Upload
dpadrian
View
231
Download
25
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Pengujisn Jominy menggunakan Metode Jominy End Quench Test
Citation preview
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 57
BAB IV
UJI JOMINY (JOMINY TEST)
4.1 PENDAHULUAN
4.1.1 Latar Belakang
Pada dunia engineering, penggunaan bahan yang spesifik pada aplikasi tertentu
sangatlah krusial. Salah satu metode yang sering diaplikasi pada metal working adalah
heat treatment atau perlakuan panas. Heat treatment merupakan proses pemanasan dan
pendinginan terkontrol terhadap logam untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan.
Proses heat treatment ini terdiri dari dua proses utama yaitu hardening (pengerasan) dan
softening (pelunakan). Namun untuk Jominy test kita hanya akan membicarakan
mengenai kemampukerasan suatu material. Kemampukerasan / hardenability
merupaakan kemampuan sutatu paduan untuk dikeraskan dengan pembentukan
martensit sebagai hasil akhir. [24]
4.1.2 Tujuan Praktikum
1. Melakukan percobaan Jominy test
2. Menentukan kemampukerasan material baja ST 40 dan ST 60
3. Membuatdanmengetahui kurva kemampukerasan material tersebut.
4. Untuk mengetahui pengaruh laju pendinginan terhadap nilai kekerasan
5. Memahami dan mempelajari fungsi diagram TTT dan diagram CCT
6. Membandingkan nilai kekerasan material awal dengan nilai kekerasan material
setelaj uji jominy.
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 58
4.2 DASAR TEORI
4.2.1 Definisi Kemampukerasan
Kemampukerasan material didefinisikan sebagai kemampuan suatu material unutk
dikeraskan. Baja dikeraskan dengan cara quenching pada kondisi austenit.Kekerasan
suatu baja juga sangat dipengaruhi oleh kadar karbon yang terkandung dalam material
tersebut. Material non-ferrous dapat dikeraskan dengan memperbanyak impuritas
hingga kadar tertentu. [25]
4.2.2 Mekanisme Transformasi Fasa
A. Diagram Fasa
Diagram fasa adalah diagram yang menyatakan perubahan fasa dari suatu material
pada suhu tertentu dengan tingkat atom pengotor atau atom campuran yang berbeda,
contoh campuran baja atau besi dengan karbon, alumunium dengan nikel, macam-
macam dari fasa yang terbentuk dari material campuran ini adalah Ferrite, austenite,
cementite, bainitite, martensite, pearlite.
Gambar 4.1 Diagram Fasa untuk Fasa Fe-Fe3C
Dilihat dari diagram diatas, mekanisme pembentukan kekerasan material dengan
cara quenching adalah dimana material dipanaskan hingga suhu austenite, yaitu kisaran
800C, kemudian ketika didinginkan kurang dari 10 detik akan terbentuk fasa martensite
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 59
yang mempunyai fasa keras, dikarenakan bentuk butirnya yang kecil sehingga dapat
mencegah dislokasi. Untuk mengetahui batas dan waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai fasa yang diinginkan tidak cukup hanya menggunakan diagram fasa, sehingga
diperlukan Diagram TTT dan CCT.
B. Time Temperature Transformation ( TTT )
Yaitu perubahan Fasa austenite bergantung pada temperatur dan waktu penahan
pada material hingga didapatkan fasa yang diinginkan, macam dari diagram TTT ini
adalah sebagai berikut :
1. Diagram TTT untuk Ferrite
Yaitu diagram TTT untuk pendinginan dari temperatur Ferrite ke fasa
yang diinginkan.
Gambar 4.2 Diagram TTT untuk Iron-Carbon Alloy ( Ferrite )
Penjelasan dari diagram TTT diatas adalah sebagai berikut :
(a) Garis pendinginan dari austenite untuk menghasilkan fasa 100% bainite
(b) Garis pendinginan dari austenite untuk menghasilkan fasa 50% bainite
dan
50% pearlite
(c) Garis pendinginan dari austenite untuk menghasilkan fasa 100%
martensite
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 60
A : Daerah Austenite
B : Daerah Bainite
P : Daerah Pearlite
M: Daerah Martensite
2. Diagram TTT untuk Baja Eutectoid
Baja yang berkarbon 0,80% disebut baja eutectoid dan struktur terdiri
dari 100% pearlite. Titik eutectoid adalah suhu terendah dalam logam
dimana terjadi perubahan dalam keadaan larut padat dan merupakan suhu
keseimbangan terendah dimana austenite terurai menjadi ferrite dan
cementite. Diagam TTT untuk pendinginan Baja berfasa FE3C+ pada
temperatur tepat pada 723 dibawah temperatur austenite.
Gambar 4.3 Diagram TTT untuk Eutectoid
3. Diagram TTT untuk Baja Hipoeutectoid
Baja hypoeutectoid memiliki kadar karbon kurang dari 0,8 % dengan
struktur mikro terdiri dari ferit perlit, adapun diagram TTTnya sebagai
berikut :
Gambar 4.4 Diagram TTT untuk Baja Hipoeutectoid
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 61
4. Diagram TTT untuk Baja Hypereutectoid
Baja Hypereutectoid adalah baja yang mengandung karbon lebih dari
0,80% dengan struktur mikro terdiri dari perlit yang terbungkus sementit,
adapun diagram TTTnya sebagai berikut:
Gambar 4.5 Diagram TTT untuk Baja Hypereutectoid
C. Continuous Cooling Transformation ( CCT )
Yaitu perubahan fasa material karena pendinginan secara konstan dari
temperatur austenite ke fasa material yang diinginkan, diagram ini dugunakan untuk
mengetahui fasa yang dihasilkan apabila didinginkan pada suhu tertentu dan waktu
tertentu secara konstan.
Gambar 4.6 Diagram CCT untuk eutectoid Iron-Carbon Alloy
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 62
Dari diagram CCT diatas dapat diketahui bahwa untuk membentuk fasa
martensite pada eutectoid iron-carbon alloy, pendinginan maksimal harus kurang dari
10 detik dengan temperatur pendinginan 140C/s dari temperatur awal 800C, jika
melebihi batas waktu tersebut maka akan terbentuk fasa pearlite + martensite dan
pearlite 100%, pada diagram diatas ditunjukkan oleh garis merah putus-putus. [25]
4.2.3 Faktor Kemampukerasan
1. Unsur Paduan
Unsur paduan yang didalam baja contohnya karbon dapat mempengaruh ikekerasan.
Kandungan karbon pada baja dapat dibagi menjadi tiga yaitu baja karbon rendah,
sedang dan tinggi.
2. Perlakuan yang Diberikan
Kekerasan logam dapat diatur dengan merubah sifat materialnya dengan memberikan
perlakuan seperti proses heat treatment.
3. Struktur dan fasa material
Struktur dan fasa material sangat berpengaruh terhadap kekerasan material, semakin
kecil bentuk bentuk butir akan semakin mampu untuh mencegahnya terjadi dislokasi.
4. Impurity
Impurity adalah pengotor dalam suatu material, Impurity mempengaruhi tingkat
kekerasan material karena mengisi kekosongan antar atom dan mencegah dislokasi. [26]
4.2.4 Aplikasi Kemampukerasan
Pada jurnal yang berjudul pemnilitian Effect of Mn on hardenability of 25CrMo
axle stell by an improved end-quench test yang dilakukan oleh Zhang Yutuo, Bian Shu,
dan Han Welxin dari Sehnyang Ligong University dan Institute of Metal Research CAS
jominy end-quench test dilakukan pada Baja 25CrMo yang digunkan sebagai material
pembuatan poros roda lokomotif kereta untuk mengetahui tingkat kemampukerasannya.
Penilitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kemampukerasan dari paduan
Baja 25CrMo dimana tingkat kekerasan dari poros roda lokomotif kereta dapat
mempengaruhi kecepatan laju kereta dan meningkatkan keamanan transportasi kereta.
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 63
4.3 METODOLOGI PENGUJIAN 4.3.1 Diagram Alir Percobaan
Gambar 4.7 Diagram Alir pengujian Jominy
Keterangan :
1. Melakukan pemanasan dalam tungku hingga suhu 800oC hingga suhu 800C dan
ditahan 1 jam.
2. Meletakkan spesimen pada bak pengujian dan di-quenching
3. Memotong spesimen menggunakan mesin pemotong logam
4. Menghaluskan sisi spesimen dengan amplas hingga halus
5. Pemberian titik sebanyak 15 titik pada sisi yang sudah di amplas
Pemanasan Spesimen
Quenching di pengujian
Mulai
Pemotongan spesimen
Pengaamplasan
Pengujian kekerasan
Penitikan spesimen
Kesimpulan
Analisis data
Selesai
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 64
6. Melakukan uji kekerasan dengan alat uji Rockwell Hardness tester HR-150 pada
setiap titik
7. Mencatat hasil pengujian dan menganalisa data
8. Menarik kesimpulan dari hasil pengujian kekerasan
4.3.2 Bahandan Peralatan Percobaan
Bahan Percobaan :
1. Spesimen uji (Baja ST 40 dan Baja ST 60)
Gambar 4.8 Spesimen uji Baja ST 40 (A) dan Baja ST 60 (B)
Peralatan Percobaan :
1. Bak Pengujian
Fungsi bak pengujian untuk tempat menaruh specimen.yang siap untuk didinginkan.
Gambar 4.9 Bak Pengujian
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 65
2. Rockwell Hardness Tester Model HR-150A
Fungsinya sebagai pengukur atau mengukur kekerasan suatu specimen.
Gambar 4.10 Rockwell Hardness Tester Model HR-150A
3. Tungku Pemanas
Fungsinya sebagai tempat untuk memanaskan specimen.
Gambar 4.11 Tungku Pemanas
4. Grinding Polisher
Fungsi mesin grinding untuk menghaluskan permukaan specimen
Gambar 4.12 Grinding Polisher
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 66
5. MesinPemotong Logam
Fungsi mesin pemotong logam untuk memotong specimen.
Gambar 4.13 Mesin Pemotong Logam
6. Thermokopel
Fungsi thermokopel untuk mengukur temperatur spesimen pada saat pemanasan dan
quenching.
Gambar 4.14 Thermokopel
7. Amplas
Fungsi amplas untuk menghaluskan specimen.
Gambar 4.15 Amplas
8. Air
Fungsi air disini untuk mendinginkan specimen.
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 67
4.3.3 LangkahPercobaan
Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Masukkan material ke dalam tungku pemanas sampai temperatur 8000C
Gambar 4.17 Memanaskan benda uji
2. Ambil spesimen menggunakan penjepit dan letakkan spesimen pada mounting fixture
bak pengujian.
3. Nyalakan pompa penyemprot air, dan tunggu sampai spesimen dingin.
Gambar 4.18 Proses pendinginan uji jominy
4. Bersihkan kerak yang menempel pada permukaan spesimen
5. Lakukan pengujian kekerasan pada 15 titik dari daerah awal pendinginan dengan
jarak 2 mm dengan metode Rockwell.
Gambar 4.19 pengujian kekerasan
6. Catat hasil pengujian dan buat kurva kemampukerasannya
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 68
4.4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.4.1 Data Percobaan
Perolehan data percobaan hasil jominy pada praktikum Metalurgi Fisik adalah
sebagai berikut :
A. Kekerasan Benda Uji Awal
Tabel 4.1 Kekerasan Benda Uji Awal
B. Kekerasan Benda Uji Setelah Uji Jominy
Pada praktikum uji jominy ini, benda uji diberi titik sebanyak 15 titik, jarak anatar
satu titik dengan titik lainnya adalah 2 mm.
1. Baja ST 40
Baja ST 40 ini setelah diratakan permukaannya kemudian ditandai 15 titik dengan
jarak 3 mm tiap titiknya dan dilakukan uji kekerasan metode Rockwell
Gambar 4.20 Spesimen Baja ST 40
No Baja ST 40 Baja ST 60
1 52 54,5
2 51 55
3 51,5 54,5
Rata - rata 51,5 54,67
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 69
Tabel 4.2 Kekerasan baja ST 40 setelah uji jominy
2. Baja ST 60 Baja ST 60 ini telah diratakan permukaannya kemudian ditandai 15 titik dengan
jarak 3 mm tiap titiknya dan dilakukan uji kekerasan metode.
Gambar 4.21 Spesimen Baja ST 60
No Jarak (mm) HRA
1 2 27,5
2 4 34,5
3 6 34
4 8 34,5
5 10 35,5
6 12 34,5
7 14 36
8 16 37,5
9 18 29
10 20 35
11 22 34
12 24 37,5
13 26 36,5
14 28 36,5
15 30 36
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 70
Tabel 4.3 Kekerasan baja ST 60 setelah uji jominy
No Jarak (mm) HRA
1 2 46
2 4 49
3 6 51
4 8 53
5 10 53
6 12 53
7 14 52
8 16 52
9 18 52
10 20 51
11 22 52
12 24 53
13 26 53
14 28 43
15 30 43
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 71
4.4.2 Analisa Data
1. Baja ST 40
Gambar 4.22 Grafik kekerasan Baja ST 40
Dari data hasil percobaan yang diperoleh dapat dilihat bahwa adanya perbedaan
nilai kekerasan dalam satu spesimen, dari ujung batang sampai jarak tertentu dari ujung
batang. Dari grafik yang di dapat baja ST 40 non perlakuan memiliki tingkat kekerasan
yang lebih tinggi daripada baja ST 40 setelah dilakukan jominy end-quench test. Hal ini
tidak sesuai dengan teori yang ada dimana Baja ST 40 hasil pengujian jominy
seharusnya lebih keras daripada baja ST 40 non perlakuan. Hal ini dapat disebabkan
oleh (1) Pemanasan dan pendinginan yang kurang seragam, (2) perubahan suhu
spesimen pada saat spesimen dipindahkan (3) Kesalahan pada operator (4) Ketika
specimen dipanaskan belum mencapai fasa austenite (5) fasa martensite belum
terbentuk ketika dilakukan proses quenching.
0
10
20
30
40
50
60
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Grafik nilai kekerasan baja ST 40
Baja ST 40(Jominy)
Baja ST 40(nonperlakuan)
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 72
2. Baja ST 60
Gambar 4.23 Grafik kekerasan baja ST 60
Dari data hasil percobaan yang diperoleh dapat dilihat bahwa adanya perbedaan
nilai kekerasan dalam satu spesimen, dari ujung batang sampai jarak tertentu dari ujung
batang. Dari grafik yang di dapat baja ST 60 non perlakuan memiliki tingkat kekerasan
yang lebih tinggi daripada baja ST 60 setelah dilakukan jominy end-quench test. Hal ini
tidak sesuai dengan teori yang ada dimana Baja ST 60 hasil pengujian Jomint
seharusnya lebih keras daripada baja ST 60 non perlakuan. Hal ini dapat disebabkan
oleh (1) Pemanasan dan pendinginan yang kurang seragam, (2) perubahan suhu
spesimen pada saat spesimen dipindahkan (3) Kesalahan pada operator (4) Ketika
specimen dipanaskan belum mencapai fasa austenite (5) fasa martensite belum
terbentuk ketika dilakukan proses quenching.
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
Grafik nilai kekerasan baja ST 60
Baja ST 60(Jominy)
Baja ST 60(nonperlakuan)
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 73
3. Baja ST 40 dan ST 60 setelah uji Jominy
Gambar 4.24 Grafik perbandingannilaikekerasanbaja ST 40 dan ST 60
Dari grafik kemampukerasan baja ST40 dengan baja ST60 dapat dilihat bahwa
kekerasan dari baja ST60 lebih baik daripada ST-40. Hal ini sesuai dengan hubungan
antara kekerasan dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja, kekerasan maksimum
hanya dapat dicapai bila terbentuk martensit 100 %. Dan baja ST60 memiliki kadar
karbon yang lebih banyak/besar dibandingkan ST40 ,sehingga baja ST60 mempunyai
kekerasan yang lebih besar. Untuk laju kemampukerasan terlihat pada grafik antara Baja
ST 40 dan Baja ST 60 mempunyai laju kemampukerasan yang relatif sama, namun hal
ini bertentangan dengan teori yangbaja ST40 akan mempunyai laju kekerasan yang lebh
tinggi dibandingkan dengan baja ST 60.
0
10
20
30
40
50
60
Grafik perbandingan nilai kekerasan baja ST 40 dan ST 60
Baja ST 40
Baja ST 60
Laporan Praktikum Struktur dan Sifat Material 2013
Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro 74
4.5 PENUTUP
4.5.1 Kesimpulan
Setelah melalukan percobaan Jominy ini serta membuat kurva kemampukerasannya
serta menganalisisnya, dapat disimpulkan :
1. Uji Kemampukerasan/Jominy Test adalah sebuah percobaan pemanasan material
yang kemudian didinginkan dengan cara disemprot pada ujung material yang
bertujuan untuk mengetahui kemampukerasan suatu material.
2. Kekerasan material baja bergantung pada jumlah komposisi karbon, semakin besar
kadar karbon dalam suatu baja maka semakin keras baja tersebut.
3. Material pada temperatur austenit bila diquench akan menyebabkan struktur material
tersebut akan berubah menjadi martensit.
4. Dari grafik perbandingan antara kekerasan baja ST 40 dan baja ST 60 kekerasan
setelah uji jominy lebih rendah daripada kekerasan awal.
5. Baja ST 60 setelah uji jominy memiliki tingkat kekerasan lebih tinggi daripada baja
ST 40 setelah uji jominy.