Jurnal baja mangan austenitik (AA)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Jurnal baja mangan austenitik (AA)

on

  • 4,746 views

 

Statistics

Views

Total Views
4,746
Views on SlideShare
4,746
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
212
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Jurnal baja mangan austenitik (AA) Document Transcript

  • 1. ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK BAJA MANGAN AUSTENITIK HASIL PROSES PERLAKUAN PANAS Oleh: Abrianto Akuan. Ir., MT. Dosen Jurusan Teknik Metalurgi FT-UNJANI Abstrak Nilai kekerasan tertinggi dari baja mangan austenitik hasil prosesperlakuan panas annealing adalah 334.2 HV. Semakin lambat laju pendinginanpada proses perlakuan panas (quenching, normalizing, annealing) baja manganaustenitik akan meningkatkan nilai kekerasan baja tersebut, yaitu (217.4 HV,245.0 HV, 334.2 HV). Struktur mikro baja mangan austenitik hasil perlakuanpanas quenching adalah karbida dalam matrik austenit (γ), sedangkan hasilperlakuan panas normalizing dan annealing adalah karbida dalam matrik ferrit(α).I. Pendahuluan Baja mangan austenitik (BMA) atau baja mangan tinggi banyakdipergunakan sebagai material untuk komponen-komponen yang mengalamigesekan pada saat beroperasinya. Baja mangan austenitik ini merupakan jenisbaja yang paling tangguh dari semua baja lainnya. Untuk melakukan analisa fenomena metalurgis pada proses perlakuanpanas baja mangan austenitik, adalah dengan melakukan proses perlakuan panasyang meliputi beberapa tahap, yaitu: 1. Melakukan proses perlakuan panas Annealing, Normalizing, dan Quenching untuk menganalisa pengaruhnya terhadap sifat mekanik dan struktur mikro, serta 2. Melakukan pemeriksaan dan pengujian yang dilakukan terhadap spesimen hasil coran baja mangan austenitik ini meliputi; pemeriksaan visual, komposisi kimia dan struktur mikro serta pengujian kekerasan.
  • 2. II. Metodologi Penelitian Produk As Cast untuk pengujian Persiapan spesimen prototyping (machining) pengujian awal - Kekerasan - Visualisation Proses Heat treatment Proses Pendinginan dengan variasi media pendingin (udara, air garam, aneal) Quenching Normalizing Anealing dalam tungku dengan air laut yg dimatikan Permesinan untuk spesimen uji tarik PENGUJIAN  Pengujian komposisi  Uji kekerasan  Pemeriksaan Struktur Mikro Data dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran Gambar.1 Skema penelitian. 1100 1000 900 800 Gambar. 1 Skema Penelitian.Temperatur(C) 700 600 500 400 Annealing 300 Quenching 200 100 Normalising 0 0 15 45 60 90 105 135 150 180 195 225 240 270 285 315 330 345 375 390 420 435 Waktu (menit) Gambar. 2 Proses perlakuan panas pada baja mangan austenitik.
  • 3. Media pendingin yang dipergunakan dalam proses perlakuan panas iniseperti terlihat pada skema proses diatas yaitu meliputi:  Proses quenching, yaitu pendinginan cepat yang menggunakan media pendingin air.  Proses normalizing, yaitu pendinginan yang cukup lambat dengan menggunakan udara sebagai media pendingin.  Proses annealing, yaitu proses pendinginan yang sangat lambat yang media pendinginnya menggunakan tungku (tungku yang dimatikan).III. Data dan Pembahasan3.1 Komposisi Kimia Tabel. 1 Hasil Pemeriksaan Komposisi Kimia Coran Baja Mangan Austenitik (BMA). Komposisi Kimia ( % ) Unsur Hasil Pengujian Standar JIS G 5131 C 0.935 0.9 – 1.20 Si 0.40 0.8 ( max ) Mn 11.9 11 – 14 P 0.037 0.07 ( max ) S _ 0.04 Ni 0.22 _ Cr 0.42 _ Al 0.138 _ Fe sisa sisa Dari hasil pengujian komposisi kimia yang ditunjukan pada Tabel.1diatas dapat dikatakan bahwa spesimen pengujian hasil proses pengecoran telahsesuai dengan standarnya yaitu JIS G51 kelas SCMnH2. Kandungan unsur yang terdapat pada material akan mempengaruhiterhadap sifat-mekanik dari material tersebut, terutama untuk unsur-unsur yangdominan yang terdapat dalam material. Unsur karbon (C) antara 0.935% dan unsur mangan 11.8% akanberpengaruh terhadap kekuatan tarik dan elongasi dari baja mangan austenitik,pengaruh dari unsur ini sangat besar terutama untuk baja mangan austenitik darihasil proses perlakuan panas quenching (pendinginan cepat). Kekuatan tarikuntuk baja mangan austenitik hasil perlakuan panas quenching ini bisa mencapai50-60 ton/in2, serta elongasi yang bisa mencapai 40-50. Hal ini dapat ditunjukanpada Gambar. 3 untuk pengaruh unsur karbon dan unsur mangan terhadapkekuatan tarik, dan Gambar. 4 untuk pengaruh unsur karbon dan unsur manganterhadap nilai elongasi yang dihasilkan.
  • 4. Gambar. 3 Pengaruh unsur karbon 0.935% dan mangan 11.8% terhadap kekuatan tarik baja mangan austenitik.Gambar. 4 Pengaruh unsur karbon 0.935% dan mangan 11.8% terhadap elongasi baja mangan austenitik. Untuk material baja mangan austenitik hasil proses perlakuan panasnormalizing dan anealing, unsur karbon (C) akan berpengaruh terhadap strukturmikro yang dihasilkan, dimana struktur mikronya adalah α + (FeMn)3C sepertiterlihat pada Gambar. 5 dibawah ini.
  • 5. Gambar. 5 Diagram pembentukan fasa dari baja mangan austenitk untuk Mn 11.8%. Unsur silikon (Si) pada baja mangan austenitik secara khususnya tidakberpengaruh terhadap sifat mekanik dari baja mangan austenitik jika kandunganunsur silikon terasebut dibawah 1%. Tetapi jika kandungan unsur silikon yangterdapat dalam baja mangan austenitik lebih dari 1% maka unsur silikon ini akanberpengaruh terhadap sifat keuletan dari baja mangan austenitik ini dimanakeuletan dari baja mangan austenitik ini akan menurun, begitu juga dengankekuatan dari baja mangan austenitik ini akan menurun pula. Silikon (Si) akansangat berpengaruh secara ekstrim pada kandungan 2,2%. Unsur sulfur (S) atau belerang yang terdapat dalam baja manganaustenitik harus diusahakan ditekan serendah mungkin karena nantinya akanberikatan dengan mangan (Mn) membentuk mangan sulfida (MnS) yang tidakdiinginkan, karena MnS ini nantinya akan membentuk inklusi. Unsur fospor pada baja mangan austenitik ini adalah sebagai pengotor,unsur fospor ini akan menyebabkan kegetasan baja mangan austenitik padatemperatur yang rendah, dan akan menurunkan kekuatan dan keuletan dari bajamangan austenitik ini. Ikatan yang terjadi antara unsur fospor dengan basemetalnya yaitu besi (Fe) membentuk Fe3P, sehingga unsur fospor ini dibatasisampai 0.07% maksimum, selebihnya dari 0.07% tidak ada pengaruh yangsignifikan (konstan) terhadap keuletan. Unsur fospor (P) ini akan menurunkankekuatan dari baja mangan austenitik secara terus menerus jika kandungan unsurfospornya terus meningkat. Untuk unsur yang terdapat dalam baja mangan austenitik diluarstandarnya dalam hal ini adanya unsur krom (Cr) yang terdapat dalam materiallips bucket yaitu baja mangan austenitik tidak berpengaruh terhadap sifatmekanik baja mangan austenitik jika jumlahnya dibawah 3%, jika unsur kromyang terdapat dalam baja mangan austenitik tersebut diatas 3% akan berpengaruhterhadap naiknya kekuatan dan keuletan dari material baja mangan austenitik ini.
  • 6. Unsur alumunium (Al) akan mulai berpengaruh jika kandungan Al yangterdapat dalam material baja mangan austenitik tersebut diatas 0.75% yaitu akanmeningkatkan ketangguhan baja mangan austenitk pada kondisi yang as cast(hasil coran).3.2 Kekerasan  1  2  3  4  5 Gambar. 6 Titik-titik pengujian kekerasan. 400 350 300 Kekerasan (Hv) 250 As Cast Quenching 200 Normalizing 150 Annealing 100 50 0 1 2 3 4 5 No Titik Pengujian Gambar. 7 Kurva tingkat kekerasan pada material baja mangan austenitik. 350 300 250 200 Hv 150 100 50 0 Quenching Normalizing Annealing Gambar. 8 Hubungan antara kekerasan rata-rata dengan perlakuan panas material baja mangan austenitik. Tabel. 2 Nilai kekerasan spesimen setelah proses perlakuan panas No titik Kondisi spesimen pengujian As Cast Quenching Normallizing Anealing 1 315 226 267 370 2 279 220 256 359 3 268 215 245 320 4 265 214 231 317 5 265 212 226 305 Rata-rata 278.4 217.4 245.0 334.2
  • 7. Dari grafik dan tabel diatas, terlihat bahwa semakin rendah lajupendinginan yang diterima oleh baja mangan austenitik, maka nilai kekerasanyang dicapai oleh baja mangan austenitik akan semakin tinggi. Peningkatankekerasan sebagai akibat lambatnya laju pendinginan pada baja manganaustenitik disebabkan karena meningkatnya presipitat karbida yang terbentukpada batas butir dan pada bidang-bidang slip. Karbida yang terbentuk pada baja mangan austenitik ini adalah karbidakompleks yaitu (FeMn)3C, seperti yang terlihat pada Gambar. 5 yangmenunjukkan daerah pembentukan fasa untuk baja mangan austenitik. Transformasi fasa yang terjadi pada material lips bucket ini sangatdipengaruhi oleh temperatur pemanasan pada saat proses perlakuan panas(normalizing dan annealing) pada proses pemanasan sampai fasa austenit, makastruktur mikro yang diperoleh dari kedua perlakuan panas tersebut adalah fasa αdan karbida (FeMn)3C dimana karbida yang terbentuk akan mengendap didaerahbatas butir. Sedangkan untuk proses perlakuan panas quenching (pendinginancepat) dari temperatur austenit akan menyebabkan fasa austenit tersebut akandipertahankan sampai temperatur kamar. Struktur mikro tersebut (austenit) akanbersifat non magnetik dan memiliki kekerasan yang paling rendah dibandingkandengan kedua perlakuan panas yaitu normalizing dan annealing. Material baja mangan austenitik dalam aplikasinya biasa digunakansebagai komponen dengan kondisi kerja yang mengalami gesekan, salah satucontohnya adalah lips bucket, oleh karena itu komponen tersebut memerlukankekerasan permukaan yang cukup tinggi agar komponen tersebut umur pakaiyang cukup lama. Persyaratan tersebut dapat tercapai untuk baja manganaustenitik ini melalui perlakuan quenching dan dilanjutkan dengan temperingatau dengan perlakuan panas quenching dan deformasi plastis yang dapatmeningkatklan kekerasan permukaan hingga 500-600 HB Kekerasan optimum maksimum untuk baja mangan austenitik hasilperlakuan panas quenching diperoleh setelah mendapat perlakuan lanjutan yaitu(tempering) pada temperatur 570°C seperti ditunjukkan pada Gambar. 9dibawah, atau melalui perlakuan lanjutan secara mekanik yaitu pengerjaan dingindengan deformasi 70% yang dapat ditunjukkan oleh Gambar . 10. Gambar. 9 Kekerasan optimum maksimum yang dihasilkan dari proses reheating.
  • 8. Gambar. 10 Kekerasan yang diperoleh dari proses lanjutan pengerjaan dingin dengan deformasi 70%. Peningkatan kekerasan setelah proses perlakuan panas lanjutan tersebutpada baja mangan austenitik disebabkan karena mekanisme interlocking danblocking pergerakan sepanjang bidang slip pada butir austenitik.5) oliver and boyd,Manganese steel, p.hal,hadfields limited-seffield, london.3.3 Struktur Mikro Nital 2,5% 200X Gambar. 11 Struktur mikro baja mangan austenitik as cast. Nital 2,5% 600X Gambar. 12 Struktur mikro baja mangan austenitik as cast .
  • 9. Gambar. 13 Struktur mikro standar material baja maja mangan austenitik as cast.(etsa: nital 2,5% dengan pembesaran foto 500X)9). Nital 2,5 % 200X Gambar. 14 Struktur mikro baja mangan austenitik hasil proses quenching. Gambar. 15 Struktur mikro standar untuk baja mangan austenitik (as quenching)9). Nital 2,5% 400X Gambar. 16 Struktur mikro baja mangan austenitik hasil proses normalizing.
  • 10. Nital 2,5% 200X Gambar. 17 Struktur mikro baja mangan austenitik hasil proses annealing. Gambar. 18 Struktur mikro standar baja mangan austenitik (as annealing)10). Dari hasil pemeriksaan struktur mikro untuk material baja manganaustenitik hasil pengecoran (as-cast) ini ditunjukan fasa-fasa yang terbentukadalah fasa karbida (FeMn)3C pada batas butir dengan matriks fasa α. Sedangkansetelah mengalami perlakuan panas quenching fasa yang terbentuk adalahkarbida pada batas butir prior austenit (γ). Karbida tersebut merupakan karbidayang belum larut pada saat proses pemanasan austenisasi, hal ini bisa disebabkankarena kurangnya holding time atu waktu penahanan pada saat prosesaustenisasi. Perlakuan panas dengan laju pendinginan yang relatif lambat yaitu prosesnormalizing dan annealing akan menghasilkan fasa karbida (FeMn)3C dalammatriks ferit. Semakin lambat laju pendinginan dari proses pemanasanaustenisasi maka karbida yang terbentuk akan semakin banyak. Struktur mikroyang terbentuk pada baja mangan austenitik sebagai akibat dari perlakuan yangdialaminya akan sangat menentukan sifat mekanik dari baja mangan austenitiktersebut. Korelasi struktur mikro yang terbentuk pada baja mangan austenitikterhadap nilai kekerasannya adalah: kekerasan karbida akan lebih tinggidibanding kekerasan fasa α dan akan lebih tinggi pula nilai kekerasannyadibanding kekerasan fasa austenit (γ).
  • 11. Jadi nilai kekerasan material lips bucket hasil perlakuan panas annealingakan lebih tinggi dari kekerasan hasil perlakuan panas normalizing dankekerasan hasil perlakuan panas quenching.IV. Kesimpulan 1. Komposisi kimia material baja mangan austenitik dari hasil pemeriksaan, sesuai dengan standarnya yaitu JIS G51 kelas SCMnH2 2. Nilai kekerasan tertinggi yaitu 334.2 HV untuk material baja mangan austenitik, dihasilkan dari hasil proses perlakuan panas annealing. 3. Semakin lambat laju pendinginan proses perlakuan panas (quenching, normalizing, annealing) material baja mangan austenitik akan meningkatkan nilai kekerasan material tersebut, yaitu (217.4 HV, 245.0HV, 334.2HV). 4. Struktur mikro material baja mangan austenitik hasil perlakuan panas quenching adalah karbida dalam matrik austenit (γ), sedangkan hasil perlakuan panas normalizing dan annealing adalah karbida dalam matrik ferrit (α) 5. Semakin lambat laju pendinginan proses perlakuan panas (normalizing dan annealing) material baja mangan austenitik maka presipitasi karbida yang terbentuk akan semakin banyak DAFTAR PUSTAKA 1. Donald S. Clark., Wilbur R Varney., Physical Metallurgy For Engineer., by American Book Company 1962. 2. Goerge Krauss., Steels Heat Treatment and Processing Principles. Ohio,1990 3. John D. Verhueren., Fundamentals of Physical Metallurgy., 1975 by John Wiley & Sons. Inc canada 4. Kenneth G. Budinski., Michael K. Budinski., Engineering Materials Properties and Selection., Sixth Edition,. 1979 by Prentice Hall. Inc., Niacom company New 07458.USA. 9. Metal Handbook vol.7 Attlas of Microstructure of Industrial alloy., ASM International,197210. Oliver and Boyd., Manganese Steel.