LAPORAN PRAKTIKUM PERLAKUAN PANAS
“PROSES ANNEALING’
Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah perlakuan panas
Disusun oleh:
Moh Rusli Hakam Mubarok (1205749)
Agung Maulana Pratama (1205728)
Begawan Muhammad (1204964)
Rizky Ahmad Fauzan (1205374)
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESINFAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIABANDUNG
2013
Kata pengantar
Dengan mengucapkan Puji Syukur kehadirat Alloh.Swt,Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkah dan rahmadNya, sehingga praktikan dapat menyusun Laporan Hasil Praktikum Proses Perlakuan Panas pada semester ganjil 2013.
Adapun maksud dari penyusunan hasil laporan ini untuk mempraktekkan hasil teori yang diperoleh dari bangku kuliah khususnya mata kuliah proses perlakuan panas, sehingga dapat mengetahui penggunaan teori yang dimaksud.
Kami menyadari didalam penyusunan laporan ini terdapat kekurangan-kekurangan, sehingga praktikan selanjutnya masih perlu pembelajaran dan mohon kritik serta masukkan yang membangun guna penyempurnaan laporan ini.
Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada yang terhormat :
- Bapak Drs. H.Wardaya, M.Pd selaku dosen pembimbing praktikum perlakuan panas.
- Bapak Drs.H.Dede Suhayat, M.Pd selaku kepala Workshop Proses Produksi FPTK UPI Bandung.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi yang memerlukannya.
Bandung, 17 Desember 2013
Penyusun,
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Perlakuan Panas merupakan salah satu disiplin ilmu yang
mempelajari Proses pemanasan dan pendinginan untuk menghasilkan
sifat-sifat yang diinginkan. Prinsip perlakuan panas ini pada dasarnya
sangat sederhana, yaitu logam dipanaskan dengan laju pemanasan tertentu
hingga mencapai temperatur tertentu dan kemudian ditahan pada
temperatur tersebut dengan waktu tertentu serta akhirnya didinginkan
dengan laju pendinginan tertentu pula.
Metoda pemanasan dan pendinginan pada praktikum proses
perlakuan panas ini tergantung pada perubahan sifat yang dikehendaki
serta bergantung pula jenis logam atau paduannya. Pada praktikum
perlakuan panas ini diberikan pengujian kekerasan terhadap baja yang
sudah diberikan perlakuan panas dengan menggunakan penekanan
(indentation test).
1.2 Tujuan praktikum
Adapun tujuan yang ada pada laporan akhir praktikum ini :
a. Mahasiswa dapat melakukan proses Heat Treatment metoda
Annealing, hardening dan Carburizing.
b. Untuk mengetahui perubahan kekerasan dan harga kekerasan
sebelum dan sesudah proses Heat Treatment metoda Annealing,
hardening.
BAB II
LANDASAN TEORI
1.1 Annealing
Proses annealing yaitu proses pemanasan material sampai temperatur
austenit lalu ditahan beberapa waktu kemudian pendinginannya dilakukan
perlahan-lahan di dalam tungku. Keuntungan yang didapat dari proses ini
adalah sebagai berikut :
a. Menurunkan kekerasan
b. Menghilangkan tegangan sisa
c. Memperbaiki sifat mekanik
d. Memperbaiki mampu mesin dan mampu bentuk
e. Menghilangkan terjadinya retak panas
f. Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan struktur
g. Memperhalus ukuran butir
h. Menghilangkan tegangan dalam dan menyiapkan struktur baja untuk
proses perlakuan panas.
Proses Anil tidak dimaksudkan untuk memperbaiki sifat mekanik baja
perlitik dan baja perkakas. Sifat mekanik baja struktural diperbaiki dengan
cara dikeraskan dan kemudian diikuti dengan tempering. Proses Anil
terdiri dari beberapa tipe yang diterapkan untuk mencapai sifat-sifat
tertentu sebagai berikut :
1.1.1 Full Annealing
Full annealing terdiri dari austenisasi dari baja yang bersangkutan
diikuti dengan pendinginan yang lambat di dalam dapur. Temperatur
yang dipilih untuk austenisasi tergantung pada karbon dari baja yang
bersangkutan. Full annealing untuk baja hipoeutektoid dilakukan pada
temperatur austenisasi sekitar 50oC diatas garis A3 dan untuk baja
hipereutektoid dilaksanakan dengan cara memanaskan baja tersebut
diatas A1. Full Annealing akan memperbaiki mampu mesin dan juga
menaikkan kekuatan akibat butir-butirnya menjadi halus.
1.1.2 Spheroidized Annealing
Spheroidized annealing dilakukan dengan memanaskan baja
sedikit diatas atau dibawah temperatur kritik A1 (lihat Gambar 8.1)
kemudian didiamkan pada temperatur tersebut untuk jangka waktu
tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan yang lambat. Tujuan
dari Spheroidized annealing adalah untuk memperbaiki mampu mesin
dan memperbaiki mampu bentuk.
Gambar 8.1: Diagram untuk temperatur Spheroidized annealing
1.1.3 Isothermal Annealing
Isothermal annealing dikembangkan dari diagram TTT. Jenis
proses ini dimanfaatkan untuk melunakkan baja-baja sebelum
dilakukan proses permesinan. Proses ini terdiri dari austenisasi pada
temperatur annealing (Full annealing) kemudian diikuti dengan
pendinginan yang relatif cepat sampai ke temperatur 50 - 60oC
dibawah garis A1 (menahan secara isothermal pada daerah perlit) .
1.1.4 Proses Homogenisasi
Proses ini dilakukan pada rentang temperatur 800 - 1200oC. Proses
difusi yang terjadi pada temperatur ini akan menyeragamkan
komposisi baja. Proses ini diterapkan pada ingot baja-baja paduan
dimana pada saat membeku sesaat setelah proses penuangan, memiliki
struktur yang tidak homogen. Seandainya ketidakhomogenan tidak
dapat dihilangkan sepenuhnya, maka perlu diterapkan proses
homogenisasi atau "diffusional annealing". Proses homogenisasi
dilakukan selama beberapa jam pada temperatur sekitar 850 - 1200oC.
Setelah itu, benda kerja didinginkan ke 800 - 850oC, dan selanjutnya
didinginkan diudara. Setelah proses ini, dapat juga dilakukan proses
normal atau anil untuk memperhalus struktur over-heat. Perlakuan
seperti ini hanya dilakukan untuk kasus-kasus yang khusus karena
biaya prosesnya sangat tinggi.
1.1.5 Stress Relieving
Stress relieving adalah salah satu proses perlakuan panas yang
ditujukan untuk menghilangkan tegangan-tegangan yang ada di dalam
benda kerja, memperkecil distorsi yang terjadi selama proses perlakuan
panas dan, pada kasus-kasus tertentu, mencegah timbulnya retak.
Proses ini terdiri dari memanaskan benda kerja sampai ke temperatur
sedikit dibawah garis A1 dan menahannya untuk jangka waktu tertentu
dan kemudian di dinginkan di dalam tungku sampai temperatur kamar.
Proses ini tidak menimbulkan perubahan fasa kecuali rekristalisasi.
Banyak faktor yang dapat menimbulkan timbulnya tegangan di dalam
logam sebagai akibat dari proses pembuatan logam yang bersangkutan
menjadi sebuah komponen. Beberapa dari faktor-faktor tersebut antara
lain adalah : Pemesinan, Pembentukan, Perlakuan panas, Pengecoran,
Pengelasan, dan lain-lain. Penghilangan tegangan sisa dari baja
dilakukan dengan memanaskan baja tersebut pada temperatur sekitar
500 - 700oC, tergantung pada jenis baja yang diproses. Pada
temperatur diatas 500 - 600oC, baja hampir sepenuhnya elastik dan
menjadi ulet. Berdasarkan hal ini, tegangan sisa yang terjadi di dalam
baja pada temperatur seperti itu akan sedikit demi sedikit dihilangkan
melalui deformasi plastik setempat akibat adanya tegangan sisa
tersebut.
1.2 Hardening
Proses pengerasan atau hardening adalah suatu proses perlakuan
panas yang dilakukan untuk menghasilkan suatu benda kerja yang keras,
proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yaitu pada temperatur
austenisasi yang digunakan untuk melarutkan sementit dalam austenit
yang kemudian di quench. Pada tahap ini akan menghasilkan
terperangkapnya karbon yang akan menyebabkan bergesernya atom-atom
sehingga terbentuk struktur body center tetragonal atau struktur yang tidak
setimbang yang disebut martensit yang bersifat keras dan getas.
1.2.1 Temperatur Pengerasan untuk Baja Hipoeutektoid
Temperatur yang digunakan adalah sekitar 200-500 C di atas garis
A3. Misalkan sebagai contoh apabila baja dengan struktur ferit dan
perlit dipanaskan sampai temperatur dibawah A1, maka pemanasan
tersebut tidak akan mengubah struktur awal dari baja tersebut. Apabila
pemanasan sampai temperatur A1 tetapi masih di bawah garis A3 akan
mengubah perlit menjadi austenit tanpa terjadi perubahan apa-apa pada
feritnya.
Jika baja dipanaskan pada temperatur sedikit di atas A3 dan ditahan
pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu agar dijamin
proses difusi yang homogen, maka struktur baja akan bertransformasi
menjadi austenit dengan ukuran butir yang relatif kecil. Quenching
dari temperatur austenisasi akan menghasilkan martensit dengan harga
kekerasan yang maksimum.
Memanaskan sampai ke temperatur E cenderung meningkatkan
ukuran butir austenit. Quenching dari temperatur seperti itu akan
menghasilkan struktur martensit, tetapi sifatnya, bahkan setelah
ditemper sekalipun, akan memiliki harga impak yang rendah.
Disamping itu juga mungkin juga timbul retak pada saat diquench.
1.2.2 Temperatur Pengerasan untuk Baja Hipereutektoid
Temperatur yang digunakan adalah sekitar 300-500 C di atas
temperature A13 yang berada pada daerah austenit dan sementit seperti
terlihat pada gambar di atas tadi. Struktur hasil proses quench memiliki
kekerasan yang sangat tinggi dibandingkan dengan martensit karena
adanya karbida-karbida yang tidak larut yang memilki kekerasan di
atas martensit.
Jumlah karbida yang dapat larut pada austenit sebanding dengan
temperatur austenisasinya. Jumlah karbida yang larut meningkat jika
temperatur austenisasi dinaikkan; demikian juga dengan ukuran butir
disertai dengan penurunan kekerasan austenitnya. Jika karbida yang
terlarut terlalu besar, akan terjadi peningkatan ukuran butir disertai
dengan penurunan kekerasan dan ketangguhan seperti pada gambar di
bawah ini, jika baja dipanaskan di atas temperatur Acm, struktur yang
dihasilkannya hanya terdiri dari austenit saja. Dalam hal ini
pertumbuhan butir akan lebih besar; akibatnya martensit yang akan
dihasilkannya akan lebih kasar. Proses diatas akan menghasilkan
kekerasan martensit yang rendah karena adanya austenit sisa pada
struktur quench dan tidak adanya karbida yang dihasilkan.
1.2.3 Tahapan Pekerjaan yang Harus Dilakukan Sebelum Proses Pengerasan
Baja
1) Bebas dari terak (scale), oli, dan sebagainya agar dihasilkan
kekerasan yang diinginkan dengan kata lain benda kerja harus
bersih.
2) Benda kerja yang memiliki lubang, jika perlu, terutama pada baja
perkakas harus ditutup dengan tanah liat, asbes atau baja insert
sehingga tidak terjadi pengerasan pada bagian lubang tersebut. Hal
ini tidak perlu dilakukan jika ukuran lubang relatif besar.
3) Benda kerja harus ditempatkan pada fixture yang layak sebelum
diletakkan di dalam tungku. Hal ini adalah dilakukan untuk
mencegah timbulnya distorsi. Benda kerja-benda kerja yang kecil
yang relatif kecil dapat diletakkan dalam suatu “keranjang” yang
didisain khusus untuk itu agar dijamin kekerasan yang homogen.
4) Baja karbon dan baja paduan rendah dapat dipanaskan langsung ke
temperatur pemanasannya tanpa memerlukan adanya pemanasan
awal (pre-heat). Sedangkan benda kerja yang besar dan bentuknya
rumit dapat dilakukan pemanasan awal untuk mencegah distorsi
dan retak akibat tidak homogennya temperatur di bagian tengah
dengan di bagian permukaan. Pemanasan awal biasanya dilakukan
untuk baja-baja perkakas karena konduktifitas panas baja tersebut
sangat rendah, temperatur pemanasan awal yang dilakukan adalah
5000-6000 C.
5) Benda kerja yang akan dikeraskan harus mempunyai struktur yang
homogen dan halus, karena apabila dari struktur logam tersebut
kasar maka akan diperoleh struktur logam yang tidak homogen,
distorsi, retak pada saat dipanaskan maupun pada saat diquench.
Untuk itu struktur logam yang kasar sebelum dipanaskan harus
dinormalkan terlebih dahulu dengan temperatur 7800-8000 C.
Untuk menghindari cacat yang akan terjadi dapat dilakukan
upaya-upaya sebagai berikut:
o Menutupi atau menambah perkuatan bagian
ramping semenjak pemanasan.
o Bahan pengejut yang tepat, sesuai dengan jenis baja dan
kekerasan yang dituntut.
o Sikap pengejutan yang menguntungkan.
o Sering-sering membalikkan benda kerja dan menggerakkannya
di dalam medium pengejut (Quench).
o Perlengkapan pengencangan benda yang dikeraskan harus
dipasang sedemikian rupa sehingga tidak merintangi
penyejukan cepat pada tempat yang dikeraskan.
Wadah untuk melakukan proses quench sedapat mungkin harus
berada didekat perlengkapan pemanasan dan harus cukup besar atau
memiliki pendinginan tambahan supaya isinya tidak terpanasi pada
saat pengejutan.
1.2.4 Lama Pemanasan
Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pengerasan
tergantung pada beberapa faktor seperti jenis tungku dan jenis elemen
pemanasnya. Laju pemanasan dari tungku garam relatif lebih cepat
dibanding dengan atmosfir karena perpindahan panas dari cairan ke
benda padat terjadi dengan laju yang lebih cepat.
1.2.5 Tungku untuk Mengeraskan Baja
Tungku yang diperlukan untuk mengeraskan baja harus dilengkapi
dengan peralatan pengendali temperatur yang akurat dan pengendali
atmosfir tungku agar proses yang sedang dilaksanakan terjamin. Perlu
diperhatikan bahwa atmosfir yang digunakan selama proses
pemanasan harus netral dan tidak menimbulkan dekarburasi atau
karburasi pada permukaan baja yang diproses. Adanya lapisan
dekarburasi dapat menyebabkan rendahnya kekerasan sehingga dapat
menimbulkan kekeliruan dalam memilih temperatur tempering.
Dekarburasi juga dapat pula menjadi penyebab timbulnya retak pada
jenis baja perkakas.
Jenis-jenis tungku yang digunakan pada proses perlakuan panas
antara lain adalah: Tungku garam, Tungku “Muffle”, Tungku Vakum
dan Tungku “Fluidized Bed”. Tungku-tungku tersebut dinamai seperti
itu disesuaikan dengan jenis medium pemanas yang digunakan. Perlu
diketahui bahwa kecermatan proses pengerasan sangat tergantung pada
penyiapan medium pengerasan yang tepat.
1.2.6 Cara Menguench
Medium yang digunakan untuk proses quench tergantung dari
komposisi kimia baja yang diproses, kekerasan yang ingin dicapai,
besarnya distorsi yang diijinkan dan kompleksitas bentuk benda kerja.
Medium yang umum digunakan adalah: air, oli, brine, garam cair dan
larutan polimer.
Jenis baja, ketebalan penampang, distorsi yang diijinkan dan sifat
yang ingin diperoleh dari benda kerja yang diproses menentukan
metoda atau cara quench. Cara-cara quench adalah sebagai berikut:
1) Quench langsung (Direct quench).
Cara ini dilakukan dengan mengunakan medium air atau oli
dimana benda kerja ditahan pada temperatur pengerasannya untuk
jangka waktu tertentu.
4) Quench yang ditunda (Delay quenching).
Proses ini dilakukan sesuai dengan nama metodenya yaitu
benda kerja yang sudah dipanaskan dan dikeluarkan dari tungku
pada temperatur pengerasannya dibiarkan beberapa saat sebelum
diquench. Cara ini dilakukan agar proses quench terjadi pada
temperatur benda kerja yang lebih rendah sehingga memperkecil
kemungkinan timbulnya distori. Cara ini lazim digunakan pada
HSS, baja hot-worked dan baja-baja yang dikeraskan
permukaannya.
5) Time quench.
Metode ini 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 tetapi
ukuran benda kerjanya besar.
6) Medium quenching
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.
Untuk baja karbon, medium quenching yang digunakan
adalah air, sedangkan untuk baja paduan medium yang disarankan
adalah oli, cairan polimer atau garam. Untuk baja-baja paduan
tinggi disarankan agar menggunakan medium cairan garam.
Medium yang digunakan pada proses quenching diantaranya,
adalah:
1) Air.
2) Oli.
3) Garam netral.
4) Gas quenching.
5) Quenchant polimer.
6) Fluidized bed.
1.3 Carburizing
BAB IIIHASIL DAN PEMBAHASAN
1.1 Annealing1.1.1 Alat dan bahan
- Besi HSS bohler China
- Tungku
- Kawat beton atau kawat tembaga
- Kertas koran
- Hardness tester
1.1.2 Langkah kerjaa. Sediakan alat dan benda kerja
b. Ukur kekerasan benda dengan menggunakan Hardnees tester. Dan
hasilnya mencapai kekerasan 60 & 62 HRC
c. Setelah diukur, lakukan proses pengaitan kawat terhadap benda
kerja agar proses pengambilannya lebih mudah
d. Masukkan benda tersebut ke dalam kertas koran, agar unsur
karbonnya masih terlindungi dan panasnya tidak terkena langsung
pada bendanya
e. Masukkan benda ke dalam tungku pemanas untuk dilakukan proses
anealing
f. Atur suhu yang dipakai hingga mencapai ska 900°c
g. Setelah itu, tunggu dalam waktu 30 menit
h. Setelah itu, proses pendinginannya didiamkan di dalam tungku
i. Kemudian, ambil benda tersebut dengan menggunakan pengait
j. Kemudian, ukur kembali kekerasan benda dengan menggunakan
Hardness tester yaitu dengan hasil 14 HRC (lunak)
k. Lakukan uji coba terhadap benda dengan cara digores atau di
gergaji
l. Pasti hasillnya akan lebih lunak dari pada sebelumnya
m. Proses anealing selesai
1.2 Hardenig1.2.1 Alat dan bahan.
- Besi HSS bohler China
- Tungku
- Kawat tembaga atau kawat beton
- Kertas koran
- Hardnees tester
- Minyak quenchimg
1.2.2 Langkah kerjaa. Sediakan alat dan benda kerja
b. Ukur kelunakan atau kekerasan benda dengan menggunakan
Hardnees teste. Dan hasilnya setelah diukur mencapai 14 HRC
c. Setelah diukur, lakukan proses pengaitan kawat terhadap benda
kerja agar proses pengambilannya lebih mudah
d. Masukkan benda tersebut ke dalam kertas koran, agar unsur
karbonnya masih terlindungi dan panasnya tidak terkena langsung
pada bendanya
e. Masukkan benda ke dalam tungku pemanas untuk dilakukan proses
hardening
f. Atur suhu yang dipakai hingga mencapai ska 900°c
g. Setelah itu, tunggu dalam waktu 30 menit
h. Setelah itu, proses pendinginannya dengan minyak quenching
i. Kemudian, ambil benda tersebut dengan menggunakan pengait
j. Kemudian, ukur kembali kekerasan benda dengan menggunakan
Hardnees tester. Dan hasilnya setelah diukur, tidak sesuai dengan
hasil yang diinginkan, karena proses pendinginan yang digunakan
harus menggunakan dengan air
k. Lakukan uji coba terhadap benda dengan cara digores atau di
gergaji
l. Pastikan hasillnya
m. Proses hardening selesai
1.3 Carburizing1.3.1 Alat dan bahan
- Bohler VCN 150
- Tungku
- Kawat beton
- Karbon aktif
- Hardnees tester
- Tang
- Borax
- Air bersih
- Minyak quenching
1.3.2 Langkah kerja dan hasila. Sediakan alat dan benda kerja
b. Ukur kekerasan benda dengan menggunakan Hardnees tester
c. Setelah diukur, lakukan proses pengaitan kawat terhadap benda
kerja agar proses pengambilannya lebih mudah
d. Masukkan benda tersebut ke dalam karbon aktif, agar pada saat
pemanasan karbon masuk kedalam benda tersebut
e. Masukkan benda ke dalam tungku pemanas untuk dilakukan proses
Carburizing
f. Atur suhu yang dipakai hingga mencapai ska 900°c
g. Setelah itu, tunggu dalam waktu 60 menit
h. Kemudian, ambil benda tersebut dengan menggunakan pengait
i. Setelah itu, proses pendinginannya ada yang menggunakan dengan
air dan ada yang menggunakan dengan minyak quenching
j. Kemudian, ukur kembali kekerasan benda dengan menggunakan
Hardness tester
k. Lakukan uji coba terhadap benda tersebut