Normalizing adalah proses perlakuan panas yang bertujuan memperbaiki struktur butiran logam yang mengalami deformasi akibat proses pembentukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh normalizing terhadap ketangguhan low carbon steel. Penelitian mengunakan metode eksperimen dengan membandingkan ketangguhan specimen yang diproses normalizing dangan yang tanpa proses normalizing. Ketangguhan dibatasi pada parameter kekerasan, kekuatan impact dan kekuatan tarik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa low carbon steel yang menerima perlakuan normalizing terbukti mengalami penurunan kekerasan mencapai 88,62%, penurunan kuat pukul 42,49% dan penurunan kuat tarik 2,36%. Ketangguhan low carbon steel menurun 26% - 36% akibat normalizing.

Definisi Kelelahan (fatigue), merupakan kecendrungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang – ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini. Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

ASPEK METALURGI PADA KELELAHAN LOGAM

Mekanisme patah lelah terdiri dari tiga tahap, yaitu tahap awal terjadinya retakan (crack initiation), tahap penjalaran retakan (crack propagation) serta patah akhir atau patah statis akibat dari penampang yang tersisa tidak mampu lagi menerima beban.

Memperkirakan umur lelah suatu komponen adalah sulit. Kesukaran ini disebabkan oleh banyaknya factor yang mempengaruhi umur lelah. Faktor-faktor tersebut adalah:

1.Beban, yang terdiri dari

-Jenis beban: uniaksial, lentur, punter

-Frekuensi siklus beban

-Pola beban: periodik, random

-Besar tegangan

2.Kondisi material

3.Proses pengerjaan

4.Bentuk dan ukuran komponen

5.Temperatur operasi

6.Kondisi lingkungan

Umur lelah biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus tegangan yang dicapai sampai spesimen atau komponen patah. Dengan demikian umur total tersebut telah mencakup pula tahap awal retakan dan penjalaran retakan yang bila telah cukup jauh penjalarannya akan menyebabkan patah menjadi dua. Selain itu data kelelahan lain yang penting adalah laju penjalaran retakan (crack growth rate). Laju penjalaran retakan inilah yang datanya dapat dipakai untuk memperkirakan umur lelah.

Uji lelah yang sederhana dilakukan dengan memberikan pembebanan atau tegangan yang relatif sederhana, yaitu beban uniaksial atau lenturan. Dengan beban tersebut akan diperoleh tegangan tarik dan tegangan tekan yang berfluktuasi.

Baja memiliki batas kelelahan (fatigue limit) atau batas ketahanan (endurance limit) yang jelas, sedangkan alumunium tidak mempunyai batas kelelahan yang jelas.

Batas kelelahan adalah batas tegangan yang akan memberikan umur lelah yang tidak berhingga.

Adanya bagian komponen yang tidak kontinyu, misalnya akibat adanya takikan atau lubang ataupun goresan yang dalam akan menyebabkan pemusatan tegangan.

Pengaruh adanya takikan terhadap karakteristik kelelahan dinyatakan dengan faktor takikan terhadap kelelahan (fatigue notch factor) Kf

 : Harga kekuatan lelah pada kedua jenis spesimen tersebut diatas diambil pada jumlah siklus yang sama.

Cara lain untuk menyatakan pengaruh takikan adalah dengan sensitivitas takikan terhadap kelelahan (fatigue notch sensitivity) q : Pada tingkat tegangan yang rendah serta jumlah siklus yang tinggi, banyak logam yang menunjukkan kapekaan terhadap takikan. Disisi lain hal ini tidak berlaku pada logam yang ulet. Tegangan lokal yang tinggi akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis setempat, sehingga tegangan yang bekerja menjadi lebih rendah daripada kalau hanya di daerah elastis.

Sumber: http://irulwelding.wordpress.com/2010/03/11/aspek-metalurgi-pada-kelelahan-logam/ 

Penyebab Kelelahan

Kelelahan yang dikontrol oleh tegangan o Lengkung rotasi (rotating bending)o Getaran (vibration)o Penekanan (pressurisation)o Kontak Gelinding (rolling contacts)

Kelelahan yang dikontrol oleh regangan o Siklus termal (thermal cycles)o Takikan besar (severe notches)o Terbuka/tertutup

Umur lelah (fatigue life) biasanya 107 siklus

Perkiraan dari jumlah siklus yang dialami oleh suatu piston mobil lebih dari 100.000 mil (~330.000 km)

Pengukuran Kelelahan

Struktur presisi (smooth) dan bertakik (notched): o Kelelahan meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran retakan (propagation of

crack)o Karakterisasi dengan umur lelah T-S (Tegangan-Siklus, S-N) atau R-S

(Regangan-Siklus, e – N)o Takikan mengkonsentrasikan tegangan dan regangan

Struktur retak o Kelelahan meliputi penyebaran retakano Karakterisasi dengan laju pertumbuhan retak lelah (fatigue crack growth rate)

Tujuan memprediksi umur lelah atau siklus pembebanan maksimum untuk menentukan umur tak terbatas (infinite life)

Pengaruh Kekuatan dan Ketangguhan terhadap Kelelahan

Peningkatan kekuatan o Meningkatkan umur lelah siklus tinggi (penurunan regangan plastis)o Menurunkan umur lelah siklus rendah (penurunan ketangguhan)

Ketangguhan dan keuletan menurun dengan kenaikan kekuatan

Mekanisme Kelelahan

Pengertian terhadap mekanisme kelelahan dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan lelah (fatigue resistance)

o Logam Slip tetap (irreversible) kumulatif

o Keramik Keretakan dipengaruhi lingkungan

o Polimer Pemanasan histeresis (hysteresis)

o Komposit Retakan mikro Penipisan lapisan (delamination) Kerusakan penekanan

Kelelahan pada logam sudah dikenal dengan baik/meluas (lihat artikel)

Kelelahan dalam Logam

Deformasi plastis terjadi pada butir-butir orentasi yang sesuai, meskipun dibawah batas elastis

Pada logam murni o  langkah slip ekstrusi mengawali terjadinya retakan (memerlukan banyak siklus)

Pada logam komesial o akumulasi regangan plastis menumbuhkan inti retakan kecil di tempat inklusi

(memerlukan sedikit siklus) Batas lelah (fatigue limit) adalah tegangan dibawah dimana sebuah retak dapat

menum-buhkan inti tetapi tidak menyebarkan retakan Keuntungan

o Peningkatan kekuatan Karburisasi

Nitridisasi Pengerasan induksi Pengerjaan dingin

o Tegangan sisa (residual stress) Penembakan mimis (shot-peening) Penembakan mimis (shot-peening)

o Peningkatan tingkat kebersihano Pengerjaan akhir permukaan

Elektropolishing Kerugian

o Menurunkan kekuatan Nonkarburisasi Pemanasan berlebih Pelunakan (annealling)

o Tegangan sisa Pelapisan Cr-Ni

o Rendah tingkat kebersihano Pengerjaan akhir permukaan

Permesinan penanda (machining marks)

Pencegahan Kelelahan

Dengan pengikat (fastenings) o Ekspansi dingin menggunakan madrel (contoh paku keling)

Pelubangan mandiri (autofrettage) o Ekspansi dingin oleh penekanan (contoh ketel bertekanan)

Ringkasan

Kelelahan adalah pertumbuhan inti dan pertumbuhan dari retakan dibawah kondisi siklus tegangan dan regangan

Umur lelah dapat ditingkatkan dengan: o Mengontrol tegangano Mengontrol struktur mikroo Mengontrol penyelesaian permukaan

Umur lelah dapat dapat diprediksi dengan o komponen presisi dan bertakik             ->    kurva T-S, R-So komponen dengan retakan                     ->    Persamaan Paris

STRUKTUR MIKRO BAJA KONSTRUKSI ST41 NORMALIZING Kali ini saya ingin berbagi hasil pengujian metalografi pada spesimen Baja ST41. Perlakuan panas yang

telah dikenakan pada baja tersebut adalah normalizing. Penjelasan dari proses perlakuan tersebut bisa

dilihat pada postingan saya sebelumnya pada spesimen ASTM A106B, hanya saja temperature dan

holding time-nya berbeda.

Sebelum melihat struktur mikro pada perlakuan, perlu terlebih dahulu kita mengidentifikasi komposisi kimia pada masing-masing spesimen. Berikut saya tampilkan tabel komposisi kimia untuk spesimen ST 41 (Baja konstruksi dengan tensile strength 40 kg/mm2)

No. Nama Unsur (simbol) Persentase (%)

1 Besi (Fe) 98,985

2 Mangan (Mn) 0,6

3 Karbon (C) 0,10

4 Silikon (Si) 0,25

5 Fosfor (P) 0,03

6 Belerang (S) 0,035

       

Dari kandungan karbon pada spesimen, maka kita tahu bahwa spesimen itu merupakan baja konstruksi

dengan kadar karbon yang rendah. Sehingga, ketika kita melakukan proses normalizing nanti, akan kita

peroleh struktur ferrite dan pearlite, bukan? nah, untuk melihat struktur tersebut, pada saat etching ,

larutan yang digunakan adalah nital ( HNO3 dan Alkohol), perbandingan 4 ml dan 96 ml).

selanjutnya, dilakukanlah proses normalizing. Pemanasan dilakukan hingga mencapai

temperatur 900˚ C (fasa austenit),kemudian untuk tujuan homogenisasi di holding selama 2 jam

( ketebalan sampel 1 cm). Setelah itu, di dinginkan dengan udara sampai temperatur kamar

Baja konstruksi ST 41 proses Normalizing ditunjukan pada gambar dibawah,terlihat jelas

memperlihatkan fasa pearlite dan ferrite. Dimana fasa pearlite ditunjukkan dengan fasa yang berwarna

hitam. Sedangkan fasa ferrite ditunjukkan dengan warna putih.

Karena pendinginan yang lebih cepat maka pembentukan inti lebih cepat dan lebih banyak

sehingga butiran yang terjadi akan lebih halus. Kadar karbon ST 41 yang termasuk baja karbon rendah

sekitar 0,1 % memiliki ferrite yang lebih banyak dibanding pearlite.

Jika kita ingin menghitung persentase pearlite dan ferrite masing-masing,dapat dilakukan dengan

pembagian kotak-kotak pada gambar dengan menghitung persentase masing-masing kotak kemudian

total keseluruhan kotak dirata-rata. Silahkan di coba!

Penjelasan mengenai pembentukan struktur mikro dapat dijelaskan melalui Diagram CCT

Diagram Pendinginan ST 41 Normalizing

Laju pendinginan terhadap baja konstruksi ST 41. Pada pemanasan hingga temperatur 9000C, fasa awal

yang terbentuk adalah austenite. Spesimen/benda uji kemudian dikeluarkan dari furnace dan dibiarkan

pada udara luar tujuannya adalah untuk memberikan laju pendinginan yang sedikit cepat pada

spesimen/benda uji tersebut. Fasa austenit hasil pemanasan tadi bertransformasi menjadi fasa pearlite

dan ferrite. Fasa pearlite dan ferrite akan bertahan hingga temperature kamar.

Induksi Magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor.[1] Adanya kuat medan magnetik di sekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans Christian (Denmark, 1774 – 1851).[1] Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan konduktor, maka konduktor itu akan dialiri arus listrik.[1] Bila arah arus dibalik, maka penyimpangannya juga berbalik. Selanjutnya, secara teoritis laplace (1749 – 1827) menyatakan bahwa kuat medan magnet atau induksi magnet di sekitar arus listrik sebagai berikut :

1. Berbanding lurus dengan arus listrik[1]

2. Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar[1]

3. Berbanding terbalik dengan kuadrat arak suatu titik dari kawat penghantar itu[1]

4. Arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik.