yang waktu, atom karbon akan mempunyai disebut fasa karbida besi yangi mempunyai sifat kesempatan untuk berdifusi ke bagian-bagian yang keras. sebelah dalam. Tebal lapisan tergantung dari waktu dan suhu yang digunakan. Berdasarkan TATA KERJA media yang memberikan karbon, secara umumLangkah-langkah yang dilakukan dalam ada tiga macam metode dalam proses proses Carburizing plasma lucutan pijar, karburisasi[2] yaitu karburisasi padat (solid ditunjukkan pada Gambar 1. Proses carburizingcarburizing) adalah adalah suatu cara dimulai dengan persiapan yaitu pembuatan karburisasi yang menggunakan bahan karbon subtrat (baja St 40) dengan ukuran panjang 1 berbentuk padat, karburisasi cair (liquid cm dan diameter 2,5 cm sebanyak 25 buah. carburizing), adalah suatu cara karburisasi Proses carburizing dilakukan dengan variasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk waktu dan variasi suhu. cair, dan karburisasi gas (gas carburizing) adalah suatu cara karburisasi dengan menggunakan bahan karbon berbentuk gas. Proses pengerasan permukaan baja dengan metode carburizing cair dilakukan dengan teknik plasma lucutan pijar. Seperti halnya pada proses carburizing padat, ataupun gas, maka pada carburizing plasma lucutan pijar ini, atom-atom karbon dimasukkan ke dalam permukaan baja dan berdifusi menghasilkan lapisan baja-karbon yang keras.Dengan kata lain Carburizing plasma lucutan pijar merupakan suatu prosespengerasan permukaan material (baja) dengan cara pendifusian atom-atom karbon ke dalam permukaan material. Proses pendifusian ini memanfaatkan energi listrik dan energi termal (panas). Energi listrik digunakan untuk mengubah atom-atom karbon yang berasal dari gas benzene (C6H6) menjadi plasma, dan sekaligus digunakan untuk mendifusikan atom-atom karbon tersebut ke dalam permukaan Gambar 1. Diagram Alir Proses Carburizing material. Energi termal yang juga dapat berasal Baja St 40 dari energi listrik akan mempercepat proses difusi atom karbon.Pengujian Hasil CarburizingDengan masuknya atom-atom karbon ke Pengujian hasil carburizing dimaksudkan permukaan material (baja St 40) maka akan untuk mengetahui perubahan kekerasan dari terbentuk larutan padat. Karena atom-atom permukaan material. Pengujian kekerasan karbon yang larut mempunyai ukuran (jari-jari) dilakukan dengan alat uji kekerasan jenis atom yang jauh lebih kecil dari pada ukuran mikro, yaitu digital micro hardness tester mxt.70 merk Matsuzawa dengan metode knoop. Hal ini akan menyebabkan atom-atom karbon Pengamatan perubahan kekerasan dilakukan terikat kuat dengan atom-atom Fe pada dengan pengujian kekerasan permukaan di permukaan subtrat dan membentuk fase baru berbagai tempat (Gambar 2). Pengujian yaitu fasa karbida besi yang mempunyai sifat dilakukan terhadap material yang telah keras. dicarburizing maupun yang tidak dicarburizingBanyaknya atom-atom karbon yang (row material). Pengamatan perubahan struktur terdifusi menjadikan kerapatan permukaan mikro juga dilakukan dengan menggunakan subtrat meningkat, sehingga kekerasan mikroskop optic yang dilengkapi dengan meningkat. Atom-atom karbon yang masuk kamera untuk mendapatkan gambaran dalam permukaan subtrat mempunyai ukuran permukaan material. atom yang lebih kecil dibanding jarak antar atom Fe dan akan menempati ruang di antara atom Fe secara intertisi. Bila energi cukup, atom-atom karbon ini bergerak ke intertisi berikutnya dan pada suhu tinggi gerakannya akan meningkat. Kehadiran atom karbon ini akan mengakibatkan terhambatnya gerakan Gambar 2. Titik-Titik Pengujian Kekerasan Pada dislokasi. Gerakan dislokasi yang lambat Penampang Melintang mengakibatkan peningkatan kekerasan. Lamanya waktu pendeposisianHASIL DAN PEMBAHASAN mempengaruhi kualitas kekerasan yang Pengamatan perubahan kekerasan dihasilkan karena menambah jumlah atom dilakukan dengan pengujian kekerasan untuk karbon yang tersisip ke dalam permukaan atom baja st 40 sebelum dan sesudah proses Fe. carburising plasma lucutan pijar, yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3, 4, dan 5. Pada Gambar 3 diunjukkan hasil pengujian kekerasan terhadap suhu dengan variasi waktu.Gambar 4. Kekerasan Sebagai Fungsi WaktuGambar 3. Kekerasan Sebagai Fungsi Suhu PadaPada Variasi SuhuVariasi Waktu PendeposisianDari Gambar 4 ditunjukkan hubunganPengamatan hasil pengujian ini kekerasan terhadap waktu pendeposisian, nilai mengetahui suhu proses yang mempunyai nilai kekerasan permukaan mencapai harga kekerasan maksimum dari Gambar 3 nilai maksimum pada saat waktu pendeposisian 120Kekerasan Permukaan Maksimum Baja St 40 menit. Hal ini disebabkan karena pada Setelah Mengalami Proses Carburizing plasma permukaan subtrat (atom-atom Fe) telah lucutan pijar pada temperature 300 oC. Dalam berikatan kuat dengan atom-atom karbon yang proses ini jika suhu semakin tinggi maka berdifusi menempati posisi intertisi (sisipan) getaran atom-atom subtrat (atom-atom Fe) akan pada kisi-kisi kristal permukaan subtrat, tinggi pula dan membuat jarak atom semakin sehingga kerapatan bahan disekitar permukaan besar, sehingga atom-atom karbon akan lebih meningkat dan menghasilkan lapisan tipis mudah berdifusi di antara celah-celah atom Fe. karbon.Pada saat proses carburizing dengan Dari Gambar 5 dapat diketahui bahwa waktu pendeposisian kurang dari 120 menit, semakin jauh jarak titik pengujian dari atom-atom karbon belum secara maksimal permukaan hasil proses carburizing, maka nilai mengisi ruang di antara atom-atom Fe, sehingga kekerasannya akan menurun sampai pada permukaan subtrat masih banyak terdapat mendekati/sama dengan nilai kekerasan awal. ruang sisipan yang belum terisi oleh atom-atom Hal ini disebabkan karena semakin dalam (jauh karbon, akibatnya kekerasan belum maksimal. dari permukaan hasil proses carburizing), atom-Pada saat proses carburizing dengan atom karbon yang terdeposisi ke dalam waktu pendeposisian lebih dari 120 menit, permukaan subtrat semakin sedikit. Hal ini atom-atom karbon yang terdeposisi ke dalam disebabkan energi atom-atom karbon untuk permukaan subtrat akan semakin banyak seiring berdeposisi semakin berkurang sampai akhirnya dengan lamanya waktu pendeposisian. Hal ini berhenti pada kedalaman tertentu. akan menyebabkan terjadinya penumpukan Dari hasil pengujian struktur mikro dapat atom-atom karbon pada permukaan subtrat dilihat adanya perbedaan antara material yang sehingga yang terbentuk bukan lagi sebagai telah dilakukan proses carburizing plasma ikatan karbida besi, melainkan hanya lucutan pijar dengan row materialnya. Pada merupakan tumpukan atom-atom karbon. Jika Gambar 6 ditunjukkan struktur mikro untuk waktu yang diberikan untuk proses carburizing row material. Fase yang terdapat pada row plasma lucutan pijar semakin lama, maka material terdiri dari ferit (berwarna terang) dan kekerasan subtrat akan semakin turun. Hal ini sedikit pearlit. Fase ferit mempunyai sifat lunak berarti bahwa penambahan waktu hanya akan dan ulet. Sedikit jumlah pearlit menunjukkan menyebabkan pemborosan waktu dan biaya. bahwa logam ini mempunyai kandungan karbon Untuk mengetahui perubahan tingkat yang relative rendah. kekerasan pada penampang melintang akibat dari masuknya ion-ion karbon ke dalam permukaan subtrat maka dilakukan pengujian dengan cara mengukur kekerasan material hasil proses carburizing plasma lucutan pijar pada penampang melintang. Pengukuran ini dilakukan dari bagian tepi (permukaan yang di-carburizing) sampai pada kedalaman (jarak)tertentu, yaitu pada kedalaman yang memberikan nilai kekerasan yang sama atau hampir sama dengan nilai kekerasan row material.Hubungan antara nilai kekerasan dengan Gambar 6. Struktur Mikro Baja St 40 Sebelum kedalaman dari baja St 40 hasil proses Proses Carburizing (Natal 3%, Perbesaran 200 carburizing plasma lucutan pijar pada waktu pendeposisian 120 menit dengan variasi suhu Pada Gambar 7 ditunjukkan struktur ditunjukkan pada Gambar 5. mikro pada permukaan dari baja St 40 sesudah proses carburizing plasma lucutan pijar pada suhu 300 oC dan waktu pendeposisian 120 menit. Pada kondisi ini terdapat fase ferit dan karbida besi ditandai dengan terlihatnya partikel-partikel karbida pada permukaan subtrat hasil proses carburizing plasma lucutan pijar (butir-butir halus yang berwarna hitam).Gambar 8. Struktur Mikro Penampang Melintang Baja St 40 Sesudah Proses Carburizing Pada Suhu Gambar 7. Struktur Mikro Baja St 40 Sesudah 300 oC dan Waktu Pendeposisian 120 Menit. Proses Carburizing Pada Suhu 300oCKESIMPULAN Dengan Waktu Pendeposisian 120 Menit Dari hasil proses pengerasan permukaan Struktur mikro pada penampang baja St 40 dengan teknik carburizing plasma melintang dari material baja St 40 sesudah lucutan pijar dan berdasarkan hasil pengolahan proses carburizing plasma lucutan pijar dengan data dapat disimpulakan bahwa :suhu 300 oC dan waktu pendeposisian120 menit1. Kekerasan maksimum terjadi pada suhu 300 ditunjukkan pada Gambar 8. Dari Gambar 8, oC dengan waktu pendepsisian 120 menit. dapat dilihat bahwa pada lapisan permukaan 2. Terjadi peningkatan kekerasan permukaanmaterial hasil carburizing plasma lucutan pijar, sebesar 194,51 % yaitu dari 197,54 KHN terjadi perubahan struktur mikro (lihat tanda x). menjadi 581,78 KHN. Perubahan ini ditunjukkan dengan terbentuknya fase karbida besi (berwarna hitam). Karbida SARAN besi ini terbentuk karena adanya atom-atom Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut karbon yang terdeposisi pada permukaan tentang metode carburizing plasma lucutan material kemudian berekombinasi dengan ato-pijar dengan material, dan kondisi perlakuan atom Fe pada saat carborizing plasma lucutan yang berbeda untuk mendapatkan hasil yang pijar. Dengan meningkatnya kadar karbon, optimal. maka terjadi penurunan dalam jumlah ferit. Semakin jauh dari permukaan maka fase karbida besi akan berkurang. Pada kedalaman sekitar 0,2 mm struktur mikro kembali ke kondisi awal.