jenis jenis bantalan

read more...

praktikum metalografi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengetahuan metalografi pada dasarnya mempelajari karakteristik struktural dan susunan dari suatu logam atau paduan logam. Biasanya tidak melalui suatu keseluruhan potongan disebabkan oleh pembawaan hydrogen atau logam.
Dewasa ini terdapat berbagai jenis bahan yang digunakan pada proses manufaktur. Namun, sebelum diketahui atau digunakan dalam industri atau bagian-bagian yang lain, karakteristik structural atau susunan dari logam atau paduannya yang akan dipakai atau ditawarkan pada industri untuk keperluan lainnya.
Dari hal inilah, orang mulai mencoba untuk melakukan uji mmetalografi pada suatu material. Sehingga dengan cara ini dapat diperoleh bahan dengan sifat-sifat yang sesuai dengan tujuan tertentu untuk memenuhi nkebutuhan teknologi modern yang meningkat.
Untuk itu, pengujian metalografi sangat berguna dalam berbagai dunia industri, terutama pada industri logam dan otomotif. Karena kebutuhan akan logam ini semakin meningkat, maka banyak industri manufaktur menyuplai bahan logam yang ada di pasaran san telah melalui berbagai proses pengujian bahan.








1.2 Tujuan dan Manfaat Pengujian
A. Tujuan Pengujian
Setelah melakukan pengujian metalografi praktikan dapat :
1. Menjelaskan tujuan dari proses metalografi.
2. menjelaskan langkah-langkah pengujian Metalografi.
3. Mengetahui bahan dan alat yang digunakan pada pengujian metalografi.
4. Mengetahui bentuk-bentuk fasa dari logam.
5. menganalisa ukuran butir dan membbandingkan dengan grain size ASTM.
6. Menjelaskan hubungan antara struktur mikro dan karakteristik butir terhadap bahan.
7. Mampu melakukan pengujian metalografi.
B. Manfaat Pengujian
1. Bagi Praktikan
• Dapat mengetahui dampak perlakuan panas dan media pendingin terhadap karakteristik logam.
• Dapat melihat perbedaan setiap fasa logam yang diuji.
• Dapat mengoperasikan mikroskop untuk pengamatan pada bahan yang lain.
2. Bagi Industri
• Dengan pengujian metalografi, dapat diketahui suatu logam atau paduannya yang mempunyai kekuatan yang tinggi dan ekonomis.
• Dapat diperoleh bahan dengan sifat-sifat yang sesuai dengan kebutuhan industri.




BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Teori Dasar
Pengetahuan metalografi pada dasarnya bertujuan untuk mempelajari struktur logam atau paduannya dalam hubungannya dengan sifat fisik dan mekanik.
Pada metalografi yang diperoleh dengan suatu analisa kimia dan metalografi logam atau paduannya dan potongannya. Disebabkan oleh pembawaan heterogan dari logam tersebut. Pembawaan ketidak homogenan dalam suatu logam lebih detentukan dengan macroetching dan pemasarannya dapat dilakukan dengan menggunakan luas power mikroskopis, ini dinotasikan oleh jenis metalografi data yang diperlukan atau dibutuhkan.
Pengamatan microetching dapat memberikan gambaran kondisi dalam metal yang berhubungan dengan satu arah lebih. Untuk hal-hal sebagai berikut:
a. Crystalin Heterogencity, hadir dan meluas yang tergantung pada jalannya solidifikasi akan tumbuhnya krystalin dari logam atau paduannya.
b. Chemicalin Heterogencity, disebabkan oleh tidak berisinya logam atau paduannya dan lokasi pemisahan dari susunan kimia tertentu. Pemisahan serupa dapat dengan sengaja (karbon dalam permukaan baja selama proses karburasi)
c. Mechanical heterogencity, timbul dari Coldworking atau setiap proses yang menimbulkan teganga-tegangan permanent dalam logam yang dituangi.
Selama proses makro suatu logam atau paduannya terdiri dari tiga langkah.
1. Mendapatkan sample logam yang sesaat untuk tujuan pemeriksaan.
2. Menyiapkan microetching terhadap penampang yang boleh disiapkan atau belum disiapkan agar tidak mengalami kesulitan nanti
3. Menyiapkan secara hati-hati permukaan yang akan dietsa dan
kemudian diperiksa (tidak selalu layak atau perlu)
Pemakaian macroetcing yang tergantung pada tiga factor penting yaitu:
1. Koreksi permukaan logam yang akan dietsa, yaitu apakah tidak kasar, licin, atau dipoles.
2. Komposisi kimia dari etsa yang dipilih
3. Lama waktu specimen yang dietsa kebanyakan bagian penting dari sejumlah metalografi

Reaksi-Reaksi Pembentukan Fasa
Reaksi Austenit – Martensit
Daerah austeniot yang telah bertransformasi menjadi martensit, membentuk lentikuler yang mudah dikenal adalah dietsa atau distorsi yang ditimbulkannya pada permukaan logam yang dipoles. Hal ini membuktikan bahwa jarum martensit terbentuk akibat proses geser dan bukan proses difusi ataom karena regangan yang regangan yang besar yang mengiringi perubahan volume transforasi tidak timbul. Luar martensit terbentuk tenkuler merupakan akibat dari tegangan yang timbul dalam matrisk oleh transformasi dengan mekanisme geser dan setara dengan efek serupa.










Reaksi Pembentukan Ferit dan Perlit
Pada proses pemanasan system besi karbon, besi murni bertambah 2 kali strukturnya sebelum mencair. Besi berubah dari kpr menjadi kps pada temperature 912oC dan perubahan ini berbalik pada temperature 1374oC dan terbentuk KPR lagi (besiα). Austenit akan fasa  merupakan larutan padat dari karbon dalam besi KPR. Bila didinginkan sampai mencapai suhu dibawah 912 oC atau akan membentuk KPR, struktur ini disebut ferrit atau besi dan merupakan larutan padat karbon dan besi 
Bila pendinginan berlangsung terus baja menjadi magnetis sampai batas sedikit diatas batas kritis. Ferrit yang terbentuk bertambah pada saat itu austenit yang masih ada akan bertransformasi. Austenit sudah mengandung modul perlit yang halus, pada austenit homogen nukleasi selalu terjadi pada batas butir ketika modul bertambah besar permukaan kontak dan berambah.
Selama proses pendinginan sampai terbentuk perlit, austenit bertrasformasi dengan nukleasi pertumbuhan ferrit sampai pada batas temperature transisi. Namun pada saat pembentukan ferit masung mengandung komposisi austenit dalam jumlah sedikit. Pada kondisi ini bila pendinginan berlangsung terus maka ferit + austenit transisi akan bertransformasi menjadi ferit, bainit dan martensit tergantung pada pendinginannya.
Reaksi Pembentukan Bainit
Penelitian pada transformasi isothermal dalam baja 1080 menunjukkan bahwa berbeda untuk suhu di atas dan di bawah kurva T-T. Di atas suhu tersebut nukleasi terbatas pada batas butir austenit bermula. Di bawa Rx tertunda karena pergerakan atom yang lamban, akan tetapi logam yang mengalami pendinginan lanjut dengan mudah membentuk  dan  yang bernukleasi pada titik-titik cacat dalam butir-butir austenit menghasilkan bainit.
Reaksi pembentukan Sementit, Austenit, Ladeburit.
• Austenit dinamakan juga fasa γ atau besi γ merupakan larutan padat antara karbon dan besi dengan sel satuan FCC. Untuk paduan Fe3C, austenit hanya dapat stabil di atas temperature 723oC tetapi untuk baja paduan Mangan, austenitdapat terjadi secara stabilpada temperature kamar tergantung pada kandungan Ni atau Mn. Sifat austenit sama dengan ferit yaitu bersifat lunak..
• Ferit terjadi dibawah temperature 723oC, pada temperature ini terjadi pengintian sementit. Pada temperature 723oC mulai terbentuk fasa perlityang sebenarnya terjadi dari 2 fasa yaitu sementit dan besi α dari austenit sebelum fasa eutectoid yang disebut pra eutectoid sementit.
γ (kps) didinginkan menjadi γ + C (Sementit + karbida)
• Ladeburit terbentuk pada suhu antara 723oC sampai ladeburit terbentuk bersama dengan sementit dari 1130oC.
α + sementit + ladeburit
γ (kps) didinginkan menjadi C + ladeburit













Diagram TTT (Time-Temperatur-Transformasi)

Gambar : kurva pendinginan pada diagram TTT (time-temperature-transformation)
Diagram TTT juga disebut diagram S atau diagram transformasi isothermal. Dengan diagram ini dapat dilihat perubahan struktur bila logam dibiarkan pada suhu konstan tertentu.
Untuk memperoleh struktur martensit, baja harus dicelupkan dengan cepat sehingga kurva pendinginan tidak memotong kurva transformasi.
Pada kedua kurva TTT jelas bahwa sedikit di bawah temperatur kritis A, laju transformasi rendah meskipun pada transformasi ini mobilitas atom cukup tinggi. Hal ini disebabkan setiap perubahan fasa yang timbul akibat factor permukaan ddan energi regangan. Jika temperatur dibawa ke lutut kurva, laju transformasi meningkat. Terjadinya kelambanan pada proses ini disebabkan pada waktu pembentukan bainit temperatur agak rendah. Pada bagian temperatur 250°C - 300°C ternyata transformasi berlangsung sangat cepat. Untuk diagram fasa TTT hanya dapat diperlakukan pada baja karbon rendah. Jika baja dicelup pada daerah di bawah 200°C maka akan terbentuk martensit seiring baja tersebut dicelup dalam media pendingin ini, dan pada suhu kritis terbentuk austenit stabil yaitu atom mulai bergerak secara acak. Bentuk umum dari kurva transformasi-waktu-suhu berbeda untuk jenis baja.
Perlu diketahui bahwa bentuk dari kurva waktu-suhu-transformasi berbeda untuk jenis baja yang berlainan. Tergantung pada kadar karbon unsur paduan,dan faktor besar butir austenit. Untuk itu agak sulit untuk membentuk martensit pada pencelupan baja lipoeutektoid. Baja karbon dengan komposisi eutectoid lebih mudah dikeraskan.

Diagram Fasa Fe-Fe3C
Diagram fasa ini menjadi landasan untuk laku panas. Bila bagian 0%-1% karbon pada gambar ditutupi, maka kita akan mendapatkan diagram fasa sebelumnya. Komposisi eutectik terdapat pada 4,3% (berat) karbon (17% atom) dan suhu eutctik ini karena rata-rata mengandung 2,5%-4% C. Titik cair relati rendah dan besi cor mempunyai karakteristik coran dan proses yang baik.


Diagram Fe-Fe3C

 yang hanya besi dapat menampung 2,1% (berat) (9% atom) karbon. Atom karbon ini larut secara difusi dalam besi-baja berdasarkan fasa larutan padat ini. Karena baja mengandung kurang dari 1,2% karbon, baja dapat mempunyai fasa tunggal pada proses penempaan atau pengerjaan panas lainnya yaitu di daerah sekitar 4100oC-1270oC. pada daerah yang kaya besi (799% Fe dan <1% C). Diagram Fe-Fe3C berbeda dengan diagram lainnya yang pernah dibahas. Perbedaan ini timbul karena besi adalah polimer dengan fasa kpf dan kps. Karena kita tidak mempelajari pencairan dan solidifikasi baja secara khusus. Diagram antara suhu 700oC-900oC dan daerah karbon antara 0oC-1oC bagian inilah yang terpenting bagi ahli teknik karena mikrostruktur baja dapat diatur dan disesuaikan dengan keinginan.
Sistem Kristalografi
1. Bentuk Kubus
a = b = c
α = β = γ = 90o


c


b
a
Kristal kubus mempunayai 3 jenis sel satuan bagian yang terkecil dari suatu bahan yang bentuknya tetap dan beruang
a. Kubus sederhana (SC)






b. Kubus Mulia (FCC = Face Centered Cubic)




c. Kubus Dalam (BCC = Body Centered Cubic)







2. Tetragonal
Tetragonal terbagi atas 2 :
a. ST (Simple Tetragonal)
b. BCT (Body Central tetragonal)


a = b ≠ c
α = β = γ = 90o



3. Orthorombik
a. SO (Simple Orthorombik)
b. FCO (Face Centered Orthorombik)
c. BCO (Body Centered Ortorombik)
a ≠ b ≠ c
α = β = γ = 90o

b

c
a




S.o f.c.o b.c.o




b.c.o

4. Rhombohedral
a = b ≠ c
α = β = γ ≠ 90o


5. Heksagonal
a = b ≠ c
α = 120o


c

b
a
Heksagonal Sederhana

6. Monoclinik
a ≠ b ≠ c
β = γ ≠ 90o








Simple Monoclinik (S.M) Body Centered Monoclinik (B.C.M)

7. Tridimik
a ≠ b ≠ c
α ≠β ≠γ ≠ 90o





c

b

a

Simple Tridimik (S.T)






















2.2. Teori pengamplasan, pemolesan, dan etsa
1. pengamplasan
pengamplasan adalah sutau proses pengerjaan logam dengan tujuan mengurangi kerusakan permukaan yang terjadi dari proses pemotongan dengan gergaji. Pengerjaan pengamplasan sebaiknya dilakukan dengan 1 arah agar diperoleh permukaan logam yang baik. Amplas yang digunakan mulai dari yang kasar sampai yang halus.
2. pemolesan
pemolesan adalah suatu proses pengerjaan yang bertujuan untuk menghilangkan bagian-bagian yang terdeformasi yang timbul dari hasil langkah-langkah sebelumnya.
Pemolesan dilakukan dengan tangan dimana arah tegak lurus dengan arah pengamplasan. Selama proses pemolesan dianjurkan agar specimen digerakkan kedepan dan kebelakang seperti partikel mengalami absorbsi dapat didistribusikan secara merata diatas piringan pemolesan. Selain itu pemolesan dilakukan berputar untuk mencegah efek komet, setiap selesai pemolesan, specimen di cuci dengan menggunakan alcohol dan dikeringkan dengan mengguanakan udara.
3. etsa
Etsa adalah suatu proses pencelupan specimen dengan tujuan memperoleh specimen yang bersih. Etsa biasanya dilakukan diatas bagian yang telah diamplas, dan dipoles.
Umumnya reaksi yang sesuai untuk etching metalografi specimen terdiri dari organic dan anorganik acid serta alkolis. Dari beberapa sifat dan wujud yang kompleks dalam larutan dengan beberapa bahan pelarut seperti air, alcohol, gliserin, atau campuran pelarut-pelarut lain.
Aktivitas dan perilaku umum dari etsa metalografi mempunyai hubungan dengan salah satu karaktersitik sebagai berikut:
a. Hidrogen Ion concentration
b. Hidrocid Ion concentration
c. Kemampuan sifat memadai yang diterima salah satu atau lebih kemampuan structural.
Etsa biasanya dilakukan pada permukaan specimen yang telah disiapkan dengan cara pencelupan atau dibasahi. Waktu etsa suatu specimen adalah penting dalam penentuan pilihan etsa yang digunakan.
Reagen etsa yang biasa dipakai diantaranya:
a. Asam Nitrat
Komposisinya : Asam Nitrat 2 ml, Alkohol (95%) 98 ml
Pemakaiannya : Untuk baja karbon, baja paduan rendah dan sedang.
Waktu mengetsa : beberapa detik sampai satu menit
b. Asam Pikral
Komposisinya : Asam Pikral 4 gr, Alkohol (95%) 96 ml
Pemakaiannya : Untuk baja karbon dalam keadaan normal, dilunakkan, dikeraskan (disepuh) atau distemper.
c. NaOH + H2O2
Komposisinya : NaOH sebagai dasar H2O2 beberapa tetes.
Pemakaiannya : Untuk tembaga dan paduannya
Waktu mengetsa : Sampai warna abu-abu
Langkah-langkah mengetsa:
a. Diteteskan beberapa tetes reagen etsa kedalam cawan.
b. Dicelupkan permukaan specimen yang akan diperiksa pada reagen etsa. Specimen dijepit dengan tang kecil. Waktu pencelupan beberapa detik sampai warna abu-abu.
c. Dibersihkan dengan air bersih yang mengalir dan selanjutnya dibersihkan dengan alcohol.
d. Specimen dikeringkan dengan menggesekkan kapas bersih dan disemprot dengan udara panas, selanjutnya specimen diperiksa struktur mikronya di bawah mikrsoskop.














BAB IV
PERHITUNGAN


4.1. Penentuan Persen Fasa (Spesimen Dengan Media Pendingin Air Garam)






Ctt : titik yang mengenai fasa tertentu dihitung satu dan yang mengenai tepi fasa
dihitung 1/2. Jumlah titik total yang digunakan untuk penentuan yang cukup
akurat setidaknya 100 titik.

 Penentuan Persan Fasa Ferit










 Penentuan Persen Fasa Perlit

























4.2 Penentuan Ukuran Butir

Ukuran butir dinyatakan dengan besaran tertentu, misalnya standar dari ASTM, yaitu ASTM Grain Size Number (n) yang dinyatakan sebagai berikut :





Keterangan : n = ASTM Grain Size Number (1-10)

N = Jumlah Butiran Per inci Kuadrat.

Ukuran butir dapat ditentukandengan menggunakan metode lingkaran Hilliard sebagai berikut :






Dimana : G = Besaran Butir ASTM
LT = Total Keliling Lingkaran
= x d (Cm)
P = Total Jumlah Perpotongan Lingkaran dengan Butiran
M = Pembesaran (diketahui)

• LT = x d
= 3,14 x 6,4 = 20,1 Cm
• P = 28 Butiran
• M = 400 X
Jadi:

G

G

N


N





BAB V
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

5.1 Analisa grafik Fe-Fe3C



Diagram fasa Fe – Fe3C menjadi landasan untuk laku panas kebanyakan jenis baja yang kita kenal. Bila bagian 0%-1% karbon pada diagram Fe-Fe3C ditutupi, kita mendapatkan diagram yang mirip dengan diagram fasa sebelumnya. Komposisi eutektik terdapat pada 4,3% ( berat ), karbon ( 17% atom) dan suhu eutektik ini karena rata-rata mengandung 2,5-4% karbon. Titik cair relatif rendah dan besi cor mempunyai karakteristik coran dan proses yang baik. Yang kaya besi dapat menampung 2,1% (berat) atau 9% (atom) karbon. Atom-atom karbon ini larut sampai interistisi dalam besi KPS. Baja berlandaskan fasa larutan padat ini karena baja mengandung kurang dari 1,2% karbon, baja dapat mempunyai fasa tunggal pada proses penempaan atau pengerjaan panas lainnya, yaitu di daerah sekitar 1100°C sampai 1250°C. Pada daerah yang kaya Fe diagram ini berbeda dengan diagran lainnya yang telah pernah di bahas. Perbedaan ini timbul karena besi adalah polimorf dengan fasa kpr dan kps.

Karena kita tidak mempelajari pencairan dan solidifikasi baja secara khusus disini, kita lewatkan ciri-ciri daerah karbon kadar rendah diatas suhu 1400°C. Perhatian kita terutama ditujukan pada bagian diagram antara 700°C-900°C dan daerah karbon antara 0%-1%. Bagian inilah yang terpenting bagi ahli teknik karena mikrostruktur baja dapat diatur dan disesuaikan dengan keinginan.


5.2. Analisa Foto Struktur
A. Spesimen Normal

















Fasa yang terbentuk :
1. Ferit (besi ά )
Pada foto specimen, warna yang lebih terang adalah ferit, dan butirannya besar dan fasa yang ada merupakan larutan padat intrerself (sel antara) dengan atom karbon yang sangat liat dengan kata lain karbon dalam ferit sangat rendah yaitu 0,05 %, sampai pada suhu 7230C dan pada suhu kamar 0,08 % memioliki se satuan kubus (BCC) dan berada di bawah temperature 9,2oC. Pada diagram besi karbida sifatnya lunak dan tahan korosi.
2. Perlit
Perlit yang terbentuk terdiri dari :
Perlit yang terbentuk strukturnya besar dengan sifat keras, getas, butirannya besardan kasar. Biasanya terbentuk di bawah suhu 723o C.
Ferit : bentuk strukturnya kesil dengan sifat keras, getas, butirannya kecil, dan halus, terbentukakibat pendinginan yang cepat.
Selain itu juga dari gambar dapat kita lihat bahwa ukuran butiran-butirannya kecil serta terdapat celah-celah kecil diantara butir-butir tersebut.

B. Spesimen Dengan Media Pendingin Air Garam

Dari gambar foto specimen dengan media pendingin air garam kita dapat melihat butiran-butirannya berukuran lebih besar jika dibandingkan dengan gambar struktur butir normalnya. Selain itu juga tidak terdapat celah diatara butiran-butiran tersebut, ini terjadi karena ukuran butir-butir yang membesar yang mengakibatkan butiran-butiran tersebut saling berdesak-desakan sehingga tidak terdapat celah diantara butir-butir tersebut.

Dari gambar foto specimen dengan media pendingin air garam kita dapat melihat warna sturktur butir dominan berwarna gelap. Dimana seperti yang kita ketahui warna gelap dari butir adalah fasa pearlit yang bersifat keras dan getas. Dan karena bentuk dari butir yang besar serta berdesak-desakan antara yang satu dengan yang lain sehingga kekerasan specimen inipun meningkat.

Bentuk atau keadaan struktur seperti ini dengan sifat-sifatnya kita ketahui sebagai fasa martensit yang keras dan getas namun memiliki kekuatan yang rendah serta sifat elastis yang rendah pula.



















5.3. Pembahasan
Metalografi Kuantitatif

Dari hasil pengujian dan hasil gambar foto yang didapat kita dapat melihat ukuran butir membesar sebagai akibat dari pemberian perlakuan panas yang kemudian didinginkan secara cepat dengan menggunakan media pendingin air garam.

Akibat dari perlakuan panas dengan pendinginan yang cepat fasa pearlit secara kuantitatif akan lebih banyak atau dominant daripada fasa ferit. Atau dengan kata lain akibat dari laju pendinginan secara cepat mempengaruhi pembentukan kembali fasa ferit.

Semakin lambat laju pendinginan maka fasa ferit yang pada saat pemanasan bertransformasi menjadi perlit akan mudah bertransformasi kembali menjadi fasa ferit. Oleh karena itu perlakuan panas yang diberikan kepada specimen yang kemudian didinginkan secara cepat akan memiliki fasa perlit yang dominant sebagai akibat dari tidak sempatnya fasa perlit tersebut bertrasformasi kembali menjadi fasa ferit.

Kita dapat menentukan jumlah fasa secara kuantitatif yang terjadi dari suatu specimen yang telah diberi perlakuan panas dengan kecepatan pendinginan tertentu. Dimana kita tahu kecepatan pendinginan yang mempengaruhi sedikit dan banyaknya fasa-fasa tertentu. Hal ini dilakukan dengan pertama-tama membuat foto gambar sturktur dari suatu specimen kemudian dibuat titik-titik yang simetris dengan jumlah tertentu pada gambar foto specimen tersebut. Dimana titik yang tepat mengenai fasa tertentu dihitung 1 (satu) dan mengenai tepi fasa dihitung ½ (setengah) untuk masing-masing fasa yang ada. Kemudian persentase jumlah fasa tertentu dapat ditentukan dengan rumus berikut:

jumlah titik pada fasa tertentu
Jumlah titik total

Persen fasa tertentu = x 100 %


Kemudian untuk menghitung ukuran butir serta jumlah butiran per inci kuadrat dapat kita tentukan dengan pertama-tama membuat lingkaran pada kotak titik-titik yang digunakan untuk menghitung persen fasa. Kemudian dihitung jumlah garis dari tepi fasa yang mengenai lingkaran tersebut. Rumus yang digunakan untk menghitung ukuran butir dan jumlah butiran perinci kuadrat adalah sebagai berikut:

Untuk menentukan ukuran butir
G =
Dimana : G = Besaran butir ASTM
= Total keliling lingkaran = (cm0
P = Total jumlah perpotongan keliling Lingkaran dengan butiran
M = Pembesaran gambar foto

Untuk menentukan jumlah butiran perinci kuadrat
N=
Dimana : n = ASTM Grain Size Number (1-8) = G
N = Jumlah butiran perinci kuadrat.

























BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

1. Karakteristik struktur logam atau paduan logam memiliki sifat fisis dan mekanis yang berbeda tergantung dari jenis perlakuan panas dan proses pendinginannya.

2. Kekuatan dan keuletan suatu material yang telah mengalami proses perlakuan panas akan dipengaruhi jenis media pendingin yang digunakan. Urutan ketangguhan bahan menurut media pendinginnya yaitu : air garam, air, solar, oli dan udara.

3. Fasa-fasa yang terbentuk adalah : Ferit, sementit, perlit, martensit,austenit, bainit dan ladeburit.

4. Struktur butir suatu material yang telah mengalami proses perlakuan panas sangat ditentukan oleh jenis media pendingin yang digunakan.

5. Pengujian metalografi bertujuan untuk mengetahui struktur yang terbentuk dari pengamatan struktur mikro pada foto dari perbesaran miokroskop untuk material yang telah mengalami perlakuan panas dan didinginkan dengan beberapa media pendingin yang berbeda densitasnya.

6.2 Saran

Harap agar prosedur pengambilan gambar dapat diperjelas dengan menjalaninya.




















DAFTAR PUSTAKA

Pengetahuan Bahan Teknik, Prof. Ir. Tata Surdia MS. Met., E dan
Prof. Dr. Shiroku Saito. Pradya Pratama.
Ilmu Teknologi Bahan, Lawrence H. Van Vlack, dan Sriati Djaprie
Erlangga, Jakarta.

































1.1 Latar Belakang

read more...

Analisa kegagalan pada material

Analisa kegagalan pada material

A. Korosi pada Temperatur Tinggi

Telah diketahui bahwa korosi sebagai penurunan mutu logam akibat reaksi elektrokimia dengan lingkungannya, tetapi lingkungan yang dimaksudkan hampir selalu mengandung air. Korosi pada permukaan logam ternyata masih dapat terjadi meskipun elektrolit cair tidak ada; karena itu tidak mengherankan bila proses tersebut sering disebut korosi kering. Namun demikian, defenisi tentang korosi yang telah digunakan selama ini tidak berubah.

Barangkali proses korosi kering yang paling nyata adalah reaksi logam dengan oksigen udara. (walaupun nitrogen menjadi unsur utama yang membentuk udara, perannya tidak penting ketika logam dipanaskan di udara, karena pengaruh oksigen lebih dominan. Pada temperatur tinggi, nitrogen memang bereaksi dengan kromium, aluminium, titanium, molibdenum, dan tungsten). Kendati reaksi dengan oksigen pada prinsipnya sangat sederhana, para ilmuwan di masa lampau mengalami kesulitan dalam memahami perubahan berat yang menyertai kalsinasi (oksidasi) logam di udara. Bahkan sekarang, pengkajian tentang oksidasi dan reaksi - reaksi temperatur tinggi lain menyangkut paduan – paduan moderen telah membuktikan bahwa proses yang dilibatkan kompleks sekali.

Oksigen mudah bereaksi dengan kebanyakan logam; meskipun energi termal yang dibutuhkan untuk menghasilkan laju oksidasi yang bermakna bagi perekayasa mungkin sangat bervariasi untuk logam - logam yang berbeda pada temperatur yang sama. Pada temperatur lingkungan sehari – hari, dari kebanyakan bahan untuk rekayasa ada yang sudah teroksidasi sedemikian rupa sehingga lapisan oksida melindungi logam di bawahnya. Ada pula yang di udara kering bereaksi begitu lambat sehingga oksidasi tidak mendatangkan masalah. Pada temperatur tinggi, walau bagaimanapun, laju oksidasi logam - logam meningkat. Jadi, jika sebuah komponen rekayasa mengalami kontak langsung dengan lingkungan bertemperatur tinggi untuk waktu yang lama, komponen itu mungkin menjadi tidak berguna. Sebagai contoh, dalam udara kering yang murni pada temperatur hanya sedikit di bawah 480°C, sebuah selaput pelindung yang sangat tipis terbentuk pada permukaan baja lunak yang telah dipoles, tetapi dengan laju yang dalam pengertian rekayasa dapat diabaikan. (Laju ambang batas yang telah didefenisikan adalah 10-3 Kg m-2 jam –2). Meskipun demikian, selama proses penggilingan dan pengepresan panas terhadap baja lunak (proses yang berlangsung pada sekitar 900°C), laju oksidasi cukup besar untuk menghasilkan selapis oksida yang disebut kerak giling (mill scale), yang tidak berfungsi sebagai pelindung. Kita sudah melihat bahwa kerak giling mungkin penting pengaruhnya terhadap laju korosi baja lunak dalam lingkungan berair. Di pihak lain, kemanfaatan logam - logam seperti aluminium dan titanium bergantung pada kemampuan masing – masing dalam membentuk selaput oksida pelindung pada temperatur kamar.

Kita melihat bahwa tidak semua proses korosi tidak dikehendaki. Oksida yang terkendali pada besi dan baja dalam pembuatan senjata sudah menjadi seni tersendiri, karena dengan cara ini senjata – senjata tersebut dapat dibuat menjadi indah dan tahan lama. Dekorasi yang indah bisa diperoleh melalui pembentukan warna – warni pada permukaan logam. Titanium dapat dioksidasi secara elektrokimia agar menghasilkan warna – warni indah seperti permata. Efek – efek tersebut ditimbulkan oleh selaput oksida. Efek serupa yang mudah dijumpai adalah warna – warni pelangi pada ujung knalpot sepeda motor yang terbuat dari baja nirkarat.

Sebelum pengendalian temperatur dalam proses - proses perlakuan panas mencapai kecanggihan seperti pada masa sekarang ini, temperatur lempengan atau batangan baja sering diukur dari warna – warni yang berkembang pada permukaannya selama perlakuan panas itu berlangsung. Cara ini ternyata cukup teliti : untuk setiap kenaikan 10°C antara 230°C dan 280°C, warna logam berubah menurut urutannya adalah : gading pucat, gading tua, coklat, ungu kecoklatan, ungu, dan ungu tua. Logam baja tampak kebiruan pada temperatur 300°C.

Sampai berkembangnya motor turbin gas untuk pesawat terbang modern yang dimulai dengan motor Whittle dalam tahun 1937, penggunaan logam - logam dan paduan - paduan untuk perekayasa di lingkungan temperatur tinggi jarang yang sampai menimbulkan masalah pemilihan bahan. Walaupun turbin uap telah dikembangkan sejak akhir 1800-an dan digunakan oleh Parsons pada tahun 1897 untuk penggerak kapal laut, temperatur pengoperasian tidak terlalu tinggi sehingga bahan – bahan yang sudah ada msih dapat digunakan. Pengembangan motor turbin gas untuk pesawat sessudah Perang Dunia Kedua secara dramatik mengubah situasi tersebut.

Kondisi pengopersian kian menjadi ganas : bahan - bahan yang dibutuhkan adalah yang mampu bertahan terhadap temperatur dari 800 hingga 1000°C, masih ditambah tingkat tegangan yang besar akibat rotasi kecepatan tinggi. Ini menuntut dikembangkannya golongan paduan - paduan baru yang disebut paduan super (superalloys). Bahan dasar paduan - paduan ini kebanyakan adalah nikel, walaupun ada juga kelompok – kelompok yang menggunakan bahan dasar besi dan kobalt. Sekarang paduan super digunakan pada turbin – turbin gas untuk kapal laut, pesawat terbang, industri dan kendaraan, serta untuk wahana angkasa, motor roket, reaktor nuklir, pembangkit listrik tenaga uap, pabrik petrokimia, dan banyak lagi penerapan lain.

Baja masih menjadi bahan utama untuk penggunaan dalam turbin – turbin gas; walaupun presentasenya telah turun karena tergeser oleh paduan – paduan super dan paduan - paduan titanium. Peran serta paduan - paduan aluminium dalam pengembangan turbin gas kecil; tetapi seperti akan kita lihat, sebagai unsur tambahan aluminium penting sekali.

B. Korosi Celah

Orang sudah percaya bahwa baja nirkarat (stainless steel) mempunyai ketahanan luar biasa terhadap korosi sehingga bila bahan ini yang dipilih maka masalah korosi akan pasti terpecahkan. Walaupun memang benar bahwa baja nirkarat memperlihatkan kehebatannya dalam berbagai situasi, pada beberapa penerapan tertentu justru sangat buruk sehingga harus diwaspadai. Banyak kegagalan pada komponen – komponen baja nirkarat telah terjadi akibat korosi di celah – celah, atau di bagian – bagian tersembunyi karena volume – volume kecil elektrolit yang terperangkap di situ bisa lebih aggresif dibandingkan kalau dalam volume besar.

Pembentukan lubang – lubang pada pipa tembaga untuk sistem – sistem air tawar jarang, tetapi ini dapat terjadi bila teknik pembuatan pipa itu salah. Sepotong pipa tembaga bergaris tengah 25 mm yang rusak akibat tertinggalnya selapis pelumas organik sesudah pipa terbentuk. Dalam pembuatannya pipa dianil, dan temperatur tinggi membentuk selapis karbon di sepanjang bagian dalam pipa. Retak atau pecah yang selanjutnya terjadi pada selaput karbon menyebabkan proses pembentukan sumuran yang aktif sekali sehingga di tempat itu pipa akan tembus dalam waktu singkat. Ciri lubang – lubang akibat korosi ini adalah terbentuknya gundukan – gundukan kecil melingkar yang merupakan hasil korosi di sekitar lubang.

Kendati korosi celah sama sekali bukan masalah yang baru, seperti korosi dwilogam, para perekayasa sering masih kurang menghayati pentingnya perancangan dan pemilihan bahan secara tepat guna mendapatkan ketahanan yang memadai terhadap korosi. Pada tahun 1981 dilaporkan bahwa salah satu masalah paling serius dalam industri nuklir AS adalah serangan – serangan lokal pada tabung – tabung Incole 600 akibat korosi dalam celah – celah di antara tabung – tabung dan pelat – pelat penyangga dari baja karbon. Karena sekitar 60 generator uap yang terkena masalah ini, biaya penanggulangannya ditaksir sekitar 6000 juta dollar.

C. KOROSI SUMURAN

Korosi sumuran (pitting corrosion) adalah korosi lokal yang secara selektif menyerang bagian permukaan logam yang :
a) Selaput pelindungnya tergores atau retak akibat perlakuan mekanik;
b) Mempunyai tonjolan akibat dislokasi atau slip yang disebabkan oleh tegangan tarik yang dialami atau tersisa;
c) Mempunyai komposisi heterogen dengan adanya inklusi, segregasi atau presipitasi.

Pengamatan terhadap lubang - lubang atau ceruk - ceruk akibat korosi celah kadang - kadang dapat menyebabkan kita bingung tentang perbedaan antara kedua bentuk korosi itu. Sebuah makalah penting mengenai ini yang ditulis oleh Wilde menguraikan sejumlah kesamaan yang menyolok antara mekanisme penjalaran korosi celah dan korosi sumuran. Begitu terbentuk, sebuah ceruk menunjukkan perilaku yang sangat mirip dengan proses korosi celah yang telah dijelaskan. Bagaimanapun korosi sumuran dapat dibedakan dari korosi celah dalam fase pemicuan-nya. Jadi, sementara korosi celah dipicu oleh beda kosentrasi oksigen atau ion - ion dalam elektrolit, korosi sumuran (pada permukaan yang datar) hanya dipicu oleh faktor - faktor metalurgi.

Berikut ini kita akan membahas korosi sumuran pada besi atau baja karena mekanisme pembentukannya menggambarkan kemajuan yang nyata dalam pemahaman tentang korosi ini.

Sudah banyak orang mengetahui bahwa bila selembar baja lunak yang bersih dibiarkan kehujanan dalam beberapa hari akan terkorosi dengan cepat dan “karat” yang terbentuk akan berupa endapan keras, keropeng, atau tonjolan - tonjolan bundar, pada bagian - bagian tertentu dimana titik - titik air menggenang lebih lama. Kalau “karat” itu kemudian dihilangkan dengan sikat kawat, kita akan menjumpai lubang - lubang di tempat yang semula tertutup hasil korosi. Pada tahap ini, kita menggunakan istilah “karat” dalam tanda kutip, karena dalam penngertian sehari – hari kata itu berarti produk korosi kecoklatan yang terbentuk di permukaan besi atau baja yang terkorosi. Produk korosi ini sesungguhnya suatu campuran dari sejumlah bahan kimia sehingga kata “karat” sebetulnya mempunyai makna yang lebih tepat.

Penjelasan klasik tentang pembentukan ceruk di bawah titik air di permukaan besi antara lain diajukan oleh Evans. Pembentukan sebuah ceruk didahului oleh korosi biasa di seluruh permukaan yang dibasahi air, mungkin akibat efek batas butir sederhana. Konsumsi oksigen pada reaksi katoda normal dalam larutan netral menyebabkan terjadinya gradien kosentrasi oksigen dalam elektrolit. Mudah dipahami bahwa daerah basah yang bersebelahan dengan udara atau antarmuka elektrolit menerima oksigen dari difusi lebih banyak ketimbang daerah di pusat tetesan air yang terletak paling jauh dari sumber pemasokan oksigen. Gradien kosentrasi ini daerah di tengah itu mengalami polarisasi anodik sehingga terlarut dengan aktif :
Fe → Fe2+ + 2e-
Ion - ion yang dibangkitkan di daerah katoda terdifusi ke arah dalam dan bereaksi dengan ion - ion besi yang terdifusi ke arah luar, sehingga terjadilah pengendapan produk korosi tak dapat larut di sekeliling cekungan, atau ceruk. Ini selanjutnya menghambat difusi oksigen, mempercepat proses anodik di pusat tetesan dan menyebabkan reaksi bersifat otokatalik.

Sampai di sini, ada baiknya kita memahami betul bagaimana ekspresi yang disederhanakan dalam persamaan di atas. Langkah – langkah yang terjadi mungkin sebagai berikut :
a) Fe + H2O → Fe(H2O)ads
b) Fe(H2O)ads → Fe(OH-)ads + H+
c) Fe(OH-)ads → Fe(OH)ads + e-
d) Fe(OH)ads → Fe(OH)+ + e-
e) Fe(OH)+ + H+ → Fe2+ + H2O

Dalam ekspresi – ekspresidi atas, ads adalah kependekan dari adsorbed dan menyiratkan bahwa reaksi berlangsung dalam fase padat di antarmuka pada/cair. Contoh ini tidak dimaksudkan untuk menakut – nakuti pembaca, namun sekedar mengingatkan tentang rumitnya reaksi – reaksi yang sepintas tampak sederhana, khususnya dalam proses yang dikenal sebagai pembentukan karat biasa.
D. FATIK

Fatik dapat diartikan sebagai keluluhan yaitu merupakan skor logam yang timbul akibat pembebanan yang besar sehingga mengalami perubahan pada sifat logamnya.
Kekuatan tarik dapat dijadikan sebagai pedoman dasar untuk konstruksi yang mengalami perubahan pada sifat logamnya. Kekuatan tarik dapat dijadikan pedoman dasar untuk konstruksi yang mengalami beban tarik listrik. Jumlah static/siklus yang dipikul oleh logam akan turun dengan naiknya variable yang mempengaruhi daya tahan fatik.
1. Penyelesaian permukaan
Retak fatik kerap kali berawal dari permukaan komponen bekas permesinan atau ketidakpastian lain harus dihilangkan dan usaha ini berpengaruh sekali terhadap fatik. Perlakuan permukaan akan meningkatkan umur fatik.
2. Frekuensi siklus tegangan
Pengaruh terhadap umur fatik hamper tidak ada walaupun penurunan frekwensi biasanya menurunkan umur fatik.
3. Temperatur
Kekuatan fatik yang paling tinggi pada temperature rendah dan berkurang secara bertahap.
4. Tegangan rata-rata
Kondisi fatik dimana tegangan rata-rata tidak besar dari tegangan luluh.

E.DISLOKASI
Pada kenyataan kekuatan logam jauh dibawah kekuatan teoritis, ini berarti ada sesuatu didalam logam yang menurunkan kekuatannya yang disebut dislokasi.
Jadi, secara singkat dislokasi menurunkan kekuatan logam atau dislokasi ini adalah cacat di dalam logam yang menurunkan kekuatan logam tersebut.
Menurut modelnya, dislokasi dibagi dua yaitu:
 Dislokasi sisi
apabila garis dislokasi tegak lurus terhadap bidang slip
 Dislokasi ulir
apabila garis dislokasi sejajar terhadap bidang slip

F.MEKANISME CREEP
Creep didefinisikan sebagai aliran plastis pada kondisi tegangan konstan dan meskipun sebagian besar pengujian dilakukan dengan pembebanan konstan. Meskipun creep tidak terjadi disuhu rendah dimana pergerakan atas dapat diabaikan akan tetap bertambah secara dispensil dengan meningkatnya suhu.
Jadi creep dapat didefinisikan sebagai deformasi yang terjadi secara kontinu bila mendapat beban terus menerus hingga terjadi patah. Patah ini terjadi biasanya pada bagian yang kadar karbonnya paling rendah
Dari diagram berikut terlihat bahwa laju regengan bergerak secara perlahan naik seiring dengan bertambahnya tegangan atau pada suhu yang tinggi sedangkan mekanisme mulur tidak terjadi pada suhu rendah.

read more...

korosi udara

KOROSI UDARA

Sebelum memjelaskan langkah-langkah yang dapat diambil untuk mengendalikan korosi udara, alangkah baiknya bila kita mempelajari beberapa faktor yang menyebabkannya.
Faktor paling penting adalah adanya air yang mungin berasal dari hujan, kabut, atau pengembunan akibat kelembaban relatif tinggi. Efek-efek masing-masing tida semua sama. Hujan deras bisa menguntungkan karenan membasuh bahan-bahan pengotor yang menumpuk di permukaan logam. Dalam merancang sebuah struktur, kita harus selalu waspada agar air hujan bisa mengalir dengan bebas dan mempunyai ventilasi cukup untuk mengeringkan seluruh permukaan.
Kabut dan pengembunan bisa mendatangkan bahaya korosi dari udara arena membasahi seluruh permukaan termasuk yang tersembunyi. Lapisan-lapisan tipis air dari kabut dan embun tidak akan mengalir dan akan tetap di situ sampai menguap oleh hembusan angin atau meningkatnya temperatur. Untuk memulai serangan, selapis tipis air yang tidak kelihatan sudah lebih dari cukup. Kebanyakan logam seperti besi, baja, nikel, tembaga dan seng mengalami orosi bila elembaban re;atif lebih dari 60 %. Jika kelembaban lebih dari 80 %, karat pada besi dan baja menjadi higrosopik (menyerap air) dan dengan demikian laju serangan meningkat lagi.
Lapisan tipis embun yang terbentuk dari kabut atau dari kelembaban relatif lebih tinggi mudah jenuh dengan oksigen dari udara, arena itu reaksi katodik, entah pengurangan Oksigen atau pembentukan Hidrogen, bukan merupakan tahapan penentu laju dalam proseskorosi yang ditimbulkannya. Laju dan tingkat keparahan serangan biasanya ditentukan oleh konduktifitas eletrolit, yang bergantung pada kadar bahan pengotor yang terlarut. Bahan pengotor ini berbeda-beda, dari Karbon dioksida, Belerang trioksida, senyawa-senyawa nitrat, Hidrogen sulfida dan ion-ion klorida di lingkungan laut. Uji-uji exposure telah memperlihatkan bahwa laju orosi untuk baja yang hanya 5 μm per tahun di Nkpoku, sebuah desa di Nigeria, meningkat menjadi 90 μm per tahun di Sheffield, sebuah kawasan industri di Inggris. Di lingkungan laut, terutama di pesisir, laju orosi bisa lebih tinggi lagi.
Temperatur berpengaruh terhadap orosi udara melalui dua cara. Pertama peningkatan temperatur biasanya diikuti oleh peningkatan laju reaksi. Pada umumnya, laju reaksi meningkat hampir dua kali lipat setiap kali temperatur naik 10o C. Bagaimanapun, pada temperatur tinggi, elarutan oksigen berkurang dan karena itu laju reaksi katodik menjadi lebih rendah sehingga membatasi orosi. Dalam lapisan-lapisan tipis dengan pasokan oksigen yang baik dari udara efek pembatasan ini akan kecil.
Kedua, perubahan temperatur berpenbgaruh terhadap kelembaban relatif damn dapat menyebabkan pengembunan titik embun. Jika temperatur turun lebih rendah dari titik embun, udara menjadi jenuh dengan uap air dan titik-titik air akan mengendap pada setiap permukaan yang terbuka. Pengembunan bisa terjadi di semua permukaan yang cukup dingin, baik di luar maupun di dalam. Titik-titik air dapat menggenang pada tempat-tempat tertentu dan membentuk kolam elektrolit yang tersembunyi dalam suatu struktur sehingga korosi terjadi di tempat yang tidak disanga-sangka.
Pengembunan titi embun bertanggung jawab atas berbagai kerusakan pada knalpot-knalpot endaraan dan cerobong-cerobong asap. Jika temperatur gas yang disemburkan turun hingga lebih rendah dari titi embunnya sebelum sempat terlepas ke udara bebas, pengembuanan akan terjadi. Gas bahan bakar biasanya mengandung belerang oksida dan senyawa-senyawa nitrogen. Ini akan menjadi elektrolit-eletrolit agresif yang dengan cepat mendatangkan kegagalan korosi dan bermula pada permukaan sebelah dalam.
Belerang triosida bisa menjadi asam sulfat, sebuah eletrolit yang sangat agresif. Peningkatan kadar belerang trioksida juga menaikkan juga meningkatkan titik embun gas sehingga kondensat akan terebentuk pada temperatur lebih tinggi dan mempercepat kontak permukaan knalpot dengan elektrolit. Pengotor bahan bakar lain yang umum, vanadium, bertindak sebagai katalisator untuk pengubahan belerang dioksida menjadi belerang trioksida dalam ruang pembakaran, ini pun meningkatan emungkinan kegagalan dini pada sistem pembuangan gas. Gas buang tanpa belerang triosida memiliki titik embun dalam rentang antara 38o C hingga 46o C, kehadiran 5 ppm belerang triosida menaikkannya menjadi 100o C, sedangkan 40 ppm menyebaban titi embun menjadi 168o C.
Partikel-partikel padat yang terbawa oleh aliran udara atau gas dapat mengiis cat dan selaput-selaput pelindung pada permukaan logam. Bagian yang rusak akibat pengikisan ini cenderung terkorosi lebih dahulu begitu elektrolit terbentuk pada permukaannya.
Pesawat terbang mempunyai peluang besar untuk mengalami erusakan korosi akibat kikisan partikel padat. Ketika masih di adarat, cat bisa rusa oleh pasir dan debu yang berterbangan akibat angin olakan yang ditimbulkan oleh geraan pesawat. Sedangkan di angkasa, kikisan bisa terjadi oleh partikel-partikel es yang sangat halus atau tetes-tetes air hujan. Korosi pada bagian yang terkikis itu segera dimulai begitu pesawat memasuki daerah lembab. Cat pesawat terbang yang bahan dasarnya resin epoksin lebih rentan dibanding yang bahan dasarnya poliuretan, khususnya karena partikel-partikel es yang halus bisa membentuk lubang-lubang kecil menembus lapisan cat.
Partiel-partiel abrasif yang masuk ke dalam motor turbin gas dapat mengikis lapisan penahan temperatur tinggi pada sudu-sudu, akibatnya bagian ini akan mengalami korosi panas atau korosi temperatur tinggi.
Apabila kelembaban relatif tinggi, sel-sel aerasi diferensial mini dapat terbentuk di bawah debu atau partikel-partikel kasar yang menempel pada permukaan logam. Akibatnya, permukaan logam akan dipenuhi dengan produk korosi yang menutupi lubang-lubang korosi. Baja nirkarat, yang digunakan sebagai penghias bagian depan rumah di kota-kota besar, sering menderita korosi seperti ini. Karena itu perlu dilapisi minyak atau bahan transparan lain untuk menghentikan proses pembentukan sel. Beberapa partiel, misalnya jelaga, dapat bertindak sebagai atoda-atoda aktif yang membentuk sel-sel korosi penyebab lubang-lubang di permukaan logam.

PENGENDALIAN KOROSI UDARA

Cara paling efektif untuk mengamankan suatu benda dari korosi udara adalah memasukkannya ke dalam ruang hampa kemudian menutup lubang-lubangnya dengan rapat. Namun begitu ruang hampa itu bocor, sebesar lubang jarumpun, korosi akan dimulai. Sebagai perlindungan tambahan, ke dalam ruang hampa itu orang biasanya memasukkan bahan pengering.
Di gudang-gudang dan ruang penyimpanan, udara dapat dipanasan untuk menurunkan kelembaban relatif hingga di bawah 60 %, karena pada harga tersebut korosi aan dimulai pada kebanyakan logam. Pemanasan ini tidak menghilangkan uap air dari udara dan pengembunan masih akan terjadi pada permukaan yang dapat mendinginginkan udara hingga di bawah titik embunnya. Siapa pun yang memakai kacamata pasti pernah mengalami gejala ini, lensa kacamata menjadi berkabut ketika pindah e tempat hangat dari ruang yang lebih dingin. Korosi ringan sering diderita oleh benda-benda logam yang baru dimasukkan ke dalam gudang yang temperaturnya terkendali, yakni sebelum logam mampu menyesuaikan diri dengan temperatur udara di ruangan itu. Masalah serius timbul jika air ebetulan terperangkap di bagian tersembunyi yang buru ventilasinya sehingga pengeringan berjalan lambat. Efek yang sama akan terjadi apabila barang-barang dikemas repat-rapat di ruang kerja hangat dan kemudian dipindahan ke kondisi lebih dingin, misalnya di gudang tanpa pemanas atau di perjalanan. Dalam emasan tadi pengembunan bisa berlangsung.
Uap air dapat dihilangkan dari udara yang kan dirirkulasikan ke dalam gudang. Mendinginkan udara dengan cara melewatkannya e permukaan yang lebih dingin dari temperatur kerja dalam gudang akan memisahkan sebagian kandungan air sehingga kelembaban relatif bisa dipertahankan di bawah tingkat ritisnya. Pengeringan melalui pembekuan dapat digunakan untuk menghasilkan udara dengan sisa kandungan air sangat rendah. Untuk menjaga agar kelembaban relatif rata-rata di bawah 60 %, upaya penurunan kelembaban harus jauh lebih rendah, misalnya hingga 30 % atau 40 %, yaitu untuk mengimbangipertukaran udara melalui pintu-pintu atau lubang-lubang ventilasi alami. Kelembaban relatif yang optimun dari segi kenyamanan adalah antara 40 % dan 65 %. Tingkat-tingkat yang sedikit lenbih rendah di gudang-gudang dianggap tidak membahayakan kesehatan, walaupun para pekerja mungkin akan lekas haus bila berada di situ cukup lama.
Dalam kotak-otak atau ruang penyimpanan, upaya pengeringan udara melalui pendinginan kurang tepat, dan dogantikan dengan bahan penyerap air. Sekali lagi, untuk mendapatkan efek yang maksimum, udara dalam kotak atau ruang penyimpanan harus diusahakan tidak bertukar lagi dengan udara di luar, atau paling tidak laju pertukaran udara dibuat sekecil mungkin. Bahan penyerap tidak boleh korosif terhadap logam yang dilindungi, dan lebih baik lagi kalau murah dan mudah penanganannya. Dalam praktek, untuk mendapatkan kelembaban sangat rendah yang paling umum adalh menggunakan silica gel dan alumina yang diaktivasi, dalam pembungkus dari bahan penyaring molekuler. Perubahan warna pada bahan penyarap akan menyatakan penurunan kemampuan pengeringannya, tetapi kemampuan itu dapat dipulihkan sukup dengan memanasannya dengan oven.
Sebagaimana telah diungkapan, kemasan bahan penyerap tidak boleh sembarangan. Udara dari luar harus bebas bersirkulasi diantara agen-agen pengeringan itu tetapi yang terakhir ini tidak boleh tumpah eluar. Di rungan atau kotak besar yang stabil, bahan pengering boleh ditempatkan di atas piring terbuka, tetapi dalam kotak-kotak emasan kecil yang mungkin akan dibalik-balik atau terguncang-guncang, orang menggunakan kotak logam berlubang-lubang atau kantung berpori.
Bahan pengotor dapat dihilangkan dengan mengabutan air bersih ke udara sebelum udara tadi dimasukkan ke dalam sistem. Besarnya luas permukaan yang terkena pengabutan memungkinkan gas-gas pengotor larut dengan cepat sementara pertikel-pertikel padatnya tersapu oleh aliran-aliran udara. Tentu saja, proses scrubbing ini harus dilaksanakan sebelum udara dikeringakan.
Metode lain untuk melindungi komponen baja selama pengangkutan dan penyimpanan adalah menggunakan vapour phase inhibitor (VPI). Sesuai dengan namanya, bahan-bahan ini mudah menguap. Bahan ini akan menyebar ke seluruh ruang bebas dalam kemasan dan mengendapkan selaput penolak air ke permukaan-permukaan yang terbuka. Sementara VPI menguntungkan untuk menangani logam-logam besi, bahan ini dapat meningkatkan laju serangan kepada bahan-bahan lain, jika komponen yang dilindungi memiliki bagian-bagian dari plastik, logam bukan besi, dan cat, pemakaian inhibitor ini harus dilakukan dengan sangat hati-hati.
Mekanisme perlindungan yang diberian oleh VPI masih belum jelas, tetapi ada beberapa hal yang dapat dikemukakan. Senyawa VPI terbentuk dari sebuah kation organik mudah menguap, biasanya amina, dan sebuah anion yang bertindak sebagai inhibitor. Pada permukaan logam, kation memproduksi sebuah selaput adsorbsi tipis yang mempunyai dua fungsi penting : pertama, selaput itu hidrofobik, dan kedua, selaput itu mengendalikan pH lapisan embun yang terbentuk di atasnya. Dalam dua jenis VPI yang sering digunakan, yang menjadi anion adalah karbonat dan nitrit. Anion-anion ini terbawa oleh kation yang mudah menguap untuk kemudian diendapan ke permuaan logam. Andaikata ada air menggenang di atasnya, atau komponen terendamsedemikian sehingga selaput kation pecah, anion bertindak sebagai inhibitor normal untu mengendalikan laju korosi dengan mempolarisasi reaksi-reaksi elektroda. Ketika terendam dalam air, anion biasanya memberikan tingkat perlindungan yang sama seperti yang akan diberikan oleh garam natrium anion tersebut.
Untuk baja dan alumunium, dua VPI yang lazim dipakai adalah disikloheksilamina nitrit (DCHN) dan sikloheksilamina (CHC). DCHN mempunyai tekanan uap lebih rendah dan dan membutuhkan waktu lebih lama untuk menghasilkan selaput permukaan yang efektif, tetapi perlindungan yang diberikannya jauh lebih lama. Tekanan uap bahan ini 0,027 Pa pada 25 o C, dan bila dilarutkan membuat air mempunyai pH 6,8. Satu gram bahan ini dapat menjenuhkan 550 m3 udara dan membuatnya tidak korosif lagi terhadap baja. Dalam kemasan yang rapat pada temperatur kamar DCHN akan menghalangi korosi sampai beberapa tahun. Bagaimanapu, bahan ini dapat menimbulkan efek buruk terhadap sebagian bahan logam bukan besi, plasti dan cat. Ini terutama dialami oleh seng, magnesium dan kadmium. CHC mempunyai tekanan uap tinggi, 21,3 Pa pada 25o C, dan bila dilarutkan akan membuat air mempunyai pH 10,2. tekanan uap yang lebih tinggi membuatnya menghasilkan selaput pelindung dalam waktu jauh lebuh cepat dibandingkan DCHN, tetapi untuk berat inhibitor yang sama, perlindungan yang diberikannya jauh lebih singkat. CHC paling baik bila digunakan dalam kemasan-kemasan yang dibuka secara berkala; VPI dapat diperbaharui secara beraturan, dan komponen dengan cepat memperoleh perlindungan kembali begitu kemasanj ditutup. Bahan ini tidak menghambat korosi pada kadmium, malahan meningkatkan laju serangan korosi pada tembaga, kuningan dan megnesium. Plastik, cat dan warna celupan juga bisa rusak dalam udara yang mengandung CHC.
Kertas mengandung DCHN telah digunakan secara luas dalam egiatan reayasa teliti untuk membungkus alat-alat, perlengkapan ukur dan komponen-komponen peka lain. Kertas yang agak kasap itu bisa memberikan perlindungan sampai bertahun-tahun, asalkan kemasan tidak terganggu. CHC biasanya ditempatkan dalam piring terbuka atau dalam wadah berpori.
Orang juga menggunakan kedua VPI itu dalam bentu campuran. CHC membentuk selaput pelindung dengan cepat, sedangkan DCHN berfungsi memberi perlindungan jangka panjang. Bahan-bahan VPI lain juga telah dibuat untuk melindungi logam-logam yang berbeda, borat untuk seng dankromat untuk tembaga serta paduan-paduannya, tetapi tampaknya tidak digunakan secara luas.
Metode pemghampaan atau penyerapan digunakan untuk melindungi peralatan elektronik dan optik, sedangkan VPI tidak digunakan untuk maksud ini karena menghasilkan selaput yang kasap.
Banyak bahan organik seperti kayu, plastik, dan cat mengeluarkan uap agresif yang memulai untuk membantu proses korosi pada permukaan logam di dekatnya. Asam maleat, glikol, dan stirena terbukti tedesorbsi dari kaca yang diperuat serat plastik, sedangkan kayu mengeluarkan uap asam asetat. Produk yang belaangan tadi ternyata menimbulkan masalah serius bila peti kayu digunakan untuk menyimpan atau mengangkut benda-benda logam.


Unsur utama pembentuk kayu adalah selulosa. Senyawa ini terdiri dari rantai-ranrai panjang molekul gula yang mengandung gugus-gugus hidroksil basa, sebagian diantaranya bergabung dengan asam asetat dalam bentuk ester. Gugus-gugus ini dapat bereaksi dengan air untuk melepaskan asam asetat bebas, yaitu :
CH3COOR + HOH ROH + CH3COOH
ester air alkohol asam
kesetimbangan dalam reaksi itu selalu mengandung arti bahwa air dalam kayu agak bersifat asam. Bagaimanapun, bahaya korosi yang utama timbul dari mudah menguapnya asam asetat dari kayu yang kemudian memenuhi udara di sekitarnya. Elektrolit yang efektif sekali akan terbentuk ketika uap tadi mengembun di permukaan logam.
Kotak kayu terbuka yang memungkinan peredaran udara secara bebas dapat mengurangi tingkat kerusakan. Dalam ruang terkurung yang cuaca mikronya bisa menjadi sarat dengan uap asam, dan benda dari besi terpaksa disimpan rapat-rapatdi dalamnya, maka bahan penyerap air atau VPI harus digunakan. Bagian dalam peti katu harus dilapisi seluruhnya agar uap dari kayu tidak mencapai logam. Sebagai bahan pelapis, orang biasanya menggunakan polietilana, kertas ter, kertas kraft berlapis aspal atau bahkan lembaran seng. Bahan penyerap air atau VPI ditaruh di sebelah dalam lapisan pelindung yang sambungan-sanbungannya harus betul-betul rapat. Serangan asam asetat yang paling parah dialami oleh baja lunak, seng, paduan-paduan kadmium dan magnesium, sedangkan titanium, timah, dan baja nirkarat austenitik menderita kerusakan paling ringan.
Korosi oleh uap asam selalu dimungkinkan bila logam berdekatan dengan kayu dan ventilasi untuk mengusir uap asam tidak memadai.

read more...

korosi pada tempratur tinggi

KOROSI PADA TEMPERATUR TINGGI


Andaikan pikiran semua orang besar di dunia digabung menjadi satu, dan biarkan gabungan yang dahsyat ini meregangkan syaraf sampai batas kemampuannya; biarkan bumi dan langit dijelajahinya; biarkan setiap bukit dan ngarai ditelusurinya; yang akan diketemukan hanyalah penyebab makin beratnya logam yang teroksidasi di udara. (Jean Rey: 1630)

Telah diketahui bahwa korosi sebagai penurunan mutu logam akibat reaksi elektrokimia dengan lingkungannya, tetapi lingkungan yang dimaksudkan hampir selalu mengandung air. Korosi pada permukaan logam ternyata masih dapat terjadi meskipun elektrolit cair tidak ada; karena itu tidak mengherankan bila proses tersebut sering disebut korosi kering. Namun demikian, defenisi tentang korosi yang telah digunakan selama ini tidak berubah.

Barangkali proses korosi kering yang paling nyata adalah reaksi logam dengan oksigen udara. (walaupun nitrogen menjadi unsur utama yang membentuk udara, perannya tidak penting ketika logam dipanaskan di udara, karena pengaruh oksigen lebih dominan. Pada temperatur tinggi, nitrogen memang bereaksi dengan kromium, aluminium, titanium, molibdenum, dan tungsten). Kendati reaksi dengan oksigen pada prinsipnya sangat sederhana, para ilmuwan di masa lampau mengalami kesulitan dalam memahami perubahan berat yang menyertai kalsinasi (oksidasi) logam di udara. Bahkan sekarang, pengkajian tentang oksidasi dan reaksi - reaksi temperatur tinggi lain menyangkut paduan – paduan moderen telah membuktikan bahwa proses yang dilibatkan kompleks sekali.

Oksigen mudah bereaksi dengan kebanyakan logam; meskipun energi termal yang dibutuhkan untuk menghasilkan laju oksidasi yang bermakna bagi perekayasa mungkin sangat bervariasi untuk logam - logam yang berbeda pada temperatur yang sama. Pada temperatur lingkungan sehari – hari, dari kebanyakan bahan untuk rekayasa ada yang sudah teroksidasi sedemikian rupa sehingga lapisan oksida melindungi logam di bawahnya. Ada pula yang di udara kering bereaksi begitu lambat sehingga oksidasi tidak mendatangkan masalah. Pada temperatur tinggi, walau bagaimanapun, laju oksidasi logam - logam meningkat. Jadi, jika sebuah komponen rekayasa mengalami kontak langsung dengan lingkungan bertemperatur tinggi untuk waktu yang lama, komponen itu mungkin menjadi tidak berguna. Sebagai contoh, dalam udara kering yang murni pada temperatur hanya sedikit di bawah 480°C, sebuah selaput pelindung yang sangat tipis terbentuk pada permukaan baja lunak yang telah dipoles, tetapi dengan laju yang dalam pengertian rekayasa dapat diabaikan. (Laju ambang batas yang telah didefenisikan adalah 10-3 Kg m-2 jam –2). Meskipun demikian, selama proses penggilingan dan pengepresan panas terhadap baja lunak (proses yang berlangsung pada sekitar 900°C), laju oksidasi cukup besar untuk menghasilkan selapis oksida yang disebut kerak giling (mill scale), yang tidak berfungsi sebagai pelindung. Kita sudah melihat bahwa kerak giling mungkin penting pengaruhnya terhadap laju korosi baja lunak dalam lingkungan berair. Di pihak lain, kemanfaatan logam - logam seperti aluminium dan titanium bergantung pada kemampuan masing – masing dalam membentuk selaput oksida pelindung pada temperatur kamar.

Kita melihat bahwa tidak semua proses korosi tidak dikehendaki. Oksida yang terkendali pada besi dan baja dalam pembuatan senjata sudah menjadi seni tersendiri, karena dengan cara ini senjata – senjata tersebut dapat dibuat menjadi indah dan tahan lama. Dekorasi yang indah bisa diperoleh melalui pembentukan warna – warni pada permukaan logam. Titanium dapat dioksidasi secara elektrokimia agar menghasilkan warna – warni indah seperti permata. Efek – efek tersebut ditimbulkan oleh selaput oksida. Efek serupa yang mudah dijumpai adalah warna – warni pelangi pada ujung knalpot sepeda motor yang terbuat dari baja nirkarat.

Sebelum pengendalian temperatur dalam proses - proses perlakuan panas mencapai kecanggihan seperti pada masa sekarang ini, temperatur lempengan atau batangan baja sering diukur dari warna – warni yang berkembang pada permukaannya selama perlakuan panas itu berlangsung. Cara ini ternyata cukup teliti : untuk setiap kenaikan 10°C antara 230°C dan 280°C, warna logam berubah menurut urutannya adalah : gading pucat, gading tua, coklat, ungu kecoklatan, ungu, dan ungu tua. Logam baja tampak kebiruan pada temperatur 300°C.

Sampai berkembangnya motor turbin gas untuk pesawat terbang modern yang dimulai dengan motor Whittle dalam tahun 1937, penggunaan logam - logam dan paduan - paduan untuk perekayasa di lingkungan temperatur tinggi jarang yang sampai menimbulkan masalah pemilihan bahan. Walaupun turbin uap telah dikembangkan sejak akhir 1800-an dan digunakan oleh Parsons pada tahun 1897 untuk penggerak kapal laut, temperatur pengoperasian tidak terlalu tinggi sehingga bahan – bahan yang sudah ada msih dapat digunakan. Pengembangan motor turbin gas untuk pesawat sessudah Perang Dunia Kedua secara dramatik mengubah situasi tersebut.

Kondisi pengopersian kian menjadi ganas : bahan - bahan yang dibutuhkan adalah yang mampu bertahan terhadap temperatur dari 800 hingga 1000°C, masih ditambah tingkat tegangan yang besar akibat rotasi kecepatan tinggi. Ini menuntut dikembangkannya golongan paduan - paduan baru yang disebut paduan super (superalloys). Bahan dasar paduan - paduan ini kebanyakan adalah nikel, walaupun ada juga kelompok – kelompok yang menggunakan bahan dasar besi dan kobalt. Sekarang paduan super digunakan pada turbin – turbin gas untuk kapal laut, pesawat terbang, industri dan kendaraan, serta untuk wahana angkasa, motor roket, reaktor nuklir, pembangkit listrik tenaga uap, pabrik petrokimia, dan banyak lagi penerapan lain.

Baja masih menjadi bahan utama untuk penggunaan dalam turbin – turbin gas; walaupun presentasenya telah turun karena tergeser oleh paduan – paduan super dan paduan - paduan titanium. Peran serta paduan - paduan aluminium dalam pengembangan turbin gas kecil; tetapi seperti akan kita lihat, sebagai unsur tambahan aluminium penting sekali.

OKSIDA – OKSIDA LOGAM

Oksida - oksida logam (serta senyawa – senyawa lain seperti sulfida dan halida) dapat dibagi menjadi dua golongan ; oksida yang mantap pada rentang temperatur seperti yang akan ditemui dalam struktur – struktur rekayasa, dan oksida yang tidak mantap. Kita akan mulai dengan oksida yang tidak mantap dahulu.

Apabila oksida logam yang tidak mantap dipanaskan, oksida itu mengurai untuk melepaskan logam bersangkutan dan mengendapnya ke permukaan logam. Perak oksida mengurai di atas 100°C, air raksa(II) oksida mengurai di atas 500°C, dan kadmium oksida dalam rentang temperatur 900 - 100°C. Saat ini, oksida yang tidak mantap sedikit manfaatnya bagi perekayasa; tetapi dahulu penting sekali bagi para ilmuwan dalam penelitian mekanisme dasar oksidasi.

Ahli kimia pada awal peradaban manusia, khususnya Stahl, telah mendalilkan teori yang salah, yaitu bahwa logam kehilangan suatu zat yang disebut flogiston dan membentuk oksida logam atau kalks (calx) :
Logam ― flogiston → oksida logam
Stahl antara lain mengatakan bahwa :
Flogiston lebih ringan dari udara; dan, bila bergabung dengan zat lain, berusaha mengangkat zat itu sehingga beratnya berkurang. Akibatnya, bila suatu zat kehilangan flogiston, beratnya akan bertambah.

Dalam tahun 1780-an, Lavoiser menggunakan penguraian air raksa oksida untuk membuktikan bahwa teori flogiston untuk oksidasi tidak dapat dipertahankan lagi. Ia memanaskan air raksa sampai menjelang titik didihnya (375°C) dalam sebuah wadah yang tersekat rapat; dan ia memperlihatkan bahwa kurang lebih 20 persen udara diserap oleh air raksa. Sesudah mengumpulkan raksa merah oksida dan memanaskannya sampai sekitar 500°C, ia menguraikan oksida yang tidak mantap tersebut untuk mendapatkan suatu volume gas sebanyak udara yang hilang dalam percobaannya sebelumnya. Ia menunjukkan bahwa gas yang dipulihkan itu dapat membantu pembakaran, sedangkan gas yang tersisa dari tahap pertama percobaan tidak demikian. Ia selanjutnya memperlihatkan bahwa berat air raksa dan gas yang didapatkan kembali melalui pemanasan raksa oksida (gas oksigen) tepat sama dengan berat raksa oksida. Demikian pula, pertambahan berat raksa sesudah pembentukan oksidanya sama dengan berat oksigen yang diserap dari udara. Dengan cara ini, tanpa keraguan orang dapat menyimpulkan bahwa mekanisme oksidasi adalah
Logam + oksigen → oksida logam

Walaupun sekarang sudah dianggap biasa, masalah ini selama bertahun – tahun telah sangat merepotkan para ilmuwan masa silam. Pemecahannya merupakan sebuah langkah maju dalam cara berpikir ilmiah di penghujung abad ke-18.

read more...

cara menentuakn persen fasa

PENENTUAN PERSEN FASA

Persen fasa tertentu = x 100 %

Catatan : titik yang mengenai tepat pada fasa tertentu dihitung 1 (satu) dan yang mengenai tepi fasa dihitung ½ (setengah). Jumlah titik total yang digunakan untuk penentuan yang cukup akurat setidaknya 100 titik.

PENENTUAN UKURAN BUTIR
Ukuran butiran dinyatakan oleh besaran atau standar tertentu, misalnya standar dari ASTM, yaitu ASTM Grain Size Number ( n ) yang dinyatakan sebagai :
N = 2 n – 1
n = ASTM Grain Size Number ( 1 – 10 )
N = Jumlah butiran per inci kuadrat
Ukuran butir dapat ditentukan dengan menggunakan metode lingkaran Hilliard sebagai berikut :
G = - 10 – 6.64 log
Dimana : G = Besar butir ASTM
LT = Total keliling lingkaran
= π. d (cm)
P = Total jumlah perpotongan keliling lingkaran dengan
butiran
M = Pembesaran

read more...

macam macam besi tuang (cast iron)

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% – 4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% – 4% akan mempunyai sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja.
Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :
1. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON).Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.
2. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON).Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja.
3. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON).Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).
4. BESI TUANG NODULAR (NODULAR CAST IRON)NODULAR CAST IRON adalah perpaduan BESI TUANG KELABU. Ciri Besi tuang ini bentuk graphite FLAKE dimana ujung – ujung FLAKE berbentuk TAKIK-AN yang mempunyai pengaruh terhadap KETANGGUHAN, KEULETAN & KEKUATAN oleh karena untuk menjadi LEBIH BAIK, maka graphite tersebut berbentuk BOLA (SPHEROID) dengan menambahkan sedikit INOCULATING AGENT, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai KEULETAN yang TINGGI maka besi tuang ini di kategorikan DUCTILE CAST IRON.

read more...

perlakuan panas (metalurgi fisik)

PERLAKUAN PANAS

Pendahuluan
Dalam pengggunaan bahan, untuk keperluan Industri ataupun konstruksi haruslah sesuai sifat-sifat yang dimiliki bahan tersebut, utamanya pada sifat-sifat mekanik, fisik dan teknologinya, namun kenyataannya para pengguna seringkali mengalami kesulitan dalam pemenuhan kebutuhannya akan bahan, tidak sesuai dengan persyaratan yang dibutuhkan.
Misalnya kebutuhan konstruksi, membutuhkan bahan yang kuat dan keras namun masih ulet dan harganya murah, hal ini dipenuhi oleh bahan baja, tetapi kesulitannya, biasa pada sifat keuletan karena baja yang kuat dan keras biasanya getas, dilain pihak baja yang ulet biasanya lemah dan lunak, untuk bahan lain seperti paduan logam non Fe (besi) harganya mahal dengan sifat-sifat tertentu. Untuk memecahkan permasalahan ini, biasanya dilakukan suatu tindakan, dengan melakukan suatu perlakuan terhadap bahan agar nantinya menghasilkan suatu bentuk bahan sesuai persyaratan yang diminta.
Berbagai perlakuan untuk mengubah sifat-sifat bahan baik sifat mekanik, struktur ataupun sifat-sifat lain, telah banyak diketahui seperti penghalusan butir, pengerasan larutan padat, struktur yang diperkuat, penguatan presipatasi dan dispersi, ataupun perlakuan panas dan lain-lainnya.
Dengan melakukan perlakuan tertentu, sesuai kemampuan bahan diharapkan dapat mengubah sifat bahan menjadi lebih baik dan sesuai kebutuhan yang kita harapkan.
Setelah membahas pokok bahasan ini diharapkan mahasiswa dapat :
1. Menjelaskan tentang jenis-jenis perlakuan yang dapat dilakukan terhadap bahan, untuk mengubah sifat bahan tersebut.
2. Menjelaskan tentang jenis sifat bahan yang dapat diubah melalui jenis perlakuannya.
3. Dapat mengklasifikasikan bahan, sesuai jenis perlakuan yang cocok dilaksanakan pada bahan tersebut.
4. Dapat menjelaskan prosedur pelaksanaan setiap jenis perlakuan yang dapat dilakukan.
Untuk mengubah dan meningkatkan sifat-sifat bahan, dalam memenuhi tuntutan penggunaan bahan dalam Industri ataupun dunia konstruksi lainnya, haruslah dilakukan perlakuan-perlakuan tertentu, sesuai kemampuan bahan, untuk menghasilkan sifat yang optimal terhadap sifat mekanik dan sifat lainnya sesuai keinginan. Dalam hal ini berdasarkan silabus yang ada, akan dijelaskan beberapa perlakuan yang dapat mengubah dan meningkatkan sifat bahan yaitu perlakuan panas, elemen paduan dan pengerasan permukaan




I. Perlakuan panas (Heat treatment)
Pengertian umum
Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu pada batas kemampuannya.

Pengertian khusus.
Pengubahan sifat-sifat bahan dengan pemanasan dan pendinginan tertentu menghasilkan sifat bahan tertentu dan sesuai batas kemampuan dari masing-masing bahan.
Perlakuan panas dibagi 3 yaitu perlakuan panas biasa, perlakuan panas larutan dan perlakuan panas pada permukaan
Perlakuan panas biasa adalah suatu proses pemanasan dan pendingin secara kontinu, untuk menghasilkan sifat-sifat tertentu sesuai batas kemampuan bahan, proses ini banyak dilakukan pada bahan baja.
Perlakuan panas larutan adalah proses pemanasan tertentu dan pendinginan dengan laju pendinginan tertentu pada suatu kondisi tertentu untuk menghasilkan sifat-sifat tertentu pula dan ini banyak dilakukan pada senyawa-senyawa non fero, atau paduan-paduan non fero.

II. Perlakuan panas biasa
Perlakuan panas dengan pendinginan cair disebut quench dan perlakuan panas pendinginan kering disebut anil.
Perlakuan panas dengan pendinginan cair seperti air garam air biasa, solar dan olie yang lebih dikenal sebagai proses quenching atau pengerasan.
Proses pengerasan meliputi pengerasan regangan, pengerasan presipitasi dan pengerasan kulit.
Prosedur pelaksanaan perlakuan meliputi proses pemanasan dan proses pendingnan secara kontinu.

Program CCT (Cooling Continue Transformation) adalah satu bentuk tranformasi yang ada seperti Tranformasi ISO thermal, tranformasi martensite dan lain-lain.
Diagaram ini disebut juga diagram S, karena bentuknya seperti S dan dapat juga disebut diagram Isotermal atau TTT (Time, Temperatur dan Tranformation), dimana Daerah A adalah Austenit A + F adalah daerah fasa ferit dan Austenit, demikian juga untuk A+ F+P dan F + P
Untuk baja Eutektetik > 0,83% C (Tidak terdapat daerah ferit hanya perlit sebagai wujud fasa ferit dan Fe3C yang tersusun dan tersebar secara halus.
Garis Ms dan Mf adalah daerah terbentuknya martensit yaitu Ms adalah awal pembentukna martensit dan Mf adalah akhir pembentukan (Tranformasi) martensit ada 3 faktor tranformasi menjadi
1. Massa
2. Kemampuan quench
3. Sifat mampu keras bahan
Tranformasi dari Austenik ke Martensit adalah garis Ms yang tidak tergantung pada waktu tetapi pada temperatur.
Bentuk dan letak diagram S dipengauhi oleh kandungan karbon unsur lain dalam baja dan besar butir austenit, dimana makin banyak kandungan karbon, makin banyak unsur lain dan makin besar, butir austenik diagram S makin jauh letaknya dari sumbu tegak.
Pada pendinginan air garam, austenit bertransformasi ke martensit, dimana tranformasi martensit ini sifat dan mekanismenya lain dibanding dengan tranformasi-transformasi yang ada, dimana pada tranformasi umumnya mengalami pertumbuhan dan penggantian sedang tranformasi martensit terjadi karena pergeseran pada bidang kristal, yang merupakan geseran tingkat pertama dan bersifat homogen. Pergeseran ini disebut habit plane butir martensit menghasilkan sifat keras, kuat dan sangat getas, selain itu terbentuk pula, retaine austenit atau austenit sisa yaitu austenit yang tidak berubah menjadi martensit yang sifat rapuh dan getas, dengan demikian pendinginan cepat air garam menghasilkan sifat keras, kuat dan getas, dari struktur martensit yang terbentuk dimana kekerasan martensit dapat mencapai HRC 67 dan merupakan fasa terkeras yang ada pada baja, untuk pembentukan struktur pada pendinginan air biasa (H2O) terjadi pembentukan ferit yang lunak, liat dan lemah, juga perlit yang keras, kuat tapi getas yang mewakili sifat Fe3C yang keras kuat dan getas.
Pemanasan baja misalnya haruslah memberikan pemanasan dengan temperatur diatas, temperatur kristis 723oC, yang besarnya disesuaikan kadar karbon baja untuk mencapai temperatur Austenisasi, untuk itu ditinjau pada digram fase Fe-Fe3C (Besi-besi karbon).













Untuk pemanasan pada pengerasan dan lain-lain baja adalah pada temperatur kira-kria 60o diatas garis A1 dan A3 untuk mengubah struktur menjadi austenit sampai homogen, dan untuk mendapatkan kehomogenan ini perlu waktu cukup lama yaitu waktu penahanan (time holding) pada temperatur tersebut setelah itu dengan cepat sekali baja tersebut dicelupkan kedalam medium pendinginan. Medium pendinginan dapat berupa cairan yaitu air garam air biasa solar ataupun oli, juga dapat berupa pendinginan kering seperti udara, tungku.
Medium pendinginan disusun menurut kecepatan pendinginannya, mulai dari paling cepat yaitu air garam, sampai pada yang paling lambat yaitu tungku.
Yang dimaksud kecepatan pendinginan ialah turunnya temperatur pada waktu baja dicelup atau didinginkan dalam derajat / dtk. Kecepatan pendinginan ini sangat mempengaruhi perubahan sifat bahan (baja).
Untuk melihat seberapa besar perubahan sifat baja dari kecepatan pendinginan dapat dilihat pada tranforamasi pemanasan dan pendinginan terus-menerus












Ferit yang lunak liat dan lemah, karena perlit adalah baja yang tersusun dari fasa ferit dan Fe3C, sedang Austenit yang belum berubah menjadi Ferit dan perlit menjadi martensit jadi sifatnya juga kuat, keras dan getas, tetapi kekuatan kekerasan dan kegetasan lebih rendah daipada pendinginan air garam, demikian seterusnya pada solar, olie, udara dan tungku yang mempunyai kecepatan pendinginan yang berbeda akan menghasilkan perubahan sifat yang juga berbeda.
Jadi dari diagram CCT dari Diagram S akan terjadi perubahan sifat yang disebabkan kecepatan pendinginan dimana makin cepat akan menghasilkan sifat mekanis kuat keras dan getas, dan makin lambat menghasilkan sifat lunak ulet dan lemah. Hal ini terjadi baik baja hipoeutektan kadar karbon lebih rendah dari 0,83% C juga baja entektris kadar karbon lebih tinggi dari 0,83% C













Garis A-B menggambarkan penambahan kelarutan tembaga dengan naiknya temperatur dalam aluminium dalam keadaan padat.



III. Perlakunan panas larutan dan pengerasan presipitasi
Perlakuan panas yang banyak dilakukan pada logam-logam dan paduan-paduan non fero, yaitu perlakuan panas kepada logam-logam dan paduan-paduan yang tidak dapat diperlakupanaskan secara biasa seperti baja dan perlakuan panas larutan ini dapat diamati melalui perlakuan panas paduan aluminium tembaga (Al-Cu)
Jadi untuk menjalankan perlakuan panas larutan ini pada paduan Al-Cu, dibutuhkan kondisi tertentu harus ada selama pengerasan aluminiun dengan proses presipitasi.
Yaitu :
1. Harus ada unsur atau paduan cukup berarti yang kelarutan padatnya berkurang dalam aluminium seiring turunnya temperatur.
Pada paduan aluminium jenis 2xxx yaitu paduan Al-Cu bila dipanaskan, maka temparatur 482oC sampai 538oC aluminium akan manahan Cu lebih banyak daripada temperatur kamar (ruang)
Dari diagram fasa paduan Al-Cu ini terlihat bahwa pada temperatur 548oC (1018oF) Al dapat menahan Cu sampai 5,65% dalam kondisi jenuh dan kelarutan Cu dalam Al akan berkurang seiring turunnya temperatur dan pada temperatur 540oC dengan 4% Cu ditransformasikan pada pendinginan cepat air terlihat pada titik 1 tembaga dalam larutan padat, sedang pada titik 2 tembaga dalam butiran hulus yang terpencar dari Cu aluminida.
2. Jika Cu memberikan kondisi saturisasi (jenuh) dalam Al akan mengendap partikel-partikel Cu aluminida yang sangat halus pada batas butiran sepanjang bidang-bidang kristal dan menghasilkan tegangan di dalam aluminium  proses ini disebut pemanasan atau perlakuan panas presitipasi dalam proses ini partikel halus Cu aluminida berfungsi kunci yang menahan bidang-bidang slip, keadaan ini menambah kekuatan dan kekerasan tetapi berkurang keliatannya.

3. Perlakuan panas larutan dan panas buatan pada paduan Al jenis 2014
Dipanaskan untuk selang waktu tertentu lalu diquench menghasilkan kekuatan dan kekerasan tetapi ketahan korosi turun, lalu diulang yang disebut perlakuan panas selnya akan terbentuk partikel Cu aluminida halus dan tersebar menjadi kunci untuk mencegah aliran plastik dalam logam

IV. Perlakuan Panas Permukaan
Pengerasan permukaan atau pengerasan kulit (Case Hardening) (Yaitu pengarbonan, penitridan, nyala api dan lain-lain)
Pengarbonan padat digunakan arang dicampur 10% NaCO3 dan BaCO3 lalu campuran ini dimasukan ke dalam kotak sebelum kotak ditutup baja yang akan dikeraskan ditaruh ditengah-tengah campuran arang, dipanaskan 900 – 950oC, dan pada temperatur ini diharapkan terjadi difusi karbon pada permukaan baja, dengan demikian terjadi peningkatan kadar karbon pada permukaan dan struktur menjadi kasar, untuk menghaluskan dilakukan pemanasan ke 2 pada 800oC lalu ditemper pada 150-200oC
Reaksi pengarbonan adalah :
Co2 + C (arang)  2 CO
2CO + CO2 + C (Larut dalam baja)

Pengarbonan Cair  digunakan garam cair mengandung NaCN sebagai komponen utama.

Pengarbonan gas  digunakan gas yang mengandung karbon yang berasal dari butan, propan dan lain-lain, dicampur udara dan Ni sebagai katalis, pengarbonan jenis ini dapat mengontrol kadar karbon pada permukaan benda kerja dan benda kerja dapat dicelup dingin setelah pengarbonan

Penitridan  untuk membuat kulit nitrida pada permukaan baja, dengan jalan menempatkan baja dalam tungku yang dialiri gas amoniak dan dipanaskan pada temperatur 500oC struktur bagian dalam baja tidak berubah akibat telah dikeraskan dan ditemper di bawah teperatur temper. Untuk baja keperluan ini adalah baja paduan Al, Cr, Te, V, dan Si.

Penitridan Ion  Tungku Vakun diisi gas N2 atau N2 + H2 pada tekanan 1  10 torr, dengan ini tungku dibuat anoda, baja dibuat katoda, dihubungkan dengan tegangan ratusan Volt, dengan ini gas diionisasikan oleh aliran elektron dari permukaan baja menjadi panas dan proses penitridan terjadi secara simultan.
Hasil dari penitridan adalah menghasilkan kulit nitrida yang keras dan tahan aus.

Pengerasan nyala api dan frekuensi tinggi
Untuk pengerasan frekuensi tinggi baja dililit lalu lilitan dialiri arus frekuensi tinggi, dengan ini permukaan baja terpanaskan, dan mencapai temperatur celup dingin, lalu baja dicelup menghasilkan permukaan keras.

Untuk pengerasan nyala api  Menggunakan gas oksigen asitilen untuk memanaskan baja lalu dicelup dingin juga menghasilkan kekerasan tinggi.

Evaluasi
1. Jelaskan cara cara mengubah sifat bahan
2. Sifat bahan apa sajakah yang dapat berubah
3. Apakah semua bahan dapat diubah sifat-sifanya
4. Apakah perbedaan perlakuan panas biasa dengan perlakuan panas larutan dan pengerasan presipitasi.

read more...

tumbrukan (impack)

Pengetahuan mengenai fenomena tumbukan atau benturan (impact, collition) pada berbagai material memiliki manfaat yang sangat luas dalam berbagai bidang rekayasa. Dewasa ini, seiring dengan performa yang semakin baik dan fungsi yang semakin beragam, kecepatan kerja alat-alat mekanik juga meningkat tajam. Hal ini mau tidak mau meningkatkan resiko terjadinya benturan. Oleh karena itu komponen alat-alat mekanik tersebut harus didesain sedemikian agar tetap berfungsi baik meskipun terjadi benturan dengan benda lain. Tulisan ini adalah pengantar sekilas mengenai rekayasa tumbukan (impact engineering), karakteristik dan perbedaannya dengan fenomena beban statik dan dinamik biasa.

Di bidang transportasi, fungsi pengamanan pada saat terjadi benturan menjadi prasyarat yang penting. Bahkan kemampuan mengamankan penumpang saat terjadi tabrakan menjadi salah satu klausul penting dalam ujian penilaian mobil baru yang dipelopori oleh NCAP (New Car Assessment Program). Di bidang pengembangan pesawat dan stasiun antariksa, penerbangan umum, dan pembangunan instalasi pembangkit energi, ketahanan terhadap benturan benda asing menjadi hal yang primer. Kita tentu masih ingat bagaimana benturan dua pesawat Boeing memicu kehancuran hebat gedung WTC di Amerika pada tahun 2001. Benturan serupa sebenarnya senantiasa diantisipasi pada tahap desain struktur, terutama untuk tempat yang vital seperti instalasi nuklir.

Mengingat bidang terapannya yang luas, jumlah penelitian tentang fundamental tumbukan meningkat sangat pesat beberapa dekade terakhir. Meskipun demikian, apa yang kita pahami dari fenomena tumbukan sampai saat ini masih sangat sedikit dibandingkan fenomena beban statik dan dinamik dengan getaran berfrekuensi rendah dalam mekanika. Fenomena beban statik dan dinamik sudah banyak dimengerti, serta sudah diterapkan pada sebagian besar struktur bangunan dalam kehidupan kita seperti struktur dam, gedung pencakar langit atau jembatan super panjang, tetapi tidak demikian dengan fenomena tumbukan yang memiliki sifat berbeda secara mendasar dengan beban dinamik biasa dan beban statik.

Perbedaan paling besar dari fenomena tumbukan dan beban statik (serta dinamik biasa) adalah durasi beban (load period). Pada tumbukan, durasi beban sangat singkat, umumnya kurang dari sepersepuluh detik sehingga efek kelembaman (inertia) dari massa yang terlibat menjadi signifikan. Dalam fenomena statik dan dinamik berkecepatan rendah, efek kelembaman dapat diabaikan. Ilustrasi mengenai hal ini dapat dilihat pada Gbr.1.

Gbr.1 Ilustrasi perbedaan beban statik, dinamik biasa dan impact

Perilaku bahan yang mendapatkan beban impact berbeda dengan bahan yang mendapat beban statis terutama dalam 3 hal berikut:

Pertama, ketika terjadi impact, terjadi rambatan gelombang tegangan (stress wave) dalam material. Daerah tegangan (stress field) yang timbul dari rambatan tegangan ini sangat berbeda dengan daerah tegangan pada beban statis. Salah satu contohnya adalah munculnya daerah tegangan tarik (tensile stress) meskipun beban yang bekerja adalah beban tekan (compressive load) seperti diilustrasikan pada Gbr.2, atau adanya konsentrasi tegangan (stress concentration) pada daerah normal atau daerah tanpa cacat (non-imperfection area). Padahal, pada kasus beban statis, stress concentration hanya akan timbul pada daerah yang tidak kontinyu (imperfect), seperti dent, bent, hole atau fillet (Gbr.3).

Gbr.2 Stress wave dalam suatu bahan yang mengalami tumbukan

Gbr.3 Stress wave menimbulkan stress concentration pada daerah non-imperfection

Kedua, material yang mengalami deformasi secara cepat menunjukkan sifat mekanik yang berbeda. Misalnya titik tegangan luluh (yield stress) baja umumnya berubah tergantung pada kecepatan deformasinya (lihat Gbr.4). Dalam fenomena impact, kecepatan deformasi sangat bervariasi dari impact berkecapatan rendah yang dapat dianggap fenomena statis sampai impact berkecapatan sangat tinggi seperti tumbukan meteor yang menyebabkan sebagian material menguap karena panas yang timbul. Karena ketergantungan sifat material pada kecepatan deformasi ini, diperlukan data yang cukup dari setiap material teknik pada peristiwa impact. Perlu dicatat bahwa perbedaan poin kedua ini berkaitan erat dengan poin pertama. Kecepatan deformasi yang mempengaruhi sifat mekanik suatu material, sangat dipengaruhi oleh gelombang tegangan dalam material.

Ketiga, keadaan kerusakan (failure mode) suatu material berbeda bergantung pada kecepatan deformasinya. Sebagai contoh, bahan yang lentur (ductile) pada kasus beban statik bisa menjadi getas (brittle) saat mendapat tumbukan, atau sebaliknya. Demikian juga dengan nilai dynamic fracture toughness yang biasanya berbeda dengan nilai static fracture toughness.

Gbr 4. Efek hardening dari strain rate pada (a) S15C dan (b) Aluminium [1,2]

Skema yang menggambarkan secara umum penggolongan beban berdasarkan tingkat kecepatan deformasi yang dinyatakan dengan kecepatan regangan (strain rate) ditunjukkan oleh Gbr.5.

Gbr.5 Strain rate dan penggolongan bermacam beban mekanik [3]

Perbedaan response yang timbul terhadap beban disebabkan tumbukan dengan beban statik pertama kali diamati secara sistematis oleh Young. Dalam percobaannya, Young mencatat bahwa dalam fenomena tumbukan, energi kinetik dari penumbuk (impactor) jauh lebih signifikan pengaruhnya dibanding massa penumbuk. Dia juga menemukan bahwa seberapa kecilpun massa penumbuk, bila diberi energi kinetik yang cukup dapat menyebabkan kerusakan (failure) pada benda yang ditumbuk. Setelah Young, Navier (1821) dan Cauchy (1822) menurunkan rumus gerak (dynamic motion) untuk benda elastis. Lord Rayleigh (1887) dan Love (1911) ketika menjelaskan fenomena gempa bumi, menunjukkan wujudnya gelombang elastis yang bisa diamati pada permukaan suatu benda padat.

Pada awalnya para ilmuwan menganggap stress merupakan fungsi tunggal dari strain. Tetapi kemudian terbukti bahwa hubungan stress-strain (kurva SS) juga sangat dipengaruhi oleh strain rate seperti telah ditunjukkan pada Gbr.2. Sokolovski (1948) dan Malvern (1951) menurunkan rumus konstitutif yang memperthitungkan strain rate ini. Rumus ini dipakai dalam teori rambatan gelombang plastik dan teori stress untuk 3 dimensi yang saat ini dipakai secara luas.

Penelitian lain yang penting mengenai pengaruh kecepatan deformasi pada perilaku bahan. dilakukan oleh J.Hopkinson (1872) dan puteranya B.Hopkinson (1905). Dari penelitian mereka didapatkan bahwa tegangan luluh (yield stress) pada baja saat mengalami tumbukan besarnya 2 kali nilai tegangan luluh pada kondisi statik. Selanjutnya B.Hopkinson menciptakan metode eksperimen untuk mengamati stress wave dengan memakai batang panjang (bar), metode ini dikenal dengan nama Hopkinson Bar Method. Kolsky (1949) serta Davies dan Hunter (1963) memperbaiki metode ini dan menjadikannya metode standar untuk mengamati perilaku spesimen saat tumbukan. Sekarang metode ini dikenal dengan nama Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB).

Demikian pengantar singkat mengenai fenomena tumbukan atau dalam istilah ilmiah lebih dikenal dengan impact engineering. Mengingat pentingnya pengetahuan mengenai fenomena tumbukan dewasa ini, untuk menjawab permasalahan yang belum tuntas dipecahkan dengan teori statik dan dinamik biasa, diharapkan para mahasiswa teknik mesin, material dan sipil tertarik untuk mempelajarinya lebih jauh. Beberapa bahan bacaan yang merupakan pintu masuk impact engineering disertakan dalam daftar referensi.

Referensi:

1. M.Itabashi and K.Kawata, “Carbon Content Effect on High-Strain-Rate Tensile Properties for Carbon Steels”, Int.J.Impact Eng. 24, 2, (200), 117-131
2. K.Kawata、 M.Itabashi and S.Kusaka, “Behaviour analysis of Pre-Fatigue Damaged Aluminum Alloys under High-Velocity and Quasi-Static Tension”, IUTAM Symposium on Micromechanics of Plasticity and Damage of Multiphase Materials”, Kuwer Academic Publishers, Dordrecht, (1996), 397-404.
3. Macaulay, M. Introduction to Impact Engineering. Chapman and Hall (1987)
4. Jones, N. Structural Impact. Cambridge University Press (1997)
5. Stronge, W.J., Yu T.X. Dynamic Models for Structural Plasticity. Springer-Verlag (1993)
6. Goldsmith, W. Impact: The Theory and Physical Behaviour of Colliding Solids. Dover Publications (2001)
7. 日刊工業新聞社発行「衝撃工学」. 著: 村卓夫, 田中善之助

Versi PDF tulisan ini dapat didownload di sini: Mengenal_fenomena_tumbukan

read more...

uji tarik (logam)

Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi (torsion test), dan uji geser (shear test). Dalam tulisan ini kita akan membahas tentang uji tarik dan sifat-sifat mekanik logam yang didapatkan dari interpretasi hasil uji tarik.

Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec.

1. Mengapa melakukan Uji Tarik?

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gbr.1. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.

Gbr.1 Gambaran singkat uji tarik dan datanya

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Hukum Hooke (Hooke’s Law)

Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

Stress: σ = F/A F: gaya tarikan, A: luas penampang

Strain: ε = ΔL/L ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E = σ / ε

Untuk memudahkan pembahasan, Gbr.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan Gbr.2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

Gbr.2 Kurva tegangan-regangan

Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada Gbr.3 berikut.

Gbr.3 Dimensi spesimen uji tarik (JIS Z2201).

Gbr.4 Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gbr.4. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

2. Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam

Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gbr.5.

Gbr.5 Profil data hasil uji tarik

Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gbr.5. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

Batas elastisσ_E ( elastic limit)
Dalam Gbr.5 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gbr.5). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. [1]

Batas proporsional σ_p (proportional limit)
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.5 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

Tegangan luluh atas σ_uy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σ_ly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh ε_y (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis ε_e (elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis ε_p (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain)
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, ε_T = ε_e+ε_p. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)
Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik C (σ_β), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (breaking strength)
Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis
Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (Gbr.6).

Gbr.6 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier

Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m²) dan strain adalah besaran tanpa satuan.

3. Istilah lain

Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.

Kelenturan (ductility)
Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

Derajat kelentingan (resilience)
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m³ atau Pa). Dalam Gbr.1, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.

Derajat ketangguhan (toughness)
Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr.5, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

Pengerasan regang (strain hardening)
Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)
Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.7.

Gbr.7 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

Referensi:

1. Material Testing (Zairyou Shiken). Hajime Shudo. Uchidarokakuho, 1983.
2. Material Science and Engineering: An Introduction. William D. Callister Jr. John Wiley&Sons, 2004.
3. Strength of Materials. William Nash. Schaum’s Outlines, 1998.

read more...