Pengaruh variasi waktu tahan dengan media pendinginan pada oli SAE 40 terhadap perubahan struktur mikro dan kekerasan baja karbon AISI 4140
A. Latar Belakang Masalah
Seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi,banyak kalangan dunia industri yang menggunakan logam sebagai sebagai bahan utama operasional atau sebagai bahan baku produksinya. Baja karbon banyak digunakan terutama untuk membuat alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga. Aplikasi pemakaiannya, semua struktur logam akan terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga menimbulkan deformasi atau perubahan bentuk. Usaha menjaga agar logam lebih tahan gesekan atau tekanan adalah dengan cara perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting dalam upaya meningkatkan kekerasan baja sesuai kebutuhan. Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu tertentu, dipertahankan pada waktu tertentu dan didinginkan pada media tertentu pula. perlakuan panas mempunyai tujuan untuk meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan internal, menghaluskan butir kristal, meningkatkan kekerasan, meningkatkan tegangan tarik logam dan sebagainya, tujuan ini akan tercapai seperti apa yang diinginkan jika memperhatikan faktor yang mempemgaruhinya, seperti suhu pemanasan dan media pendingin yang digunakan. Salah satu proses perlakuan panas pada baja adalah pengerasan ( hardening) , yaitu proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau diatas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat dinamakan quenching.
Akibat proses hardening pada baja, maka timbulnya tegangan dalam ( internal stresses), dan rapuh ( britles ), sehingga baja tersebut belum cocok untuk segera digunakan. Oleh karena itu pada baja tersebut perlu dilakukan proses lanjut yaitu temper . Dengan proses temper kegetasan dan kekerasan dapat diturunkan sampai memenuhi syarat penggunaan, kekuatan tarik turun sedangkan keuletan dan ketangguhan meningkat. Namun yang menjadi permasalahan sejauh mana sifat - sifat yang memenuhi syarat yang diinginkan ini dapat dicapai melalui proses temper . Pengkajian lebih lanjut dampak dari faktor perbedaan media quenching-temper, dapat dilakukan melalui beberapa uji bahan. Pengujian bahan yang digunakan untuk proses quenching-temper adalah uji kekuatan tarik, uji ketangguhan, uji kekerasan, uji muai panas dan uji struktur mikro. Oli Mesran SAE 40 merupakan pelumas produksi PT Pertamina dengan viskositas 40 pada temperatur 100 0 C. Penggunaan pelumas sebagai media pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimaen tergantung dari besarnya viskositas pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka peneliti memilih perlakuan panas temper dengan quenching media Oli Mesran SAE 40.
Perubahan sifat pada baja dapat diketahui dengan cara melakukan pengujian tarik, kekerasan, ketangguhan dan muai panas. Mengingat banyaknya jenis baja karbon dan pelumas maka dalam penelitian ini akan dibatasi pada baja karbon menengah, yaitu baja dengan kadar karbon antara 0,25 – 0,65%C dan pelumas Mesran SAE 40, alasan dipilihnya media pendingin Oli Mesran SAE 40 adalah 3karena Oli Mesran SAE 40 yang diproduksi oleh PT Pertamina yang memiliki kadar viskositas 40 pada temperatur 100 0 C. Penggunaan pelumas ini sebagai media pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimen tergantung pada besarnya viskositas pelumas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, permasalahan utama yang akan diungkap dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran SAE 40 terhadap sifat mekanis baja AISI 4140 yang meliputi kekuatan tarik, kekerasan, ketangguhan dan muai panas.
2. Bagaimana pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran SAE 40 terhadap sifat fisis baja AISI 40 yang meliputi foto mikro dan penampang patah
C. Penegasan Istilah
Penegasan istilah digunakan untuk menghindari kemungkinan salah pengertian atau salah penafsiran terhadap arti kata - kata di dalam proposal ini.
1. Pengaruh adalah data yang ada atau timbul dari sesuatu (orang, benda dan sebagainya) yang berkuasa atau berkekuatan. . Pengaruh dalam penelitian ini adalah hubungan yang mempengaruhi media quenching pada proses temper terhadap kekuatan tarik, kekerasan, ketangguhan dan muai panas dan struktur mikro baja AISI 4140.
2. Quenching adalah proses pengerasan (hardening) dengan menggunakan media pendingin yaitu Oli Mesran SAE 40 (mendinginkan secara cepat dengan memasukkan kedalam bak Oli Mesran SAE 40, merendam).
3. Temper adalah suatu proses pemanasan setelah proses pengerasan dilakukan, yang bertujuan untuk meningkatkan ketangguhan atau keuletan baja, dengan menggunakan suhu pemanasan 600 0 C.
4. Sifat mekanis adalah keadaan yang tampak pada suatu benda dilihat dari kemampuan mesin (sifat mampu mesin). Sifat mekanis diketahui dengan pengujian kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan, dan muai panas.
5. Sifat fisis baja AISI 4140 adalah kedaan yang tampak pada suatu benda dilihat dari perubahan fisik (benda) dengan menggunakan mikroskop logam serta pengamatan foto mikro dan penampang patah logam.
6. Media pendingin Menurut kamus Bahasa Indonesia pendingin adalah alat untuk mendinginkan, sedangkan Media adalah alat yang digunakan untuk mendinginkan. Pada penelitian ini digunakan Oli Mesran SAE 40 produksi PT Pertamina sebagai media pendingin yang digunakan untuk menurunkan temperatur baja AISI 4140 pada proses quenching.
D. Tujuan Penelitian
Penelitian ini mempunyai tujuan , yaitu :
1. Mengetahui pengaruh temper dengan quenching media pendingin Oli Mesran SAE 40 terhadap sifat mekanis baja AISI 4140 meliputi kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan dan muai panas.
2. Mengetahui pengaruh ‘ quench-temper’ dengan media pendingin Oli Mesran SAE 40 terhadap sifat fisis meliputi struktur mikro dan penampang patah baja AISI 4140.
E. Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan akan memberi manfaat dalam kontribusinya terhadap pembangunan nasional serta ilmu pengetahuan dan teknologi yaitu:
Memberikan kontribusi terhadap pengetahuan tentang karakteristik sifat fisis yaitu struktur mikro dan mekanis yaitu kekuatan tarik, ketangguhan, kekerasan dan muai panas pada bahan baja AISI 4140 yang dihasilkan dari proses temper dengan quench media Oli Mesran SAE 40.
Dapat membantu mengatasi masalah-masalah yang ada pada industri nasional, khususnya yang berhubungan dengan elemen - elemen mesin dan industri logam.
Memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu bahan dan konstruksi.
Memberikan wawasan baru bagi perancangan suatu produk yang membutuhkan kekuatan suatu bahan yang tinggi.
LANDASAN TEORI
Baja Karbon
Baja merupakan salah satu jenis logam ferro dengan unsur carbon (C) 1,7%. Di samping itu baja juga mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya yang jumlahnya dibatasi. Sifat baja pada umumnya sangat dipengaruhi oleh prosentase karbon dan struktur mikro. Struktur mikro pada baja karbon dipengaruhi oleh perlakuan panas dan komposisi baja. Karbon dengan unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang dapat menambah kekerasan, tahan gores dan tahan suhu baja. Perbedaan prosentase karbon dalam campuran logam baja karbon menjadi salah satu cara mengklasifikasikan baja.
Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam, yaitu :
1. Baja karbon rendah Baja kabon rendah ( low carbon steel) mengandung karbon dalam campuran baja karbon kurang dari 0,3%. Baja ini bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3%C. Baja karbon rendah tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk struktur martensit (Amanto, 1999).
2. Baja karbon menengah Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3%C – 0,6%C ( medium carbon steel ) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas ( heat treatment ) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah (Amanto, 1999).
3. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi mengandung 0,6%C – 1,5%C dan memiliki kekerasan tinggi namun keuletannya lebih rendah, hampir tidak dapat diketahui jarak tegangan lumernya terhadap tegangan proporsional pada grafik tegangan regangan.
Pengertian Quenching
Quenching adalah proses perlakuan panas dimana prosesnya dilakukan Apa dengan pendinginan yang relatif cepat dari temperatur austenisasi (umumnya pada jarak temperatur 815oC – 870oC) pada baja. Keberhasilan proses quenching ditentukan oleh media quenching (quenchant medium) yang digunakan. Nah yang saya pakai dalam penelitian ini adalah oli SAE 40 untuk mendinginkan benda kerjanya.Untuk menentukan media quenching, sangat bergantung pada mampu keras (hardenability) dari logam, ketebalan dan bentuk dari benda uji yang akan quenching. Serta struktur mikro yang diinginkan dari hasil proses quenching. Adapun media quenching yang sering digunakan adalah media cair (liquid) dan gas. Media quenching cair adalah oli, air, larutan polimer (aquos polymer solution), Larutan garam. Sedangkan media quenching gas adalah helium, argon, dan nitrogen.
Tujuan dari tahap pengolahan ini adalah untuk mencegah perubahan fasa yang terjadi selama pendinginan lambat. Bila bahan dingin perlahan, peluang utama untuk beberapa perubahan fasa berbeda muncul, dan material tetap berada pada rentang suhu yang tepat untuk jangka waktu yang lama. Selama pendinginan, material mencapai suhu ini, namun tidak tetap berada di zona suhu yang cukup lama sehingga terjadi perubahan fasa. Quenching juga mencegah material paduan dari endapan dan pemisahan, yang bisa melemahkan atau kompromi bahan.
Proses ini dapat menyebabkan warping, cracking, dan masalah lainnya dengan material, bahkan jika dilakukan dengan benar. Menggunakan air sebagai bahan pendinginan, misalnya, dapat menyebabkan bahan melengkung saat mendingin. Penting untuk mengendalikan lingkungan di mana pendinginan dilakukan untuk meminimalkan risiko kerusakan pada material. Bila berjalan dengan benar, bahannya lebih keras dan lebih awet, sehingga cocok untuk berbagai kegunaan.
Baja AISI 4140
AISI 4140 adalah salah satu jenis baja paduan rendah yang banyak digunakan, salah satunya sebagai komponen poros kendaraan, roda gigi dan sproket. Dari contoh aplikasi, dapat dilihat bahwa baja AISI 4140 banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan ketangguhan dan kekerasan tinggi.
Penggunaan logam di setiap komponen mesin dan konstruksi bangunan tidak harus semuanya terbuat dari bahan yang sama, tetapi harus disesuaikan dengan sifat, kekuatan, dan penggunaan. Logam masih membutuhkan pemrosesan, baik pada dimensi dan sifat dasar yang mereka miliki dengan berbagai metode dan metode pemrosesan dan pemrosesan, untuk mendapatkan kondisi bahan yang dianggap memiliki sifat properti yang diinginkan dalam aplikasi.
Oleh karena itu, penulis tertarik untuk meneliti dengan tujuan menentukan pengaruh variasi suhu dengan media pendingin oli SAE40 pada variasi ketahanan waktu terhadap struktur mikro dan kekerasan baja AISI 4140.
Beberapa penelitian terkait dengan hal ini telah dilakukan peneliti lain :
EFFECT OF QUENCHING MEDIA, SPECIMEN SIZE AND SHAPE ON THE HARDENABILITY OF AISI 4140 STEEL by Ali RafaAltaweel, Majid Tolouei-Rad in 2014, The Effects of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of AISI 4140 for Cutter Base Cane Harvester (2013), Influence of phosphorus content and quenching / tempering temperatures on fracture toughness and fatigue life of SAE 5160 steel by Danilo Borges Villarino de Castro *; Jaime Milan Ventura; Cassius Olivio Figueiredo Terra Ruckert; Dirceu Spinelli; Waldek Wladimir Bose Filho (2012).
DAFTAR PUSTAKA
Amstead, BH, 1997, Jakarta, Erlangga : Mekanik jilid 1
Bradbury.EJ, 1990, Jakarta, Gramedia Pustaka Utama : Dasar Metalurgi untuk Rekayasawan
Djafri, Sriati, 1983, Terjemahan dari Manufacturing Processes, Jakarta, Erlangga : Teknologi Mekanik Jilid I
Djafri, Sriati. 1987.. Terjemahan dari Mechanical Metallurgy. Jakarta, Erlangga : Metalurgi Mekanik
Doan, G.E. 1952. The Principles of Physical Metallurgy New York: Mc Graw Boo Compan
0 Response to "Pengaruh variasi waktu tahan dengan media pendinginan pada oli SAE 40 terhadap perubahan struktur mikro dan kekerasan baja karbon AISI 4140"
Post a Comment