Laporan Praktikum Perlakuan Panas (Jominy Test)

Laporan Praktikum Hardenability Baja AISI 1045 Dan 4140
Dengan Metode Jominy Test
ABSTRAK

Hardenability adalah kemampuan baja untuk dapat dikeraskan dengan
membentuk martensit. Hardenability menggambarkan dalamnya pengerasan
(depth of hardening) yang diperoleh dengan pengerasan, biasanya dinyatakan
dengan jarak suatu titik di bawah permukaan dimana strukturnya terdiri dari
50%

martensit

(dianggap bahwa pengerasan terjadi bila terjadi martensit

sebanayak 50%). Suatu baja dikatakan mempunyai hardenabiliti tinggi bila
baja itu memperlihatkan tebal

pengerasan (depth of hardening) yang besar

atau dapat mengeras pada seluruh penampang dari suatu benda yang cukup
besar. Hardenabiliti pada dasarnya tergantung pada diagram transformasi,
karena itu ia akan tergantung pada dua faktor utama yaitu komposisi kimia
(kadar karbon dan unsur paduan) austenit dan ukuran butir (grain size)
austenit. Untuk mengukur hardenabiliti suatu baja ada dua cara yaitu
dengan Grossman dan dengan cara Jominy. Pengujian hardenabiliti dengan
cara Grossman ini baja yang akan diuji dibuat menjadi sejumlah spesimen
berbentuk batang silindrik dari berbagai diameter. Lalu kemudian dikeraskan
dengan suatu media pendingin tertentu. Pengujian hardenabiliti dengan cara
Jominy disebut juga end quench hardenability test karena pada pengujian
ini digunakan spesimen berbentu batang silindrik berdiameter 1 ” (25 mm)
panjang 4” (100 mm) yang didinginkan pada salah satu ujungnya. Untuk
test ini digunakan alat dengan lubang tempat spesimen pada puncaknya.
Tepat di bawah spesimen terdapat nozzle berdiameter 1” (12,5 mm) untuk
menyemprotkan air pendingin dengan tinggi pancaran bebas 2,5” (65 mm).
Antara spesimen dengan nozzle dipasang plat penghalang yang dapat dibuka
dengan cepat sesaat setelah spesimen diletakkan pada lubang pemegangnya.
Dari hasil praktikum kali ini didapatkan kekerasan pada baja AISI 4140 lebih
tinggi daripada baja AISI 1045. Hal ini dikarenakan unsur-unsur paduan pada baja
4140 lebih dominan dan mempengaruhi sifat mekaniknya.

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi
FTI ITS

Page 1


DAFTAR ISI

Abstrak.................................................................................................................. 1
Daftar Isi ............................................................................................................. 2
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 4
I.2 Tujuan............................................................................................................ 4
I.3 Sasaran Percobaan......................................................................................... 5
I.4 Sistematika Penulisan.................................................................................... 5
BAB II. DASAR TEORI.................................................................................. 7
BAB III. METODE PERCOBAAN
III.1 Standar Pengujian....................................................................................... 13
III.2 Alat dan Bahan........................................................................................... 14
III.3 Langkah-langkah Percobaan.............................................................. .......15
III.4 Diagram Alir....................................................................................... .......17
III.5 Gambar Percobaan.............................................................................. .......18
BAB IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
IV.1 Analisa Data
IV.1.1 Tabel Hardness dan Grafik Hardness................................... ......19
IV.1.2 Metode Heyn Intercept......................................................... ......25
IV.1.3 Point Counting...................................................................... ......29
IV.1.4 Metode Grossman dan Field................................................. ......34
IV.1.5 Membandingkan Kurva Jomny Percobaan Dengan Grossman
Dan Field............................................................................... .....47
IV.1.6 Perbandingan Gambar Struktur mikro....................................... 49
FTI ITS

Page 2

IV.2. Pembahasan
IV.2.1 Unsur Paduan............................................................................. 54
IV.2.2 Hardness..................................................................................... 55
IV.2.3 Struktur Mikro............................................................................ 56
IV.2.4 Pengaruh Kadar Karbon............................................................. 57
BAB V. KESIMPULAN.................................................................................. 58
Daftar Pustaka
Lampiran
Tugas Tambahan
Tabel ASTM A255

FTI ITS

Page 3

BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG
Hardenability adalah ukuran kemampuan suatu material untuk membentuk
fasa martensit. Hardenability dapat diukur dengan beberapa metode. Diantaranya
metode jominy dan metode grossman. Dari metode tersebut kita akan
mendapatkan kurva antara harga kekerasan dengan jarak quenching dari pusat
quench.
Hardenability pada dasarnya tergantung pada diagram transformasi, karena
itu akan tergantung pada 2 faktor utama, yaitu komposisi kimia pada austenit dan
grain size austenit
Hardenability mengambarkan dalamnya pengerasan (depth of hardening)
yang diperoleh dengan pengerasan, biasanya dinyatakan dengan jarak suatu
titik di bawah permukaannya. Pada praktikum kali ini yang mana tidak lain
adalah menggunakan baja AISI 1045 dan AISI 4140 yang akan dilakukan
proses laku panas hardenabiliti dengan menggunakan metode Jominy Test
untuk melihat strukturnya apakah terdiri dari 50% martensit (dianggap
bahwa pengerasan terjadi bila terjadi martensit sebanyak 50% martensit).
Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada praktikum ini nantinya akan
didapatkan data tentang nilai kekerasan dari masing-masing baja serta
apakah benar bahwa strukturnya terdiri dari 50% martensit yang mana 50%
martensit tersebut timbul karena adanya faktor utama yang telah dijelaskan
diatas, yaitu komposisi kimia dan ukuran butir austenit.
I.2 TUJUAN
Pada praktikum hardenabiliti ini menggunakan baja AISI 1045 dan 4140
dengan menggunakan metode Jominy Test ini diharapkan nantinya akan
mencapai parameter tujuan sebagai berikut :
FTI ITS

Page 4

1. Mengetahui nilai kekerasan dari baja AISI 1045 dan 4140
2. Mengetahui strukturmikro baja AISI 1045 dan 4140

3. Mengetahui Hardenability baja AISI 1045 dan 4140

4. Membandingkan dengan perhitungan metode grossman dan metode
field

5. Mengetahui pengaruh komposisi kimia dan pengaruh grain size
terhadap hardenability baja AISI 1045 dan AISI 4140

I.3 SASARAN PERCOBAAN
Sasaran yang didapatkan didalam praktikum sebagai berikut,
•

Mahasiswa dapat mengetahui proses hardenability

•

Mahasiswa dapat memahami proses pengukuran hardenability yaitu
Grossman dan Jominy.

•

Mahasiswa lebih dapat memahami mengenai strukturmikro martensit

I.4 SISTEMATIKA PENULISAN
Abstrak
Daftar Isi
Bab I. Pendahuluan
FTI ITS

Page 5

I.1 Latar Belakang
I.2 Tujuan
Bab II. Dasar Teori
Bab III. Metode Percobaan
III.1 Alat dan Bahan Percobaan
III.2 Langkah-langkah Percobaan
Bab IV. Analisa Data dan Pembahasan
IV.1 Analisa Data
IV.1.1 Tabel Hardness dan Grafik Hardness.
IV.1.2 Strukturmikro
IV.1.3 Metode Heyn Intercept untuk menentukan ASTM Grain Size
Number
IV.1.4 Metode Pengujian Hardenabillity Grossman dan Field

IV.2 Pembahasan
Bab V. Kesimpulan
Daftar Pustaka
Tugas Tambahan
Tabel A255

FTI ITS

Page 6


BAB II
DASAR TEORI
Hardening adalah perlakuan panas terhadap baja dengan sasaran
meningkatkan kekerasan alami baja. Perlakuan panas menuntut pemanasan benda
kerja menuju temperatur pengerasan didaerah atau diatas daerah kritis dan
pendinginan berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis. Akibat
penyejukan dingin dari daerah temperatur pengerasan ini dicapailah suatu keadaan
paksa bagi struktur baja yang membentuk kekerasan. Oleh karena itu maka proses
pengerasan ini disebut juga pengerasan kejut atau pencelupan langsung kekerasan
yang tercapai pada kecepatan pendinginan kritis (martensit) ini di iringi kerapuhan
yang besar dan tegangan pengejutan.
Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan faktor
yang penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan tertentu. Bila
pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian dalam,
oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih rendah daripada di
bagian luar, dan ada nilai batas tertentu. Namun air garam atau air akan
menurunkan temperatur permukaan dengan cepat, yang diikuti dengan penurunan
temperatur di dalam benda tersebut sehingga diperoleh lapisan keras dengan
ketebalan tertentu.
(Digilib.unimus.ac.id/baja.pdf)
Hardenabiliti adalah kemampuan baja untuk dapat dikeraskan dengan
membentuk martensit. Hardenabiliti menggambarkan dalamnya pengerasan
yang diperoleh dengan pengerasan, biasanya dinyatakan dengan jarak suatu
titik di bawah permukaan dimana strukturnya terdiri dari 50% martensit
(dianggap bahwa pengerasan terjadi bila terjadi martensit sebanayak 50%). Suatu
baja dikatakan mempunyai hardenabiliti tinggi bila baja itu memperlihatkan
tebal pengerasan (depth of hardening) yang besar atau dapat mengeras pada
seluruh penampang dari suatu benda yang cukup besar.

FTI ITS

Page 7

Hardenabiliti pada dasarnya tergantung pada diagram transformasi,
karena itu ia akan tergantung pada dua faktor utama yaitu komposisi kimia
(kadar karbon dan unsur paduan) austenit dan ukuran butir (grain size)
austenit.
(Ir. Wahid Suherman, 2001, Perlakuan Panas)
Komposisi kimia didalam baja sangat mempengaruhi dari kekerasan
baja tersebut. Kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah proses
pengerasan banyak tergantung pada kadar karbon, makin tinggi kadar
karbon, makin tinggi kadar karbonnya makin tinggi kekerasan maksimum
yang dapat dicapai. Kekerasan maksimum akan terjadi bila dapat diperoleh
struktur yang seluruhnya martensit. Struktur sebelum dikeraskan dapat
berupa perlit, dimana kekerasan baja masih rendah. Pada baja dengan kadar
karbon sangat rendah kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah
pengerasan tidak begitu tinggi dan kenaikan kekerasan setelah pengerasan
tidak begitu banyak, karenanya pengerasan biasanya dilakukan terhadap baja
dengan kadar karbon yang memadai, tidak kurang dari 0,30% C (untuk baja
karbon), dalam hal ini menggunakan baja AISI 1045 dan AISI 4140 yang
akan ditampilkan kadar karbonnya dalam tabel berikut :
(Ir. Wahid Suherman, 2003, Ilmu Logam 1)

Tabel II.1 Komposisi kimia baja AISI 1045 dan 4140
(Bohler, Special Steel)

Chemical Composition (Average,%)

AISI

C

Si

Mn

Cr

Mo

4140

0,41

0,30

0,70

1,10

0,20

FTI ITS

Page 8


1045

0,48

0,30

0,70

-

-

Pada baja dengan kadar karbon yang tinggi, kenaikan kekerasan ini
mulai menurun, bahkan kekerasan setelah pengerasanpun menurun. Hal ini
dapat terjadi karena dengan kadar karbon ( dalam austenit) yang makin
tinggi, akan menyebabkan austenit sisa makin banyak, sehingga akan dapat
mengurangi kenaikan kekerasan. Untuk mencapai kekerasan yang lebih
tinggi austenit sisa ini ini dihilangkan dengan memberi sub zero treatment
(pendinginan sampai di bawah nol derajat C) setelah quenching. Begitu
juga hal nya dengan faktor kedua yaitu grain size austenite, pengerasan
pada dasarnya dilakukan dengan memanaskan baja ke temperature austenit,
menahan pada temperatur tersebut beberapa saat lalu mendinginkan dengan
cepat. Diharapkan dapat terjadi martensit. Banyaknya martensit yang terjadi
tergantung pada seberapa banyak austenit yang terjadi pada saat pemanasan
dan seberapa cepat pendinginannya,

seberapa jauh laju pendinginan kritis

dapat didekati/dicapai. Sedang kekerasan martensit tergantung pada kadar
karbon dalam austenit pada saat dipanaskan. Pada suatu kondisi pemanasan
belum tentu semua karbon larut didalam austenit, tergantung juga pada
tingginya

temperatur

pemanasan

dan

lamanya

waktu

penahanan

pada

temperatur tersebut. Karena itu kekerasan yang terjadi setelah proses
pengerasan banyak tergantung pada beberapa hal utama yaitu temperature
austenitisasi dan waktu tahan austenitisasi. (Ir. Wahid Suherman, 2003, Ilmu
Logam 1).
Faktor kedua yang mempengaruhi hardenabiliti adalah ukuran grain
size austenite. Pengaruh ukuran butir austenit terhadap hardenability diantaranya
adalah:
•

Semakin banyak batas butir austenit semakin mudah untuk pearlit
untuk terbentuk dibandingkan martensit .

FTI ITS

Page 9

•

Lebih kecil ukuran butir austenit, semakin rendah hardenability bahan

•

untuk terbentuk dibandingkan martensit

•


•

Semakin besar ukuran butir austenit, semakin besar hardenability
(ariyusriati.wordpress.com/category/kul
iah)
Martensit adalah fasa yang ditemukan oleh seorang metalografer yang

bernama A. Martens. Fasa tersebut merupakan larutan padat dari karbon yang
lewat jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuannya terdistorsi. Sifatnya
sangat keras dan diperoleh jika baja dari temperatur austenitnya didinginkan
dengan laju pendinginan yang lebih besar dari laju pendinginan kritiknya.
Dalam paduan besi karbon dan baja, austenit merupakan fasa induk dan
bertransformasi menjadi martensit pada saat pendinginan. Transformasi ke
martensit berlangsung tanpa difusi sehingga komposisi yang dimiliki oleh
martensit sama dengan komposisi austenit, sesuai dengan komposisi paduannya
sel satuan martensit adalah Tetragonal pusat badan (Body center tetragonal/BCT).
Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal. Kelarutan
karbon dalam BCC menjadi lebih besar jika terbentuk martensit, dan hal inilah
yang menyebabkan timbulnya tetragonalitas (BCT). Makin tinggi konsentrasi
karbon,

makin

banyak

posisi

interstisi

yang

tersisih

sehingga

efek

tetragonalitasnya makin besar.
Awal dan akhir dari pembentukan martensit sangat tergantung pada
komposisi kimia dari baja dan cara mengaustenisasi. Pada baja karbon, temperatur
awal dan akhir dari pembentukan martensit (Ms dan Mf) sangat tergantung pada
kadar karbon. Makin tinggi kadar karbon suatu baja makin rendah temperatur
FTI ITS

Page 10

awal dan akhir dari pembentukan martensit tersebut terlihat bahwa untuk baja
dengan kadar karbon lebih dari 0,5%, transformasi ke martensit akan selesai pada
temperatur dibawah temperatur kamar. Dengan demikian, jika kadar karbon
melampaui 0,5%, maka pada temperatur kamar akan terdapat martensit dan
austenit sisa. Makin tinggi kadar karbon, pada baja akan makin besar jumlah
austenit sisanya. Austenit: yang belum sempat bertransformasi menjadi martensit
disebut sebagai austeni sisa. Untuk mengkonversikan austenit sisa menjadi
martensit, kepada baja tersebut harus diterapkan proses (subzerro treatment).
(sisfo.itp.ac.id/bahanajar/diagram besi-besi karbida)
Untuk mengukur hardenabiliti suatu baja ada dua cara yaitu dengan
Grossman dan dengan Jominy. Untuk pengujian hardenabiliti dengan cara
Grossman ini baja yang akan diuji dibuat menjadi sejumlah spesimen
berbentuk batang silindrik dari berbagai diameter. Lalu semuanya dikeraskan
dengan pendinginan celup pada suatu media pendingin tertentu. Dengan
metalografi dicari suatu batang yang pada intinya terdapat tepat 50%
martensit. Diameter batang ini dinamakan diameter kritis Do. Dalam
menyebutkan

diameter

kritis

suatu

baja

harus

disebutkan

juga

cara

pendinginannya, atau kekuatan pendinginannya yang dinyatakan dengan
koefisien kekuatan pendinginan H ( severity of quench ). Harga H dapat
dihitung dari hubungan :
H = f / K ( in.-1 )

Dimana :
f = heat transfer factor ( BTU/in.2 sec. 0F )
K = thermal conductivity ( BTU/in. sec. 0F)
Harga H tergantung dari jenis media pendinginannya dan kekuatan

agitasi.

FTI ITS

Page 11

Harga D 0 masih tergantung pada harga H dari media pendingin,
sehingga kurang menunjukkan hardenabiliti sebagai sifat baja. Harga ini
tidak lagi tergantung pada media pendingin bila diambil harga H tak
terhingga. Diperoleh harga diameter kritis ideal D1 ( ideal critical diameter )
yaitu diameter batang yang bila didinginkan dengan laju pendinginan tak
terhingga akan menghasilkan tepat 50% martensit pada intinya. Bila harga
D0 pada harga H tertentu sudah diperoleh maka harga D 1 dapat dicari
dengan diagram hubungan D0 – D1.

FTI ITS

Page 12

BAB III
METODE PERCOBAAN

III.1 STANDAR PENGUJIAN
Standar pengujian yang digunakan dalam pengujian hardenability adalah
ASTM A255 untuk metode pengujian Jominy dan pengujian kekerasan adalah
ASTM E18 untuk pengujian Rockwell C

FTI ITS

Page 13


Gambar III.1. Standar Pengujian Spesimen ASTM A 255

FTI ITS

Page 14


Gambar III.2. Standar ASM E18 Rockwell C

III.2 ALAT DAN BAHAN
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah :
III.2.1 Alat :
1. Gergaji

1 buah

2. Mesin Furnace

1 buah

3. Mesin Penguji Jominy

1 set

4. Mesin Hardness Test

1 buah

5. Kertas amplas grade 180 sampai 2000

1 lembar/grade

III.2.2 Bahan :
1. Baja AISI 1045

1 buah

( D = 25 mm , L = 100 mm )
2. Baja AISI 4140

1 buah

( D = 25 mm , L = 100 mm )
3. Air

FTI ITS

secukupnya

Page 15

4. Larutan nital

secukupnya

(2 ml HNO3 ditambah 98 ml alkohol 90%)
5. Larutan Sodium Metabisulfat

secukupnya

(8 gr Sodium Meta Bisulfat ditambah 100 ml aquades)
6. Metal polish

secukupnya

III.3 LANGKAH – LANGKAH PERCOBAAN
1. Melakukan preparasi spesimen yang akan digunakan dengan
ketentuan sesuai standard ASTM A255, yaitu :
Panjang : 100 mm
Diameter : 25 mm
2. Melakukan preparasi alat pengujian Jominy dengan ketentuan sesuai
ASTM A255, yaitu :
Tinggi pancaran : 60 mm
Jarak antar ujung specimen dengan nozzle : 12.5 mm
3. Memanaskan spesimen menggunakan mesin furnace sampai
temperature 860°C untuk baja AISI 1045 dan temperatur 870oC untuk
baja AISI 4140 .
4. Mendiamkan spesimen di dalam mesin furnace selama 20 menit
(holding time).
5. Mengambil dan memasukkan specimen dengan cepat ke lubang
pemegang alat Jominy dan segera pula air pendingin disemprotkan
dan mengenai ujungnya
6. Setelah dingin, spesimen diambil dan dihaluskan permukaan spesimen
dengan mesin gerinda
7. Melakukan pengukuran kekerasan pada setiap jarak 1/16” (titik
Jominy) dengan mesin Hardness Test
8. Memotong spesimen menjadi 3 bagian

FTI ITS

Page 16

9. Menghaluskan permukaan tiap – tiap specimen menggunakan kertas
amplas dari grade 180, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000.
10. Melakukan poles tiap – tiap spesimen menggunakan metal polish
agar spesimen tidak ada goresan-goresan dan lebih mengkilat
11. Melakukan etsa pada tiap-tiap spesimen menggunakan cairan nital
hingga spesimen agak sedikit buram karena terkorosi.
12.

Mengamati
dan menganalisis struktur mikro menggunakan
mikroskop optik.

III.4 DIAGRAM ALIR PERCOBAAN
MULAI

PREPARASI ALAT DAN BAHAN

MEMOTONG BAJA AISI 1045
DAN BAJA AISI 4140

MENGELAS BAJA AISI 1045 DAN
BAJA AISI 4140

PEMANASAN BAJA AISI 1045 PADA TEMPERATUR
8600C DAN DIHOLDING SELAMA 20 MENIT

PEMANASAN BAJA AISI 4140 PADA TEMPERATUR 87000C
DAN DIHOLDING SELAMA 20 MENIT

SPESIMEN DI UJI JOMINY

SPESIMEN DIUJI HARDNESS
ROCKWELL C

STRUKTURMIKRO SPESIMEN
DIAMATI

ANALISIS DATA DAN
PEMBAHASAN

FTI ITS
SELESAI

Page 17


III.5 GAMBAR PERCOBAAN

Gambar III.3 Alat Jominy

Gambar III.4 Mesin Furnace

Gambar III.6 Mikroskop Optik
Gambar III.5 Proses Quenching

FTI ITS

Page 18


Gambar III.7 Mesin Poles

BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 ANALISA DATA
IV.1.1 Tabel Hardness dan Grafik Hardness
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, diperoleh hasil uji
kekerasan dalam bentuk tabel untuk baja AISI 1045 dan AISI 4140.
Berikut tabel hasil uji kekerasan untuk baja AISI 4140 :
Tabel IV.1.1 Hasil Uji Kekerasan Baja AISI 4140

Pengujian

Jarak dari Ujung

HRC

(Inch)
1

1/16

56,5

2

2/16

56

3

3/16

39,3

4

4/16

37,3

5

5/16

36

6

6/16

32,3

7

7/16

30,7

8

8/16

26,3

9

9/16

26,16

FTI ITS

Page 19

10

10/16

26,16

11

11/16

24,5

12

12/16

24,5

13

13/16

24

14

14/16

23,16

15

15/16

22,83

Dari hasil tabel hasil uji kekerasan untuk baja AISI 4140, lalu di konversi ke
dalam grafik hubungan kekerasan terhadap jarak dari ujung quench, hasilnya
adalah sebagai berikut :

SPESIMEN 4140

Ha
rd
ne
ss
of
N
u
m
be
r

Distance of Quench End
FTI ITS

Page 20


Grafik IV.1.1 Hasil Kekerasan Baja AISI 4140

Berikut tabel uji kekerasan untuk baja AISI 1045 :
Tabel IV.1.2 Hasil Uji Kekerasan Baja AISI 1045

Pengujian

Jarak dari Ujung

HRC

(Inch)
1

1/16

57

2

2/16

56,8

3

3/16

55,1

4

4/16

42,7

5

5/16

33

6

6/16

31

7

7/16

30

8

8/16

30

9

9/16

29

10

10/16

27

11

11/16

27

12

12/16

26

13

13/16

22

14

14/16

18

15

15/16

15

FTI ITS

Page 21


Dari hasil tabel hasil uji kekerasan untuk baja AISI 1045, lalu dikonversi ke dalam
grafik hubungan kekerasan terhadap jarak dari ujung quench, hasilnya adalah
sebagai berikut :

SPESIMEN 1045

Grafik IV.1.2 Hasil Uji Kekerasan AISI 1045

Perbandingan kurva jominy 1045 dan 4140, garis merah menunjukkan kekerasan
baja AISI 4140, dan garis berwarna biru menunjukkan kekerasan baja AISI 1045

FTI ITS

Page 22

karena jika dilihat dari tabel hardness, kekerasan baja AISI 4140 memiliki nilai
yang lebih besar daripada baja AISI 1045 :

Spesimen 1045
Spesimen 4140
Grafik IV.1.3 Perbandingan Hasil Uji Kekerasan Baja AISI 1045 dan Baja AISI 4140

Dari praktikum yang telah dilakukan, didapatkan strukturmikro dari baja AISI
4140 bagian pertama. Bagian pertama ini adalah bagian yang paling banyak
tekena semprotan air, atau sesuai dari teori yang telah dijelaskan di bab
sebelumnya bahwa bagian ini adalah bagian yang memiliki strukturmikro 100%
martensit.

FTI ITS

Page 23


A

Gambar A. Strukturmikro baja AISI 4140 bottom, perbesaran 100x

FTI ITS

Page 24

IV.1.2 Metode Heyn Intercept

Gambar IV.1.2.1 Struktuk Mikro AISI 4140 perbesaran 100x

Dengan metode Heyn Intercept dapat ditentukan nilai ASTM grain size
dari material yang diuji. Setelah membentuk lingkaran dengan diameter 50 mm
pada baja austenite dengan perbesaran (M) 100 X diperoleh data sebagai berikut.
N

=89

D

=50 mm

M

=100

Π

=3.14

FTI ITS

Page 25

Keterangan :
N (jumlah perpotongan garis lingkaran dengan batas butir)
D (diameter lingkaran)
M (perbesaran gambar)
Adapun beberapa langkah yang dipergunakan dalam metode ini akan dijabarkan
sebagai berikut :
•

Menghitung keliling lingkaran sebenarnya

Kll=

Kll=

Kll=1.57 mm

•

Menghitung harga PL atau NL

PL =

PL =

FTI ITS

Page 26


PL = 56.6878 mm -1

•

Menentukan nilai L3

L3=

L3=

L3= 0.01764

•

Menentukan nilain grain size (G)
G= { -6.6457 (log10 L3) – 3.298}
G= { -6.6457 (log10 0.01764) – 3.298}
G= { -6.6457 (-1.75349) – 3.298}
G= 8.3551

Sehingga dapat dibulatkan bahwa besar ASTM grain size untuk baja AISI 4140
adalah 8.

FTI ITS

Page 27


Gambar IV.1.2.2 Struktuk Mikro AISI 1045 perbesaran 100x

Dengan metode Heyn Intercept dapat ditentukan nilai ASTM grain size
dari material yang diuji. Setelah membentuk lingkarang dengan diameter 50 mm
pada baja austenite dengan perbesaran (M) 100 X diperoleh data sebagai berikut.
N

=64

D

=50 mm

M

=100

Π

=3.14

Keterangan:
N (jumlah perpotongan garis lingkaran dengan batas butir)

FTI ITS

Page 28

D (diameter lingkaran)
M (perbesaran gambar)

Adapun beberapa langkah yang dipergunakan dalam metode ini akan
dijabarkan sebagai berikut.
•

Menghitung keliling lingkaran sebenarnya

Kll=

Kll=

Kll=1.57 mm

•

Menghitung harga PL atau NL

PL =

PL =

PL = 40.76433 mm -1
FTI ITS

Page 29


•

Menentukan nilai L3

L3=

L3=

L3= 0.02453

•

Menentukan nilain grain size (G)
G= { -6.6457 (log10 L3) – 3.298}
G= { -6.6457 (log10 0.02453) – 3.298}
G= { -6.6457 (-1.61028) – 3.298}
G= 7.4034

Sehingga dapat dibulatkan bahwa besar ASTM grain size untuk baja AISI
1045 adalah 7.

IV.1.3 Point Counting
Spesimen AISI 4140

FTI ITS

Page 30

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Gambar IV.1.3.1 struktur mikro AISI 4140 perbesaran 100X

Dari gambar yang sudah dimesh menjadi beberapa 9 bagian besar dan tiap
bagiannya telah dibreak down menjadi 100 bagian, dapat diperoleh rata-rata
kisaran komposisinya tiap bagian besar. Dan hasil perkiraan rata-rata dari tiap
bagian kecil dijabarkan sebagai berikut.
Komposisi baja
Pearlite

(ρ Pearlite = 7.78 gr/cm3 dan % karbon < 0.8%)

1.

60%

2.

45%

3.

65%

4.

55%

FTI ITS

Page 31

5.

40%

6.

40%

7.

45%

8.

60%

9.

50%

(ρ ferrite = 7.86 gr/cm3 dan % karbon = 0.008%)

Ferrite
1.

40%

2.

55%

3.

35%

4.

45%

5.

60%

6.

60%

7.

55%

8.

40%

9.

50%

Perhitungan
Setelah melakukan penjabaran tiap bagian besarnya, dapat dicari rata rata
dari keseluruhan gambar sehingga nantinya diperoleh berapa kadar karbonnya
yang menyusun spesimen tersebut.
Pearlite

FTI ITS

Page 32

Ṗ rata-rata =

Ṗ rata-rata = 51.1111%
Ferrite
Ḟ rata-rata =

Ḟ rata-rata = 48.8889%

Ḟ

Ṗ

0.008

X

X= %C

0.8

%Ṗ

=

%Ḟ

=

0.511

=

0.488

=

X

= 0.41279

X

= 0.41279

Jadi dari perhitungan dengan poit counting diperoleh kadar karbon untuk
baja AISI 4140 adalah 0.41279 % C.

FTI ITS

Page 33


Spesimen AISI 1045

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Gambar IV.1.3.2 Strukturmikro AISI 1045 perbesaran 100X

FTI ITS

Page 34

Dari gambar yang sudah dimesh menjadi beberapa 9 bagian besar dan tiap
bagiannya telah dibreak down menjadi 100 bagian, dapat diperoleh rata-rata
kisaran komposisinya tiap bagian besar. Dan hasil perkiraan rata-rata dari tiap
bagian kecil dijabarkan sebagai berikut.
Komposisi baja
Pearlite

(ρ Pearlite = 7.78 gr/cm3 dan % karbon < 0.8%)
1. 55%
2. 50%
3. 55%
4. 50%
5. 55%
6. 60%
7. 55%
8. 45%
9. 50%

Ferrite

(ρ ferrite = 7.86 gr/cm3 dan % karbon = 0.008%)
1. 45%
2. 50%
3. 45%
4. 50%
5. 45%

FTI ITS

Page 35

6. 40%
7. 45%
8. 55%
9. 50%

Perhitungan
Setelah melakukan penjabaran tiap bagian besarnya, dapat dicari rata rata
dari keseluruhan gambar sehingga nantinya diperoleh berapa kadar karbonnya
yang menyusun spesimen tersebut.
Pearlite
Ṗ rata-rata

=

Ṗ rata-rata

= 52.777%

Ferrite
Ḟ rata-rata

=

Ḟ rata-rata

= 47.223%

Ḟ
0.008

Ṗ
X

FTI ITS

X= %C

0.8

Page 36


%Ṗ

=

%Ḟ

=

0.527

=

0.473

=

X

= 0.42538

X

= 0.42538

Jadi dari perhitungan dengan poit counting diperoleh kadar karbon untuk
baja AISI 1045 adalah 0.42538 % C.

IV.1.4 Metode Grossman dan Field
Dari data yang telah disampaikan yakni nilai dari kandungan kadar carbon
yang terdapat pada spesimen melalui metode Point Counting dan besar ASTM
grain size yang diperoleh dengan metode Heyn Intercept, dapat diperoleh
perhitungan nilai Ideal Critical Diameter ( DI) yang menyampaikan diameter
batang yang apabila didinginkan dengan laju pendinginan tak terhingga akan
menghasilkan tepat 50 % martensit pada intinya. Terdapat beberapa metode yang
bisa digunakan dalam mencari besaran nilai dari Ideal Critical Diameter (DI). Cara
yang lebih sering dijumpai dan digunakan ialah dengan metode Pengujian
Hardenabillity Grossman dan metode Pengujian Hardenabillity Field. Pada
metode grossman terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan untuk
memperoleh besar nilai Ideal Critical diameter, namun secara garis besar
diketahui bahwa hal mendasar pada penelusuran besar nilai diameter kritisnya
adalah penggunaan tabel pengali untuk pengaruh masing-masing unsur paduan
yang ada pada baja (spesimen) dan juga faktor pengali berupa nilai Ideal diameter
akibat dari kadar karbon. Adapun langkah-langkahnya akan dijelaskan sebagai
berikut.

FTI ITS

Page 37

Spesimen AISI 4140

•

Penelusuran data-data awal



Kadar karbon (% C), dalam laporan ini mempergunakan nilai kadar
karbon yang diperoleh dengan metode Point Counting yang telah
dijabarkan pada analisa data awal. Dan besar kadar karbon nya adalah
0.41279 % C



Ukuran butir yang diperoleh pada pengujian ini ditampilkan pada
analisa data sebelumnya tentang ASTM Grain Size Number dengan
metode Heyn Intercept, dan diperoleh besarnya ASTM grain sizenya
adalah 8.



Nilai kadar dari unsur paduan diambil dari beberapa referensi. Namun
dikarenakan sumber referensi yang digunakan menampilkan bahwa
kadar unsur paduan dar baja AISI 4140 tidaklah semua unsurnya
dipakemkan pada satu nilai tetapi berupa range atau kisaran seperti
gambar berikut.

Gambar IV.1.4.1 Chemical Composition AISI 4140

FTI ITS

Page 38

(sumber:http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/show_alloy.cf
m?id=aisi_4140&prop=all&page_title=aisi%204140)

Maka dari itu dipergunakan nilai dari range tersebut seperti:
Mn

= 0.875 %

Si

= 0.225%

Cr

= 0.95 %

Mo
•

= 0.20 %

Menentukan besar Ideal diameter

Dengan menggunakan hubungan nilai kadar karbon dan ukuran ASTM
grain size dari spesimen AISI 4140 yang kemudian memanfaatkan bantuan
grafik.

Gambar IV.1.4.2 Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit dari baja
karbon

FTI ITS

Page 39

(sumber: Suherman, Wahid. Perlakuan Panas, hal:58, gambar:4.6.
2001.ITS.Surabaya)

Dari grafik tersebut dapat diperoleh besar ideal diameternya yakni 0.198

•

Menentukan nilai faktor pengali

Nilai faktor pengali dapat diperoleh dengan menggunakan bantuan grafik ini.

Gambar IV.1.4.3 Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit dari
baja karbon

FTI ITS

Page 40

2001.ITS.Surabaya)

Maka diperoleh hasil sebagai berikut
Mn

= 3.9

Si

= 1.15

Cr

= 3.1

Mo
•

= 1.6

Menentukan besar Ideal Critical Diameter (DI)
Langkah terakhir ini dilakukan dengan melakukan perkalian ideal diameter
dengan faktor pengali unsur paduan sehingga diperoleh hasil sebagai berikut.
Ideal Critical Diameter (DI)

= 0.198X 3.9X1.15 X3.1 X1.6
= 4.4046 mm

Spesimen AISI 1045
•




Kadar karbon (% C), dalam laporan ini mempergunakan

nilai kadar karbon yang diperoleh dengan metode Point Counting yang
telah dijabarkan pada analisa data awal. Dan besar kadar karbon nya
adalah 0.41279 % C


Ukuran butir yang diperoleh pada pengujian ini ditampilkan

pada analisa data sebelumnya tentang ASTM Grain Size Number

FTI ITS

Page 41

dengan metode Heyn Intercept, dan diperoleh besarnya ASTM grain
sizenya adalah 7.
Nilai kadar dari unsur paduan diambil dari beberapa



referensi. Namun dikarenakan sumber referensi yang digunakan
menampilkan bahwa kadar unsur paduan dar baja AISI 1045 tidaklah
semua unsurnya dipakemkan pada satu nilai tetapi berupa range atau
kisaran seperti gambar berikut.

Gambar Chemical Composition AISI 1045
(sumber: http://www.metalravne.com/selector/steels/ck45.html)

Mn
Si

= 0.225%

Cr

= 0.30 %

Mo

= 0.10 %

Ni
•

= 0.65 %

= 0.20 %

Menentukan besar Ideal diameter

FTI ITS

Page 42

Dengan menggunakan hubungan nilai kadar karbon dan ukuran
ASTM grain size dari spesimen AISI 1045 yang kemudian
memanfaatkan bantuan grafik.

Gambar IV.1.4.4 Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir
austenit dari baja karbon
2001.ITS.Surabaya)


•


Nilai faktor pengali dapat diperoleh dengan menggunakan bantuan
grafik ini.

FTI ITS

Page 43


Gambar IV.1.4.5 Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit
dari baja karbon
2001.ITS.Surabaya)

Mn
Si

= 1.15

Cr

= 1.7

Mo

= 1.3

Ni
•

= 3.6

= 1.1

Langkah terakhir ini dilakukan dengan melakukan perkalian ideal

diameter dengan faktor pengali unsur paduan sehingga diperoleh hasil sebagai
berikut.

= 0.23X 3.6X1.15X1.7X1.3X1.1
= 2.3147 mm

FTI ITS

Page 44

Setelah diperolehnya nilai ideal critical diameter langkah selanjutnya
yang bisa dikerjakan adalah pencarian nilai kekerasan spesimen secara teoritis.
Dan salah satu metode yang digunakan adalah metode FIELD. Langkahlangkah dalam pencarian nilai kekerasan hasil Jominy test secara teoritis akan
Spesimen AISI 4140

•

Penentuan nilai kekerasan dari kadar karbon.
Nilai kekerasan pada awal titik yang dikenai air pada saat pengujian
Jominy dapat diperoleh dengan mengacu pada grafik berikut.

Gambar IV.1.4.6 Hubungan antara kadar karbon dengan kekerasan awal (IH)
2001.ITS.Surabaya)

FTI ITS

Page 45

Sehingga diperoleh nilai kekerasan awal (IH) untuk spesimen ini adalah 56
HRC.
•

Penentuan nilai kekerasan pada titik selanjutnya.
Nilai kekerasan awal bisa diperoleh dengan membagi IH dengan faktor
pembagi yang bisa dicari dengan menghubungkan besar ideal diameter
dari metode grossman dengan garis jarak yang ditampilakn pada grafik
berikut.

Gambar IV.1.4.7 Hubungan antara diameter kritis ideal dengan faktor pembagi
2001.ITS.Surabaya)

FTI ITS

Page 46


Sehingga hasil akhirnya bisa diplot dalam bentuk tabel dan grafik

Tabel IV.1.4.1 Hasil kekerasan secara teoritis (field) spesimen AISI 4140

Posisi (1/16”)

IH/DH

Kekerasan Rc

1

1

56

4

1

56

8

1.15

48.69

FTI ITS

Page 47


12

1.3

43.08

16

1.45

38.62

20

1.55

36.13

24

1.6

35

28

1.7

32.94

32

1.8

31.11

Dari tabel tersebut kemudian diplot pada salib sumbu Kekerasan-Jarak Jominy
sehingga menghasilkan kurva Jominy untuk baja AISI 4140

Grafik IV.1.4.1 Hasil kekerasan secara teoritis (field) spesimen AISI 4140

FTI ITS

Page 48


Spesimen AISI 1045

•


Gambar IV.1.4.8 Hubungan antara kadar karbon dengan kekerasan awal (IH)
2001.ITS.Surabaya)

HRC.

•


FTI ITS

Page 49

berikut.

Gambar IV.1.9 Hubungan antara diameter kritis ideal dengan faktor pembagi
2001.ITS.Surabaya)


FTI ITS

Page 50

Tabel IV.1.4.2 Hasil kekerasan secara teoritis (field) spesimen AISI 1045
Posisi (1/16”)

IH/DH

Kekerasan Rc

1

1

58

4

1.2

48.33

8

1.6

36.25

12

1.95

29.74

16

2.25

25.77

20

2.5

23.2

24

2.6

22.31

28

2.7

21.48

32

2.8

20.71

Dari tabel tersebut kemudian diplot pada salib sumbu Kekerasan-Jarak Jominy
sehingga menghasilkan kurva Jominy untuk baja AISI 1045

FTI ITS

Page 51

Grafik IV.1.4.2 Hasil kekerasan secara teoritis (field) spesimen AISI 1045

IV.1.5 Membandingkan kurva jominy hasil percobaan dengan kurva hasil metode
Grossman dan Field.

•

Perbandingan antara kurva jominy hasil percobaan dengan kurva hasil
metode Grossman dan Field baja AISI 1045

Grafik IV.1.5.1 Kurva Jominy Hasil Percobaan Baja AISI 1045

FTI ITS

Page 52


Grafik IV.1.5.2 Kurva Jominy hasil metode Grossman dan Field pada Baja AISI 1045

•

Perbandingan antara kurva jominy hasil percobaan dengan kurva hasil
metode Grossman dan Field baja AISI 4140

FTI ITS

Page 53


Grafik IV.1.5.3 Kurva Jominy Hasil Percobaan Baja AISI 4140

Grafik IV.1.5.4 Kurva Jominy hasil metode Grossman dan Field pada Baja AISI 4140

Pada grafik tersebut, dapat dilihat bahwa kurva jominy hasil percobaan
dengan kurva jominy hasil plot data perhitungan metode Grossman dan Field baja
FTI ITS

Page 54

AISI 4140 dan 1045 terlihat berbeda. Perbedaan tersebut menandakan bahwa
terjadi kesalahan kalibrasi pada saat melakukan praktikum sehingga saat memplot
grafik terjadi perbedaan yang signifikan.

IV.1.6 Perbandingan Gambar Struktur mikro

Baja AISI 4140 ini dilakukan uji metalografi untuk melihat strukturmikro
yang terbentuk. Dengan menggunakan etsa nital yang terdiri dari komposisi 98%
alkohol dan 2% HNO3 untuk jarak 110 mm dari ujung quench dan etsa sodium
metabisulfat yang terdiri dari komposisi 8 gr sodium dan 100 ml aquades,
strukturmikro yang terbentuk adalah sebagai berikut :

A

Ferrite

Pearlite

Gambar Strukturmikro baja AISI 4140 jarak 90 mm dari ujung quench, fasa yang
terbentuk adalah perlit dan ferrit dengan etsa nital, perbesaran 100x

FTI ITS

Page 55


B

Pearlite

Ferrite
Gambar Strukturmikro baja AISI 4140 jarak 22 mm dari ujung quench menggunakan etsa
sodium metabisulfat, fasa yang terbentuk adalah bainit, perbesaran 100x

Martensit
sodium metabisulfat, fasa yang terbentuk adalah martensit, perbesaran 100x

FTI ITS

Page 56


Selanjutnya dilakukan uji metalografi untuk baja AISI 1045,

Ferrite

Pearlite

Gambar Strukturmikro baja AISI 1045 jarak 90 mm dari ujung quench, fasa yang
terbentuk adalah perlit dan ferrit dengan etsa nital, perbesaran 100x

FTI ITS

Page 57


Ferrite

Pearlite

sodium metabisulfat, fasa yang terbentuk adalah bainit, perbesaran 100x

Martensite

FTI ITS

Page 58


Gambar Struktur mikro baja AISI 1045 jarak 5 mm dari ujung quench menggunakan etsa
sodium metabisulfat, fasa yang terbentuk adalah martensit, perbesaran 100x

IV.2 PEMBAHASAN
IV.2.1 Unsur Paduan
Baja AISI 1045 dan 4140 memiliki komposisi kimia yang berbeda serta
unsur paduan yang berbeda dan keduanya memiliki fungsi tersendiri dalam
menentukan sifat mekanik dari baja tersebut. Berikut akan ditampilkan dalam
bentuk tabel masing masing komposisi kimia dari baja AISI 1045 dan AISI 4140.


AISI

C

Si

Mn

Cr

Mo

4140

0,41

0,30

0,70

1,10

0,20

1045

0,48

0,30

0,70

-

-

Untuk baja AISI 1045, terdapat unsur karbon sebesar 0,48. Unsur paduan
silikon

sebesar 0,30 dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan, kemampuan

FTI ITS

Page 59

diperkeras, tahan aus, ketahanan terhadap panas dan korosi. Namun kandungan
silikon pada baja AISI 1045 dapat menurunkan regangan serta menurunkan
kemampuan ditempa dan di las. Unsur mangan pada baja AISI 1045 sebesar 0,70
dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan, kemampuan di temper, dan tahan aus,
serta dapat menurunkan machinability.

Untuk baja AISI 4140, terdapat unsur karbon sebesar 0,41 yang dapat
meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi masih di bawah baja AISI 1045.
Unsur paduan Silikon sebesar 0,30 yang dapat meningkatkan hardenabiliti,
ketahanan terhadap panas namun dapat menurunkan regangan. Unsur Mangan
sebesar 0,70 dapat meningkatkan kemampuan temper dan ketahanan terhadap aus
(wear resistance), namun dapat menurunkan machinability. Unsur Chrom sebesar
1,10 dapat meningkatkan kekerasan, kekuatan, ketahanan aus, hardenabiliti, tahan
panas, tahan korosi dan mudah dipoles namun dapat menurunkan regangan. Unsur
Molibdenum sebesar 0,20 dapat meningkatkan kekuatan tarik, ketahanan panas,
fatigue limit namun dapat menurunkan regangan.
IV.2.2 Hardness
Pada praktikum ini, baja AISI 1045 dan 4140, dengan melakukan proses
pengukuran jominy dengan cara menyemprotkan langsung dengan menggunakan
air ke ujung baja dalam keadaan temperatur tinggi. Kemudian ditunggu sekitar 50
menit sampai temperatur pada baja turun (temperatur kamar yaitu 250C).
Kemudian kedua baja tersebut dilakukan pengujian hardness menggunakan
Rockwell C. Pengujian dilakukan dari ujung baja yang terkena semprotan air
sampai ujung bagian atas. Dari percobaan ini dapat dibuktikan dengan pengujian
hardness bahwa, ujung bagian AISI 1045 sampai ujung atas memiliki nilai
kekerasan sebesar 57 HRC ( jarak 1/16’’), 56,8 HRC ( 2/16’’), 55,1 (3/16’’), 42,7
(4/16’’),

33 (5/16’’), 31 (6/16’’), 30 (7/16’’), 30 (8/16’’), 29 (9/16’’),

27

(10/16’’), 27 (11/16’’), 26 (12/16’’), 22 (13/16’’), 18 (14/16’’), 15 (15/16’’)
sedangkan baja AISI 4140 memiliki nilai kekerasan sebesar 56,5 (1/16’’), 56
(2/16’’), 39,3(3/16’’), 37,3(4/16’’), 36(5/16’’), 32,3 (6/16’’), 30,7 (7/16’’), 26,3
FTI ITS

Page 60

(8/16), 26,16 (9/16’’), 26,16(10/16’’), 24,5 (11/16’’), 24,5 (12/16’’), 24 (13/16’’),
23,16 (14/16’’), 22,83(15/16’’). Dapat dibandingkan dari hasil praktikum yang
kami lakukan, dapat dilihat bahwa kekerasan pada kedua baja memiliki nilai
kekerasan dan kecepatan perubahan temperatur baja sangat berbeda disebabkan
karena kedua baja memiliki kadar unsur yang berbeda, seperti baja AISI 1045
tidak terdapat unsur Cr dan Mo, yang menyebabkan kekerasannya lebih rendah
dibandingkan baja AISI 4140.

IV.2.3 Struktur Mikro
Struktur mikro merupakan struktur terkecil yang terdapat dalam suatu
bahan yang keberadaannya tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi harus
menggunakan alat pengamat struktur mikro misalnya mikroskop optik. Struktur
mikro juga mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, ketangguhan, keuletan,
kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus dan lain-lain.
Untuk dapat melihat struktur mikro terdapat langkah-langkah yang harus
dilakukan / preparasi sampel, yaitu memotong spesimen yang memiliki dimensi
kira-kira 10 x 10 x 10 mm. Kemudian membuat pegangan atau biasa disebut
dengan mounting agar spesimen mudah untuk dipegang. Kemudian melakukan
proses grinding dengan menggunakan kertas amplas grade 180 – 2000 yang
bertujuan untuk menghaluskan permukaan spesimen yang akan dilihat struktur
mikronya. Setelah itu dilakukan pemolesan (polishing) menggunakan metal polish
yang bertujuan untuk menghilangkan goresan pada permukaan. Kemudian
dilakukan etching dengan menggunakan larutan yang sudah ditetapkan yaitu
sodium metabisulfat dan nital. Setelah itu mengamati spesimen tersebut dengan
mikroskop optik agar dapat melihat struktur mikro pada baja tersebut.
Analisa gambar struktur miko :
a. Jarak 110 mm dekat dengan dengan quenching adalah tampak
bahwa struktur mikro yang dihasilkan adalah perlit dan ferrit tanpa

FTI ITS

Page 61

martensit karena berada pada posisi yang jauh dari bidang quench
sehingga tidak muncul martensitnya.
b. Jarak 90 mm dekat dengan quenching adalah tampak bahwa
struktur mikro yang dihasilkan adalah perlit dan ferrit tanpa
martensit karena berada pada posisi yang jauh dari bidang quench
sehingga tidak muncul martensitnya.
c. Jarak 12 mm dari ujung quench adalah tampak bahwa struktur
mikro yang dhasilkan adalah perlit, ferrit, dan martensit yang lebih
banyak. Martensit ini lebih banyak dari pada jarak 22 mm dari
ujung quench karena telah mengalami pemanasan dan diberi
perlakuan quenching dengan kecepatan lebih cepat.
d. Jarak 22 mm dari ujung quench adalah tampak bahwa struktur
mikro yang dihasilkan adalah perlit, ferrit, dan sedikit bainit. Bainit
timbul karena baja telah dipanaskan dengan temperatur 900oC
kemudian diberi perlakuan quenching (media pendingin air)
dengan mesin jominy test dengan kecepatan medium.
IV.2.4 Pengaruh Kadar Karbon
Kadar karbon dapat mempengaruhi austenit, dimana austenit diperlakukan
panas kemudian dilakukan pendinginan secara cepat. Sehingga mengalami
pembentukkan struktur martensit. Kadar karbon akan berpengaruh pada
pembentukan martensit tepatnya pada tingkat kekerasan dari martensit. Ini
dikarenakan unsur carbon lah yang nantinya bergerak sebagai penguat pada
struktur body center tetragonal. Pada pendinginan cepat tidak cukup waktu bagi
karbon untuk berdifusi keluar dari larutan padat austenite, sehingga transformasi
terjadi dengan pergeseran atom-atom dari kubus pemusatan sisi, Face Centered
Cubic, FCC, menjadi tetragonal pemusatan ruang yang lewat jenuh, Body
Centered Tetragonal BCT. Transormasi geser atom ini menyebabkan kisi kristal
mengalami distorsi. Dua dimensi dari unit cel BCT mempunyai ukuran sama,
sedangkan dimensi yang ketiga lebih besar. Selain itu makin banyak kadar karbon
FTI ITS

Page 62

akan menyebabkan kurva CCT berherak ke kiri dan mampu juga menurunkan
temperatur start transformasi ke martensite.

FTI ITS

Page 63

BAB V
KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat dari percobaan baja AISI 1045 dan AISI 4140
dengan menggunakan pengukuran uji hardenability yaitu Grossman dan Jominy,
sebagai berikut:
•

Uji hardness
1. Baja AISI 4140 memiliki kekerasan pada ujung semprotan air sebesar
56,5 HRC.
2.Baja AISI 1045 memiliki kekerasan pada ujung semprotan air sebesar 57
HRC.

•

Metode Heyn Intercept
1.Spesimen AISI 4140 dapat dilihat dari strukturmikro perbesaran 100x
memiliki ASTM grain size untuk baja AISI 4140 adalah 8.
2.Spesimen AISI 1045 dapat dilihat dari strukturmikro perbesaran 100x
memiliki ASTM grain size untuk baja AISI 1045 adalah 7.

•

Metode Point Counting
1.Spesimen AISI 4140 perbesaran 100x memiliki kadar;
o Pearlite

: 51,11%

o Ferrite

: 48,89 %

o Karbon

: 0,41279%

FTI ITS

Page 64

2.Spesimen AISI 1045 perbesaran 100x memiliki kadar;
o Pearlite
o Ferrite

: 47,223%

o Karbon

•

: 52,77%

: 0,42538%

Metode Grossman dan Field
1.Spesimen AISI 4140 memiliki;
o Ideal diameter

: 0,198mm

o Ideal critical diameter : 4,4046 mm
2.Spesimen AISI 1045 memiliki;
o Ideal diameter

: 0,23 mm

o Ideal critical diameter : 2,3147 mm

Perbandinngan Strukturmikro
o Strukturmikro AISI 4140
a. Jarak 90 mm dengan menggunakan larutan nital sebagai etsa.
Sehingga didapatkan fase ferrite dan pearlite.
b. Jarak 22 mm dengan menggunakan larutan sodium metabisulfat
sebagai etsa. Sehingga didapatkan fase bainit.
c. Jarak 5 mm dengan menggunakan larutan sodium metabisulfat
sebagai etsa. Sehingga didapatkan fase martensit..

FTI ITS

Page 65

o Strukturmikro AISI 1045
a. Jarak 90mm dengan menggunakan larutan nital sebagai etsa.
Sehingga didapatkan fase pearlit dan ferrit.
b. Jarak 22 mm dengan menggunakan larutan sodium metabisulfat.
Sehingga didapatkan fase bainit.
c. Jarak 5 mm dengan menggunakan larutan sodium metabisulfat
sehingga didapatkan fase mertensit.

LAMPIRAN

TUGAS PENDAHULUAN MODUL HARDENABILITI

1.

Apa yang anda ketahui tentang Hardenabiliti?
Jawab :
Hardenabiliti adalah kemampuan baja untuk dapat dikeraskan dengan
membentuk

martensit. Hardenabiliti

menggambarkan

dalamnya

pengerasan yang diperoleh dengan pengerasan, biasanya dinyatakan
FTI ITS

Page 66

dengan jarak suatu titik di bawah permukaan dimana strukturnya
terdiri dari 50% martensit (dianggap bahwa pengerasan terjadi bila
terjadi martensit sebanayak 50%). Suatu baja dikatakan mempunyai
hardenabiliti tinggi bila baja itu memperlihatkan tebal

pengerasan

(depth of hardening) yang besar atau dapat mengeras pada seluruh
penampang dari suatu benda yang cukup besar. Hardenabiliti pada
dasarnya tergantung pada diagram transformasi, karena itu ia akan
tergantung pada dua faktor utama yaitu komposisi kimia (kadar
karbon dan unsur paduan) austenit dan ukuran butir (grain size)
austenit. Untuk mengukur hardenabiliti suatu baja ada dua cara yaitu
dengan Grossman dan dengan cara Jominy. Pengujian hardenabiliti
dengan cara Grossman ini baja yang akan diuji dibuat menjadi
sejumlah spesimen berbentuk batang silindrik dari berbagai diameter.
Lalu kemudian dikeraskan dengan suatu media pendingin tertentu.
Pengujian hardenabiliti dengan cara Jominy disebut juga end quench
hardenability test karena pada pengujian ini digunakan spesimen
berbentu batang silindrik berdiameter 1 ” (25 mm) panjang 4 ” (100
mm) yang didinginkan pada salah satu ujungnya. Untuk test ini
digunakan alat dengan lubang tempat spesimen pada puncaknya.
Tepat di bawah spesimen terdapat nozzle berdiameter 1” (12,5 mm)
untuk menyemprotkan air pendingin dengan tinggi pancaran bebas
2,5” (65 mm). Antara spesimen dengan nozzle dipasang plat
penghalang yang dapat dibuka dengan cepat sesaat setelah spesimen
diletakkan pada lubang pemegangnya.
2. Sebutkan beberapa faktor utama yang mempengaruhi hardenabiliti,
Jelaskan !
Jawab :
Hardenabiliti pada dasarnya tergantung pada diagram transformasi,
karena itu ia akan tergantung pada dua faktor utama yaitu komposisi
FTI ITS

Page 67

kimia (kadar karbon dan unsur paduan) austenit dan ukuran butir
(grain size)

austenit. Komposisi

kimia

didalam

baja

sangat

mempengaruhi dari kekerasan baja tersebut. Kekerasan maksimum
yang dapat dicapai setelah proses pengerasan banyak tergantung pada
kadar karbon, makin tinggi kadar karbon, makin tinggi kadar
karbonnya makin tinggi kekerasan maksimum yang dapat dicapai.
Kekerasan maksimum akan terjadi bila dapat diperoleh struktur yang
seluruhnya martensit. Struktur sebelum dikeraskan dapat berupa perlit,
dimana kekerasan baja masih rendah. Pada baja dengan kadar karbon
sangat rendah kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah
pengerasan

tidak begitu

tinggi

dan

kenaikan

kekerasan

setelah

pengerasan tidak begitu banyak, karenanya pengerasan biasanya
dilakukan terhadap baja dengan kadar karbon yang memadai, tidak
kurang dari 0,30% C (untuk baja karbon), dalam hal ini menggunakan
baja AISI 1045 dan AISI 4140.


AISI

C

Si

FTI ITS

Mn

Cr

Mo

Page 68

4140

0,41

0,30

0,70

1,10

0,20

1045

0,48

0,30

0,70

-

-

Pada baja dengan kadar karbon yang tinggi, kenaikan kekerasan ini
mulai menurun, bahkan kekerasan setelah pengerasanpun menurun.
Hal ini dapat terjadi karena dengan kadar karbon ( dalam austenit)
yang makin tinggi, akan menyebabkan austenit sisa makin banyak,
sehingga akan dapat mengurangi kenaikan kekerasan. Faktor kedua
yang mempengaruhi hardenabiliti adalah ukuran grain size austenite.
Pengaruh ukuran butir austenit terhadap hardenability

diantaranya

adalah:

•

untuk terbentuk dibandingkan martensit .

•


•

untuk terbentuk dibandingkan martensit

•


•

Semakin besar ukuran butir austenit, semakin besar hardenability

3. Bagaimana cara mengukur Hardenabiliti ? Jelaskan !
Jawab :

FTI ITS

Page 69

Untuk mengukur hardenabiliti suatu baja ada dua cara yaitu dengan
Grossman dan dengan cara Jominy. Pengujian hardenabiliti dengan
cara Grossman ini baja yang akan diuji dibuat menjadi sejumlah
spesimen berbentuk batang silindrik dari berbagai diameter. Lalu
kemudian

dikeraskan

dengan

suatu

media

pendingin

tertentu.

berbentu batang silindrik berdiameter 1 ” (25 mm) panjang 4 ” (100
2,5” (65 mm). Antara spesimen dengan nozzle dipasang plat

4. Gambar dan jelaskan metode pengujian hardenabiliti Jominy beserta
kurva jominy !
Jawab :
berbentu batang silindrik berdiameter 1” (25 mm) panjang 4” (100
2,5” (65 mm).

Antara spesimen

FTI ITS

dengan nozzle dipasang plat

Page 70


5. Jelaskan metode perhitungan diameter kritis ideal dari Grossman dan
perhitungan berdasarkan komposisi kimia dari Field? Sebagai contoh
perhitungan silahkan analisa untuk baja AISI 1045 dan AISI 4140?
Spesimen AISI 4140
•




adalah 0.41279 % C



sizenya adalah 8.
FTI ITS

Page 71





(sumber:http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/s
how_alloy.cfm?id=aisi_4140&prop=all&page_title=aisi%204140)

Mn
Si

= 0.225%

Cr

= 0.95 %

Mo
•

= 0.875 %

= 0.20 %

Menentukan besar Ideal diameter dengan menggunakan hubungan

nilai kadar karbon dan ukuran ASTM grain size dari spesimen AISI 4140 yang
kemudian memanfaatkan bantuan grafik.
FTI ITS

Page 72


Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit
dari baja karbon
2001.ITS.Surabaya)

•


grafik ini.

FTI ITS

Page 73


Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit
dari baja karbon
2001.ITS.Surabaya)
Mn
Si

= 1.15

Cr

= 3.1

Mo
•

= 3.9

= 1.6


berikut.

= 0.198X 3.9X1.15 X3.1 X1.6
= 4.4046 mm

FTI ITS

Page 74

Spesimen AISI 1045
•




adalah 0.41279 % C



sizenya adalah 8.




(sumber: http://www.metalravne.com/selector/steels/ck45.html)

Mn

= 0.65 %

Si

= 0.225%

Cr

= 0.30 %

FTI ITS

Page 75

Mo
Ni
•

= 0.10 %
= 0.20 %

Menentukan besar Ideal diameter dengan menggunakan hubungan

nilai kadar karbon dan ukuran ASTM grain size dari spesimen AISI 1045 yang
kemudian memanfaatkan bantuan grafik.

Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit dari
baja karbon
2001.ITS.Surabaya)


•


FTI ITS

Page 76

grafik ini.

Gambar Hubungan antara Di, kadar karbon dan ukuran butir austenit dari
baja karbon
2001.ITS.Surabaya)

Mn
Si

= 1.15

Cr

= 1.7

Mo

= 1.3

Ni
•

= 3.6

= 1.1


berikut.
FTI ITS

Page 77


= 0.23X 3.6X1.15X1.7X1.3X1.1
= 2.3147 mm

Setelah diperolehnya nilai ideal critical diameter langkah selanjutnya
yang bisa dikerjakan adalah pencarian nilai kekerasan spesimen secara teoritis.
Dan salah satu metode yang digunakan adalah metode FIELD. Langkahlangkah dalam pencarian nilai kekerasan hasil Jominy test secara teoritis akan
Spesiemen AISI 4140
•


Gambar Hubungan antara kadar karbon dengan kekerasan awal (IH)
2001.ITS.Surabaya)

FTI ITS

Page 78

HRC.
•

berikut.

Gambar Hubungan antara diameter kritis ideal dengan faktor pembagi
2001.ITS.Surabaya)

Posisi (1/16”)

IH/DH

Kekerasan Rc

1

1

56

FTI ITS

Page 79


4

1

56

8

1.15

48.69

12

1.3

43.08

16

1.45

38.62

20

1.55

36.13

24

1.6

35

28

1.7

32.94

32

1.8

31.11

Spesiemen AISI 1045
•


FTI ITS

Page 80

Gambar Hubungan antara kadar karbon dengan kekerasan awal (IH)
2001.ITS.Surabaya)

HRC.
•

berikut.

Gambar Hubungan antara diameter kritis ideal dengan faktor pembagi
2001.ITS.Surabaya)

FTI ITS

Page 81


Posisi (1/16”)

IH/DH

Kekerasan Rc

1

1

58

4

1.2

48.33

8

1.6

36.25

12

1.95

29.74

16

2.25

25.77

20

2.5

23.2

24

2.6

22.31

28

2.7

21.48

32

2.8

20.71

FTI ITS

Page 82


Tabel ASTM A 255

FTI ITS

Page 83


FTI ITS

Page 84


FTI ITS

Page 85


FTI ITS

Page 86

DAFTAR PUSTAKA

Suherman, Wahid. Perlakuan Panas, hal:58, gambar:4.6. 2001.ITS.Surabaya)
Suherman, Wahid. Perlakuan Panas, hal:58, gambar:4.6. 2001.ITS.Surabaya)
Suherman, Wahid. Ilmu Logam 1.2003.ITS Surabaya
Ariyusriati.wordpress.com/category/kuliah
Digilib.unimus.ac.id/baja.pdf
Sisfo.itp.ac.id/bahanajar/diagram besi-besi karbida
www.metalravne.com/selector/steels/ck45.html
www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/show_alloy.cfm?
id=aisi_4140&prop=all&page_title=aisi%204140)

FTI ITS

Page 87

Laporan Praktikum Perlakuan Panas (Jominy Test)

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to Laporan Praktikum Perlakuan Panas (Jominy Test)

Similar to Laporan Praktikum Perlakuan Panas (Jominy Test) (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Laporan Praktikum Perlakuan Panas (Jominy Test)