bab ii teori dasar - dewey.petra.ac.id
TRANSCRIPT
BAB II
TEORI DASAR
l.Baja
Ada beberapa hal yang menyebabkan baja banyak digunakan oleh manusia,
antaralain :
1. Jumlahnya di alarn cukup melimpah.
2. Mempunyai sifat mekanik ( kekuatan, keuletan ,dll) cukup baik.
3.Mudah dikerjakan baik dengan proses forming maupun machining,
sehingga mudah dibuat barang yang berguna bagi manusia
4.Harganya relatif murah
Baja merupakan paduan , yang terdiri dari besi, karbon dan unsur lainnya.
Sifat baja ditentukan oleh besamya kadar karbon , disamping juga unsur
paduannya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran maupun penempaarL Karbon
merupakan unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan
baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalan teknik, dalam
bentuk plat, lembaran, pipa, batang, profil dan sebagainya. Beberapa pengunaan
baja khususnya plain carbon steel dapat dilihat pada gambar 2.1 :
DEAO MILO MILO MEDIUM CAPSOM
2 - 3 •* - 5 - 6 -7 - 8 1 - t . I . O l - l 1 . 2
rtofin.it
Gambar 2.1 .Mikrostruktur,siiat mekanis dan penggunaan plain carbon steel
(sebelum proses perlakuan panas )
Selain itu perlu juga diketahui struktur mikro dari baja yang dapat dilihat pada
diagram ekuilibrium Fe-Fe3C ( gambar 2.2.)
The iron-carbon equilibrium diagram: a, ferrite; y, austenite;8, 5-ferrite; Fe3C, cemcntite.
o.E
1600
S —
1400
1200
1000
800
a —•-
600
4002 . 3 4 5
Weight percent carbon
1 1
I
y !j
912° (1674°) /
\a+ y\/
i \ 0.77
I 0.02]-iIi
1
A\i
i"1
i
i
+ liquid
v 1148°
'2.11
727°
— - - • •
i
(2098
(1341
I
• Liquid
! 4 -3
y+^FejC
o, I
a +! Fe3C
i
i i
:
:' Liquid
+ i
:i
I
--
--
-:
-
- 2800
- 2400
- 2000
- 1600
- 1200
- 800
Gambar 2.2.Diagram ekuilibrium besi - karbida besi
Berdasarkan unsur paduannya, klasifikasi baja mengikuti SAE ( Society of
Automotive Engineers ) dan AISI ( American Iron and Steel Institute ) adalah
sebagai berikut:
A.Baja Karbon
1 .Baja karbon rendah ( < 0.3 % C )
2.Baja karbon sedang (0.3 - 0.7 % C )
3.Baja karbon tinggi (0.7-1.4 % C )
B.Baja Paduan
1 .Baja paduan rendah ( paduannnya < 8 % )
2.Baja paduan tinggi ( paduannya > 8 % )
Baja karbon rendah digunakan untuk kawat, baja profil, sekrup, ulir dan
baut. Baja karbon sedang digunakan untuk rel kereta api, as, roda gigi, dan suku
cadang yang berkekuatan tinggi, atau dengan kekerasan sedang sampai tinggi.
Baja karbon linggi digunakan unluk perkakas potong, seperli pisau, gurdi, lap dan
bagian - bagian yang tahan gesekan.
2.Baja AISI1045
Pemilihan baja AISI 1045 karena baja ini paling banyak dipakai dalam
pembuatan komponen-komponen permesinan, murah dan mudah didapatkan di
pasaran. Komponen mesin yang terbuat dari baja ini contohnya poros, roda gigi
dan rantai. Adapun data-data dari baja ini adalah sebagai berikut:
- AISI 1045 diberi nama menurut standard American Iron And Steel
Institute ( AISI ) dimana angka lxxx menyatakan baja karbon
angka lOxx menyatakan plain carbon steel
angka 45 menyatakan kadar karbon perseratus persen
(0.45 % C)
Penulisan atau penggolongan baja AISI 1045 ini menurut standard yang
lain adalah sama dengan DIN C 45, J1S S 45 C, dan UNS G 10450
- Menurut penggunaannya termasuk baja konstruksi mesin.
• Menurut struktur mikronya termasuk baja hypoeutectoid ( kandungan
karbon < 0.8 %C )
- Dengan meningkatnya kandungan karbon maka kekuatan tarik dan
kekerasannya semakin menjadi naik sedang kemampuan regang ,
keuletan , kelangguhan dan kemampuan lasnya menurun.
Kekuatannya akan banyak berkurang bila bekerja pada temperatur yang
agak tinggi. Pada temperatur yang rendah ketangguhannya menurun
secara drastis.
• Kandungan unsur pada AISI 1045 menurut standard ASTM A 827-85
adalah sebagai berikut:
- Karbon = 0.42 - 0.50 %
- Mangan = 0.60 - 0.90 %
- Fosfor = maksimum 0.035 %
- Sulfur = maksimum 0.040 %
-Silikon =0.15-0 .40%
Siiat Mekanis lainnya:
- Tensile strength = 103 ksi
- Yield strength =90 ksi
- Elongation = 1 4 %
10
- Reduction in Area = 40 %
-Hardness =217 HB
3.Pembentukan Butir
Pada saat logam cair membeku, atom - atom mengatur diri mengikiiti
pola geometris tertentu. Mula-mula terbentuk inti yang kemudian tumbuh menjadi
butir krislal dengan susunan kisi yang leraiur. Inti iersebul terjadi ketika logam cair
mulai membeku dan arah petumbuhannya acak. Pada saat kristal yang satu bertemu
dengan kristal lainnya yang sedang tumbuh, pertumbuhan kedua kristal tersebut
terhenti dan pennukaan singgungnya disebut batas butir. Orientasi kristal berbeda
pada setiap butir kristal.
Pada umumnya pertumbuhan butir tidak merata, artinya pertumbuhan
dalam suatu arah tertentu mungkin lebih cepat. Pertumbuhan tersebut menyerupai
ranting - ranting oleh karena itu kristalnya disebut dendrit. Besar butir kristal
tergantung ada laju pendinginan dan proses pengerjaan panas atau pengerjaan
dingin waktu logam dibentuk. Logam dengan butiran yang halus umumnya
memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibandingkan dengan logam yang
memiliki butiran yang kasar. Bahan dengan butir yang kasar lebih mudah
permesinannya, lebih mudah dikeraskan melalui perlakuan panas dan memiliki daya
hantar listrik dan panas yang baik. Meskipun logam berbutir kasar akan mengeras
11
secara merata , bahan berbutir halus tidak mudah retak sewaktu dicelup
(didinginkan secara tiba-tiba).
Kekerasan maupun ukuran butir butir tergantung pada riwayat termal
logam. Pencelupan iogam panas dari suhu tinggi akan meningkatkan kekerasan
logam tersebut dan pendinginan perlahan-Iahan akan menghasilkan logam yang
lunak.
4.Sifat Logam
Sifat bahan mencakup berat jenis, tekanan uap, muai panas, daya hantar
panas, sifat listrik dan magnit dan sifat teknik lainnya. Yang dimaksud sifat teknik
adalah sifat mekanik yang menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menerima
beban / gaya / energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan atau komponen
tersebut. Bebarapa sifat mekanik yang penting : kekuatan tank (tensile strength) ,
kekuatan tekan, kekuatan torsi, kekenyalan (elasticity), kekakuan (stiffness) ,
ketangguhan (toughness) , plastisitas (plasticity), kelelahan (fatigue) , modulus
elastisitas dan kekerasan (hardness) . Dua sirat utama adalah kekuatan tank dan
kekerasan.
12
4.1.Keuleian
Adalah kemampuan suatu material untuk dapat dibentuk secara permanen
atau secara plastis tanpa terjadi patah. Bahan yang mudah ditekuk, ditarik,
diregang, dibentuk atau diubah bentuknya secara permanen disebut bahan yang
ulet. Bahan yang memiliki kekuatan yang tinggi biasanya tidak rapuh dan tidak
terlampau keras. Sedangkan bahan yang keras biasanya rapuh dan kurang ulet.
Percobaan larik dapai. digunakan untuk palokan keulelan suatu bahan dengan
menentukan besarnya regangan ( dalam % ) pada saat benda uji putus. Oleh karena
itu prosentase perpanjangan dapat dinyatakan dengan :
S = — x 1 0 0 % dimana: S = elongation
AI = pertambahan panjang
1Q = panjang mula-mula
£ ( elongation) adalah harga yang digunakan sebagai salah saiu indikator duciiliiy.
Ductility adalah sangai penting karena dapat digunakan sebagai ukuran kemudalian
proses pembentukan logam {formability ) .
Agar proses metal forming dapat berlangsung maka bahan haruslah
memiliki sifat sebagai berikut:
1.Material harus dapat memberikan perubahan plastis tanpa berakibat lepasnya
ikatan material tersebut ( rusak / patah ) apabila mendapat gaya dari luar.
13
2.Sifat plastis dari bahan yang dikerjakan. Sifat ini dapat diketahui dengan uji tarik
dimana benda ditarik secara perlahan terus-menerus sampai patah.
4.2.Kekerasan
Kekerasan( hardness )dapat didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap
penggoresan, pengikisan atau abrasi, indentasi atau penetrasi. Sifat ini berkaitan
dengan sifat tahan aus ( wear resistance ).
Ada berbagai cara untuk menentukan kekerasan bahan. Untuk keperluan
industri biasanya digunakan metode pengukuran ketahanan terhadap penetrasi bola
kecil, kerucut atau piramida. Pertama-tama, alat tekan ditekankan ke dalam bahan
dengan beban mula tertentu. Kemudian beban dinaikkan dan kekerasan dibaca,
yaitu selisih kedalaman penetrasi yang ditimbulkan oleh beban akhir dan beban
mula. Skala kekerasan tergantung pada bcntuk dan jenis penekan dan beban.
Uji kekerasan Brinell adalah salah satu cara untuk menentukan kekerasan
suatu material yang paling mudah. Kekerasan Brinell ditentukan dengan
menggunakan bola kecil berdiameter 10 mm dengan beban 500, 1500, atau 3000
kg ditekan pada permukaan material yang rata selama5 atau 10 detik. Kemudian
beban dipindahkan dan diameter jejak diukur dengan mikroskop yang mampu
mengukur sampai ketelitian 0.05 mm. Tabel 2.1 menunjukkan kombinasi
pemakaian diameter bola dan pembebanan :
14
Tabel 2.1 .Kombinasi Diameter Bo!a Baja Dan Pembebanan
Diameter of steel ball inn)
5
10
10
10
Load kg (kN)
750(7.355)
500(4.903)
1000(9.S0o7)
3000(20. 420)
Notation
HB ( 5 / 75(1)
HB (10/ 500)
HB (10/100U)
IIB (10/3000)
Remark: IIB (IO/3(JO0) fan Ix shortened into HB.
Angka kekerasan Brinel] ditentukan dengan mernbagi beban dengan luas
permukaan indentasi.
BHN Beban ( K g )
Luas permukaan tekan (mm2)
Dalam prakteknya, angka kekerasan Brinal dapat langsung terbaca. Uji ini
relatif mudah dan sederhana khususnya untuk pengujian besi dan baja, tetapi
memiliki beberapa kerugian seperti:
1 .Tidak dapat digunakan untuk Iogam yang terlalu keras maupun terlalu
lunak.
2.Hasilnya tidak terlalu teliti untuk Iogam yang terlalu tipis. Ini akan baik
jika ketebalan material paling sedikit 10 kali lipat kedalaman penetrasi
( dapat dilihat pada lampiran 1 tabel 2 )
15
3.Tidak dapat digunakan untuk logam yang telah dikeraskan permukaannya
{case-hardened surfaces)
4.Penetrasian harus dilakukan pada daerah yang jauh dari tepi atau sudut
material
Beberapa cara pemilihan metode uji kekerasan terdapat pada Tabel 2.2 :
Tabel 2.2.Aplikasi Uji Kekerasan Indentasi
8RINELL
Structural steeland olher roitecsections
Most casimgsincluding steel.cast iron, and«lum>riu'M
vlosl lorymgs
ROCKWELL
Fimjned pans.such as Dear.ings, bea'mgraces, valves.nuts, bo'ts.gears pulleys.»O"l. pms.P'VOIS.
Mops. etc.
Cutting tools.such as i i w i .knives, chisels.scissors
forming tools
Small castingsana lorgings
She«t metal
Large-diameterwire
Electricalcontacts
Plastic sheetof parts
Case-hardenedpans
Cementedcarbides
ROCKWELLSUPERFICIAL
Same asstandardRockwell e«ceptwhere shallowerpenetration isnecessary, asi n .
Thm case-hardened pans.to .010 in.
Thin materialsdown to .006 in.
Cementedca'bides
Powdered metals
ViCKERS
Same asRockwell andRockwc'iSuperficialexcept wherehigher accuracy0' \r\iUO"*i
pr»eirai<on isnecessary, ajin :
Thin c u e -hardened pans..005 to .010 in.
"Thin materialsdown to .00S in.
Highly linijhedjans to avoida removaloperation
hin sections.such as lubmg
Weak structures
Plating thickness
MICROMARONESS
Plated surfaces
Coalmgs such aslacauer. varrf.sh.or pa,.it
f O'll jno vary thinm.wi'iijls down lo0001 m
To establish casegradients
8imetal] andlaminatedmaterials
Very small pans orareas, such aswatch gears.culling tool edges.Ihreid crests, pivotpomlj. etc.
Very brittle 0'ragile materialsKnoop indenter).
such as silicon.germanium, glass.OOlh enamel
Opaau*. cjear. orranslucent
materials
Powdered metals
To investigateindividualconstituents ofa material
To determine gramOr grain boundaryhardness
16
Pengukuran kekerasan digolongkan daJam pengujian yang tidak merusak
dan diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang karena kekerasan sebanding
dengan kekuatan tarik sedangkan ketahanan aus berbanding terbalik dengan
kekerasan seperti teriihat pada gambar 2.3.
% Carbon • % Carbon • Hardness Hardness
Gambar 2.3.Grafik hubungan tensile strength dan kekerasan untuk baja
Karena kekerasan mudah ditentukan maka cara pengujian ini sering
dimanfaatkan untuk pengendalian mutu pada proses - proses perlakuan panas,
pembentukan dingin maupun pembentukan panas. Bila nilai kekerasan merata,
dapat ditarik kesimpulan umum bahwa sifet-sifet mekanisnya pun seragam.
S.Deformasi Plastis
Dua jenis pengerjaan mekanik dimana logam mengalami deformasi plastik
dan perubahan bentuk adalah pengerjaan panas dan pengerjaan dingin. Perbedaan
antara pengerjaan dingin dan panas sulit didefinisikan secara metalurgis. Pada
pengerjaan panas, gaya deformasi yang dibutuhkan adalah lebih rendah dan
17
perubahan sifat mekanis tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya
yang lebih besar dan kekuatan logam meningkat.
Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan dingin dan
panas. Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu rekristalisasi atau di atas
daerah pengerasan kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi
dan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang. Suhu rekristalisasi baja antara
500° C dan 700 °C4)
Gambar 2.4.Contoh butir yang terdeformasi cold work 50 % dengan proses rolling
pada baja 1080; pembesaran 100 x
6.Pengerjaan Dingin
Logam yang dirol, diekstrusi atau ditarik pada suhu dibawah suhu
rekristalisasi dikatakan telah mengalami pengerjaan dingin. Logam biasanya
18
mengalami pengerjaan dingin pada suhu ruang, meskipun perlakuan tersebut
mengakibatkan kenaikan suhu. Pengerjaan panas yang dilakukan pada logam dalam
keadaan plastis dapat menyebabkan terjadinya penghalusan struktur butir;
sedangkan pengerjaan dingin mengakibatkan terjadinya distorsi pada butir. Suatu
logam dikatakan mengalami pengerjaan dingin bila butir - butir kristalnya berada
dalam keadaan terdeformasi setelah mengalami deformasi plastik. Sebagai akibat
pengerjaan dingin ini beberapa sifat mekanik mengalami perubahan, yaitu
meningkalkan kekuatan, memperbaiki kemampuan permesinan,
meningkatkan ketelitian dimensi, dan menghaluskan permukaan logam.
Operasi pengerjaan dingin secara menyeluruh dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3.Operasi Pengerjaan Dingin
1. Angle2. Roll3. Draw anil
compression4. Roll-forming
1. Har and lulvdrawing
2. Wire drawing3. Spinning4. [-mhossin"
5. Seaming6. Hanging7. Straightening
Drawing
5. Sircic!> 1'irmingf>. Slicct mclal drawing7. IroningS. S»|)er|il:islic forming
Squeezing
1. Rolling2. Swaging3. Cold lorging4. Extrusion5. Sizing6. Rivciing
Shearing
1. Shearing: sliuing2. Blanking3. Piercing; lancing;
perforating
7. Slaking'8. Coming9. Pconiii!!
10. UuniishingI I . Huhlimy12. Tlnvad rolliiij;
4. Notching:Nihhling
5. Shaving6. Trimming7. Cuioll8. Dinkiii"
19
Drawing ordeep drawing
Punch
DieWork
Sheet metal bending
= Die;
Work
Spinning
Steps in spinningFinal shape
Original blankof sheet metal
Follower heldin tailstock
Pushforce
Extrusion (forward)
Ram Work
Form attachedto headstockspindle
Wire drawing
Workj W
Die Finaldiameter
Cold rolling
i r e Pull force
Final sizeJ
Gambar 2.5.Proses pengeijaan dingin
20
Bila suatu deformasi plastis berlangsung diatas temperatur rekristalisasi,
contohnya dalam hot work, tidak ada tanda terjadi perubahan siiat mekanis. Bila
suatu logam dibentuk secara plastis dalam keadaan dingin, menyebabkan
peningkatan kekuatan dan kekerasan dan penurunan keuletan. Beberapa logam
tidak dapat dikeraskan dengan cara heat treatment I perlakuan panas dan oleh
karena itu satu-satunya metode yang digunakan adalah cold work. Juga, dimana
bila suatu logam memiliki bentuk yang sederhana seperti dalam bentuk batangan,
sheet alau lubing adalah iebih cocok di-cold work karena biayanya lebih ekonomis.
Di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara proses cold work
terhadap kekerasan, kekuatan dan keuletan :
Competegraingrowth
Gambar 2.6.Hubungan cold work terhadap kekerasan,kekuatan dan keuletan
21
Meskipun kekuatan dan kekerasan meningkat tetapi laju kenaikannya
berbeda. Kekerasan biasanya meningkat dengan cepat pada derajat delbrmasi
sepuluh persen yang pertama sementara kekuatannya naik secara perlahan. Untuk
memahami apa yang terjadi selama proses pengerjaan dingin, seseorang harus
memiliki pengetahuan mengenai struktur logam. Logam berbentuk krista! dan
terdiri dari butir-butir yang tidak beraturan dengan besar yang berbeda. Suatu
logam mengandung sejumlah besar butiran tunggal yang dipisah oleh batas
buliran ( grain boundaries ). Buliran ini memiliki sixuklur kristal (.erganlung pada
perlakuan awal dan komposisinya. Orientasi butiran termasuk batas butiran dan
cacat struktur dinamakan pola / texture. Dalam sebuah kristal, atom-atom berada
pada posisi sedemikian rupa sehingga jarak antara atom diulangi secara periodik
dalam semua arah. Susunan atom yang teratur ini disebut lapisan / kisi-kisi kristal
( crystal lattice). Atom-atom tersebut berada dalam keadaan seimbang pada posisi
lapisannya terhadap gaya tarik dan berlawanan arah yang disebabkan elektron dan
neutron, emua siiat logam ditentukan dari struktur kisi yang disebabkan
oleh deformasi plastis atau pengerjaan dingin.
Struktur itu sendiri adalah susunan dalam loganx Struktur dapat dilihat jika
sekeping logam yang terasah dan tersetsa ( asam salpenter ) diamati di mikroskop
atau dapat diperiksa dengan penyinaran sinar X.
Struktur beberapa logam penting untuk diketahui karena sejumlah logam
memiliki struktur yang berbeda padasuhu yang berbeda. Perubahan struktur dari
satu ke lainnya dinamakan perubahan fasa.
22
Setiap butir terdiri dari atom - atom yang tersusun rapi membentuk kisL
Orientasi atom dalam sebuah butir sama, akan tetapi berbeda antara butir yang satu
dengan yang lain. Sewaktu logam mengalami proses pengerjaan dingin, terjadilah
perubahan yang menyolok pada struktur butir. Terjadi perpecahan butir,
pergeseran atom-atom dan distorsi kisi.
Untuk pengerjaan dingin diperlukan tekanan yang lebih besar daripada
pengerjaan panas. Logam mengalami deformasi tetap bila tegangan melebihi batas
elaslik. Karena lidak mungkin lerjadi rekrisialisasi selama pengerjaan dingin, tidak
terjadi pemulflian dari butir yang mengalami distorsi atau perpecahan. Dengan
meningkatnya deformasi butir, tahanan terhadap deformasi meningkat sehingga
logam mengalami peningkatan kekuatan dan kekerasan. Dikatakan bahwa logam
mengalami pengerasan regangan. Untuk logam yang tidak dapat dilakupanas, hal
ini merupakan satu-satunya cara untuk mengubah sifat fisis seperti kekuatan dan
kekerasan.
Jumlah pengerjaan dingin yang dapat dialami logam tertentu bergantung
pada keuletannya, makin ulet makin besar jumlah pengerjaan dingin yang dapat
dialaminya. Logam murni lebih mudah mengalami deformasi daripada paduan,
karena penambahan unsur paduan cenderung meningkatkan gejala pengerasan
regangan. Akibat pengerjaan dingin, di dalam logam timbul tegangan yang cukup
besar, tegangan ini disebut tegangan sisa. Tegangan- tegangan ini tidak
dikehendaki, oleh karena itu untuk menghilangkannya, logam harus dipanaskan
dibawah suhu reknstalisasi. Tegangan ini dapat ditiadakan tanpa terjadi perubahan
23
yang berarti pada sifat - sifat fisik atau struktur butir. Pemanasan di daerah suhu
rekristalisai dapat meniadakan pengaruh pengerjaan dingin, dan logam kembali ke
keadaan semuia.
6.1.Keuntuogan dan Kerugian
Setelah mengalami pengerjaan panas, produk dapat mengalami pengerjaan
penyelesaian dingin sehingga memiliki nilai komersiil yang lebih baik. Strip dan
lembaran hasil pengerjaan panas, lunak, mempunyai cacat permukaan, ketelitian
diniensi dan beberapa sifat fisiknya kurang. Pengerjaan dingin akan mengurangi
ukuran sedikit tetapi pengendalian dimensinnya lebih baik. Permukaaan tidak akan
teroksidasi dan mulus; dan kekuatan dan kekerasan meningkat. Logam ulet atau
ductile dapat diekstrusi pada suhu di bawah suhu rekn'stalisasL Untuk pengerjaan
dingin diperlukan tekanan dan peralatan dengan kapasitas yang lebih tinggi
dibandingkan dengan pengerjaan panas. Sebagai suatu proses pengubahan bentuk ,
pengerjaan dingin terbatas untuk bahan yang ulet. Bahan menjadi rapuh bila
mengalami pengerjaan dingin yang berlebih, bahkan jika deformasi dilanjutkan
maka akan mengakibatkan kepatahan sehingga diperlukan perlakuan anil
Secara umum proses pengerjaan dingin berakibat:
l.Terjadinyategangandalamlogam; tegangan tersebut dapat dihilangkan dengan
suatu perlakuan panas.
2.Struktur butir mengalami distorsi atau perpecahan.
24
3.Kekerasan dan kekuatan meningkat; hal ini seiring dengan kemunduran keuletan.
4.Suhu rekristalisasi baja meningkat.
5.Penyelesaian permukaan lebih baik.
6. Dapat diperoleh tolerasi dimensi yang lebih teliti
7. Rekristalisasi
Sebagian energi yang diberikan uni.uk mendeformasi logam dikeluarkan
sebagai panas, dan sebagian lagi tetap tersimpan dalam struktur kristal sebagai
energi dalam atau tegangan dalam yang dikaitkan dengan cacat krital yang tejadi
akibat dari deformasi. Dengan kata lain logam yang mengalami pengerjaan dingin
akan menyimpan sejumlah tegangan dalam sebagai akibat terjadinya sebagian besar
dislokasi.
Bila logam yang telah mengalami pengerjaan dingin ini dipanaskan kembali
maka atom-atom akan menerima sejumlah energi panas yang dapat dipakai untuk
bergerak menuju atau membentuk sejumlah kristal yang lebih bebas cacat, bebas
tegangan dalam. Peristiwa perubahan yang terjadi selama proses pemanasan
kembali dapat dibagi menjadi tiga tahap recovery, recrystallization dan
grain growth.
7.1.Recovery
25
Recovery teijadi pada awal pemanasan kembali, pada temperatur yang agak
rendah, dan perubahan yang terjadi tidak diikuti dengan perubahan struktur mikro,
juga masih belum terjadi perubahan sifat mekanis. Perubahan yang terjadi disini
adalah pengurangan tegangan dalam.
Perlunya mengiirangi tegangan dalam disini adalah untuk mencegah
terjadinya distorsi pada benda kerja yang mengalami pengerjaan dingin sebagai
akibat tegangan sisa itu.
7.2.Recrvstallization
Adalah suatu proses yang melibatkan transformasi dan pertumbuhan butir
kristal baru dengan penghancuran kristal - kristal yang lama. Agar proses
rekristalisasi dapat berlangsung, krista-kristal itu hams dibentuk - biasanya sebagai
akibat dari deformasi plastis- dan logam harus ditingkatkan sampai temperatur
rekristalisasi. Tujuan dasar rekristalisasi adalah meningkatkan keuletan logam yang
telah rapuh akibat pengerjaan dingin.
Akibat pengubahan bentuk dalam keadaan dingindrawing, bending,
rolling, forging) maka kristal dimampatkan dan terjadi dislokasi hal ini terjadi
karena adanya energi yang tersimpan dalam dalam struktur kristal dan termasuk
cacat kristal. Melalui proses rekristalisasi, keadaan seperti ini disingkirkan dan
susunan kristal yang baru dibentuk.
26
Dengan pemanasan kembali hingga ke temperatur yang lebih tinggi akan
menyebabkan munculnya kristal baru dari kristal yang terdeformasi dengan struktur
dan komposisi kimia yang sama seperti saat sebelum proses cold work. Kristal baru
ini mula-mula muncul pada bagian kristal yang mengalami distorsi paling hebat
yaitu pada batas butir kristal dan bidang slip. Disini akan terbentuk kristal berupa
inti kristal dan lama-kelamaan akan tumbuh menjadi kristal yang lebih besar dan
kristal lama yang terdeformasi akan habis.
Rekrislalisasi terjadi melalui penginlian ( nucleulion ) dan perlumbuhan
{growth). Rekristalisasi dapat terjadi pada temperatur tertentu yang disebut
temperatur rekristalisasi yaitu temperatur dimana logam yang dideformasi dingin
akan mengalami rekristalisasi yang tepat selesai dalam satu jam. Tingginya
temperatur rekristalisasi d^pengaruhi oleh besarnya deformasi dingin sebelumnya,
Temperatur rekristalisasi makin rendah bila logam telah mengalami deformasi
dingin semakin besar. Berikut adalah temperatur rekristalisasi untuk berbagai
macam logam dan campuran
label 2.4.Temperatur Rekristalisasi Berbagai Macam Logam
MATERIAL .cCfiYSTAL.UZAT.ON
Copper (99.999%)Copper. S% zincCopper. 5% aluminumCopper. 2% berylliumAluminum (99.999%)Aluminum (99.0%+)Aluminum alloysNickel (99.99%)Monel metalIron (electrolytic)Low-carbon steelMagnesium (99.99%)Magnesium alloysZincTinLead
250600550700175550600700
1100750
1000150450
502525
' By p«rrmss<on \'on\ A. G. Guy. "Element* of Pt\yvc#l W*ia"urfly."2d ed . AdcMon-W*sley Pub-ihing Companr inc.. R«*ong. MASS .1959
27
Logam yang dideformasi pada temperatur diatas temperatur rekristalisasi
akan langsung mengalami rekristalisasi dan setelah detormasi selesai akan diperoleh
kristal yang sama dengan kristal sebelum sebelum terjadi deformasi. Pengerjaan
seperti ini disebut pengerjaan panas ( hot work ). Hot work tidak mengubah sifat
mekanik karena tidak menimbulkan distorsi pada kristal.
7.3. Grain Growth
Butir kristal yang besar mempunyai energi bebas yang lebih rendah,
karenanya butir kristal cenderung untuk tumbuh lebih besar hingga mencapai
ukuran maksimum untuk temperatur tersebut. Makin tinggi temperatur pemanasan
makin besar juga ukuran butir yang terjadi. Bahkan laju pertumbuhan butir ini
makin tinggi dengan tingginya temperatur pemanasan.
8. Efek Temperatur Pemanasan
Para ahli teknik sering dihadapkan pada desain struktur seperti pesawat
terbang, alat - alat penerbangan, turbin gas, dan pembangkit tenaga nuklir yang
beroperasi pada temperatur serendah -200°F(- 130° C ) atau setinggi 2300° F
( 1250° C ). Konsekuensinya bahwa sangatlah penting bagi para perancang untuk
mengetahui efek temperatur baik dalam range yang pendek maupun panjang pada
sifat mekanik dan sifat fisik material sebagai pertimbangan untuk pembuatan
28
aplikasi tersebut. Banyak proses manufakturing yang menggunakan panas, oleh
karena itulah efek pemanasan adalah sangat penting untuk dipeiajari. Bahkan,
sering terjadi bahwa suatu material dapat diproses dengaan lebih baik ataupun lebih
ekonomis hanya karena material itu dapat diubah dengan pemanasan atau
pendinginan.
Efek yang paling penting dalam pemanasan itu berhubungan dengan
kekuatan, kekerasan, dan keuletan. Secara umum, peningkatan temperatur akan
diikuli engan penurunan kekuatan dan kekerasan serla diikuli peningkatan
keuletan. Untuk operasi pembentukan {forming operations) pemanasan
menyebabkan material menjadi lebih lemah dan lebih ulet. Gambar berikut
menunjukkan perubahan siiat mekanis karena efek pemanasan pada baja karbon
sedang ( medium carbon steel).
MPa Psi 103
0
oon
400
200
0
120
100
80
60
40
. 20
0
Temperature CO200 M0 600
I
Tensile strength
Elongation
i:'()
100
80 Sco
40 J
20
0 200 400 600 800 1000 1200 1400Temperature (°F)
Gambar 2.7.Efek temperatur pada sifat mekanis baja karbon sedang
29
9.Nonna!ising
Scrupa dengan full annealing, hanya pcndinginannya di udara pada
temperatur kamar, memberikan kekuatan yang iebih tinggi daripada proses
annealing sebagai tambahan iintiik meningkatkan keuletan. Hasil normalising
mempunyai struktur mikro yang Iebih halus sehingga baja dengan komposisi yang
samaakan memiliki yield strength, ultimate strength dan kekerasan yang Iebih
linggi daripada full annealing.
Normalising juga dikerjakan pada benda hasil tuangan atau tempa untuk
menghHangkan tegangan dalam dan menghaluskan butir kristalnya. Pada
normalising hendaknya tidak dilakukan pada temperatur yang terlalu tinggi karena
butir kristal austenit yang terjadi akan terlalu besar dan bila didinginkan cepat,
maka inti-inti ferit tidak akan tumbuh secara normal menjadi butir - butir kristal
tetapi berupa pelat-pelat ferrit yang sejajar, hal ini akan menurunkan keuletan baja
tersebut. Di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan proses perlakuan panas
untuk baja:900
o> 800
700
600
5000.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
- 1600
1400
- 1200
- 1000
Gambar 2.8.Grafik proses perlakuan panas pada baja