|
Uji
Kekerasan Bahan Logam Kuningan pada Perlakuan Panas dengan Menggunakan Beberapa Media Pendingin
|
|
Seni Ramadhanti S, Ridlo F
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia Email: ramadhanti.seni12@mhs.physics.its.ac.id |
Abstrak—Telah dilakukan percobaan Uji Kekerasan Bahan Logam
Kuningan pada Perlakuan Panas dengan Menggunakan Beberapa Media Pendingin. Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari proses heat treatment, untuk menentukan nilai kekerasan
material (Hardness Vickers), dan untuk mengetahui pengaruh heat treatment
terhadap sifat mekanik material. Peralatan yang digunakan
dalam percobaan ini antara lain empat buah logam kuningan
sebagai objek penelitian, satu buah alat pemotong untuk memotong batang kuningan menjadi empat
bagian, satu buah mesin grinding sebagai alat untuk meratakan dan menghaluskan
kuningan, tiga buah amplas dengan mesh 220, 800, dan 1000, satu buah alat
Microhardnes Vickers untuk mengukur kekerasan logam kuningan, tiga media
pendingin yaitu oli, air garam, dan aquase. Satu buah kompor untuk memanaskan
logam kuningan. Dari praktikum yang telah dilakukan maka dapat
diambil kesimpulan bahwa proses heat treatment yang digunakan adalah quenching.
Quenching merupakan tahap yang paling kritis dalam proses perlakuan panas.
Quenching dilakukan dengan cara mendinginkan logam yang telah dipanaskan secara
cepat dalam dapur pemanas kedalam media pendingin. Nilai HV dari masing-masing
sampel adalah 169.1 untuk sampel yang tidak di heat treatment, 148.15 untuk
air, 184.85 untuk air garam, dan 183.3 untuk oli. Nilai
kekerasan kuningan setelah dicelupkan ke dalam air jauh lebih kecil dari pada
dicelupkan ke dalam oli dan air garam. Namun nilai kuningan yang tidak mendapat
perlakuan panas lebih kecil nilainya dari oli dan air garam. Hal ini dikarenakan oli memiliki nilai
viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin
lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya sangat lambat.
Semakin tinggi kekentalan suatu fluida, maka semakin tinggi pula kecepatannya
untuk mendinginkan suatu material logam yang telah dipanaskan.
I. PENDAHULUAN
Suatu bahan mempunyai beberapa sifat seperti sifat
mekanik, sifat fisis, maupun sifat kimia. Salah satu sifat mekanik dari suatu
material adalah kekerasan (Hardness). Pada dasarnya kekerasan (Hardness)
merupakan kemampuan material untuk menahan beban yang berasal dari luar. Sifat
ini dapat diamati dan diubah sesuai kebutuhan dengan menggunakan metode-metode
tertentu. Salah satu metode yang digunakan untuk mengubah tingkat kekerasan
suatu benda adalah dengan Heat Treatment. Perlakuan panas atau heat treatment
adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan logam
pada tungku pada temperatur rekristalisasi selama periode tertentu kemudian
didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air garam, oli dan solar
yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda[2].
Berikut ini adalah beberapa proses Heat Treatment
diantaranya Annealing, Normalizing, Quenching dan Tempering. Quenching
merupakan tahap yang paling kritis dalam proses perlakuan panas. Quenching
dilakukan dengan cara mendinginkan logam yang telah dipanaskan secara cepat dalam
dapur pemanas kedalam media pendingin. Anneling adalah proses suatu proses
perlakuan panas (heat treatment) yang sering dilakukan terhadap logam atau
paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Tahapan dari proses Anneling ini
dimulai dengan memanaskan logam (paduan) sampai temperature tertentu, menahan
pada temperature tertentu tadi selama beberapa waktu tertentu agar tercapai
perubahan yang diinginkan lalu mendinginkan logam atau paduan tadi dengan laju
pendinginan yang cukup lambat. Normalizing pada umumnya menghasilkan struktur
yang halus, sehingga baja dengan komposisi kimia yang sama akan memiliki Yield
srength, Ultimate Tensile Strength, kekerasan, dan impak strength akan lebih
tinggi dari pada hasil full annealing. Tempering yaitu suatu proses pemanasan
logam pada suhu dibawah suhu kritis, kemudian dilakukan pendinginan dengan
media tertentu secara perlahan[3].
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan
menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap
indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk
piramid. Beban yang dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian
rockwell dan brinel yaitu antara 1
sampai 1000 gram. Sedangkan, Mikrohardness test atau sering disebut dengan
knoop hardness testing merupakan pengujian yang cocok untuk pengujian material
yang nilai kekerasannya rendah. Knoop biasanya digunakan untuk mengukur
material yang getas seperti keramik. Data yang didapatkan berupa nilai
kekerasan yang disebut HV. Nilai kekerasan vickers dapat diperoleh dengan mensubtitusikan hasil
penekanan yang diperoleh pada alat uji ke dalam persamaan:
Hv = 1.8554 . F / D2………………….(1)
Dengan F adalah beban dalam kgf dan D adalah
diagonal (mm)[1]. Viskositas adalah ukuran
kekentalan suatu fluida yang menunjukkan besar kecilnya gesekan internal
fluida. Viskositas fluida berhubungan dengan gaya gesek antarlapisan fluida
ketika satu lapisan bergerak melewati lapisan yang lain. Hubungan viskositas
dengan percobaan ini adalah ketika viskositas suatu fluida semakin kental, maka
laju pendinginan akan semakin lambat. Begitupun sebaliknya, jika viskositasnya
kecil, maka laju pendinginannya akan semakin cepat[4].
II. METODE
Dalam praktikum ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut, yaitu
empat buah logam kuningan sebagai objek penelitian, satu buah alat pemotong untuk memotong batang kuningan menjadi empat
bagian, satu buah mesin grinding sebagai alat untuk meratakan dan menghaluskan
kuningan, tiga buah amplas dengan mesh 220, 800, dan 1000, satu buah alat
Microhardnes Vickers untuk mengukur kekerasan logam kuningan, tiga media
pendingin yaitu oli, air garam, dan aquase. Satu buah kompor untuk memanaskan
logam kuningan. Langkah percobaan dimulai dengan memotong kuningan menjadi
empat bagian. Kemudian kuningan tersebut digrinding dengan amplas
berturut-turut dengan mesh 220, 800, dan 1000. Setelah itu tiga kuningan
dibakar dengan suhu ±400ºC selama ±15 menit. Setelah dipanaskan tiga kuningan
diletakkan di tiga media pendingin yang berbeda. Selama beberapa menit.
Kemudian keempat kuningan diuji kekerasan dengan mikrohardness Vickers dengan
dua kali pengambilan data sehingga didapatkan nilai kekerasannya
Berikut
adalah flowchart cara kerja percobaaan ini:
|
Air garam
|
|
Uji Micro Hardness
|
|
Finish
|
|
Oli
|
|
Start
|
|
Kuningan dipotong menjadi empat bagian
|
|
Kuningan digrinding dengan mesh 220, 800,
dan 1000
|
|
Kuningan dipanaskan ±15 menit
|
|
Quenching
|
|
Aquase
|
Gambar 2.1 Flow Chart
Gambar 2.2 Skema Alat
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada percobaan
ini, telah didapatkan data nilai kekerasan dari kuningan yang
ditampilkan pada tabel di bawah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Nilai
Kekerasan Kuningan setelah melalui proses Quenching
|
Jenis
Fluida |
HV
|
Rata-rata
|
|
|
1
|
2
|
||
|
Original
|
170
|
168.2
|
169.1
|
|
Air
|
154.6
|
141.7
|
148.15
|
|
Air garam
|
184.7
|
185
|
184.85
|
|
Oli
|
184.5
|
182.1
|
183.3
|
Pada percobaan ini, proses heat
treatment yang digunakan adalah quenching. Quenching
merupakan tahap yang paling kritis dalam proses perlakuan panas. Quenching
dilakukan dengan cara mendinginkan logam yang telah dipanaskan secara cepat dalam
dapur pemanas kedalam media pendingin. Dari hasil percobaan didapatkan nilai kekerasan kuningan
setelah dicelupkan ke dalam air jauh lebih kecil dari pada dicelupkan ke dalam oli dan air garam. Air
memiliki massa jenis yang besar tapi lebih kecil dari air garam. Laju
pendinginannya lebih lambat dari air garam. Viskositas menentukan kemudahan
suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material. Oleh
karena itu viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan mengalir.
Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin cepat. Oli memiliki nilai
viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin lainnya
dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya sangat lambat. Semakin
tinggi kekentalan suatu fluida, maka semakin tinggi pula kecepatannya untuk
mendinginkan suatu material logam yang telah dipanaskan. Dalam hal ini, oli
memiliki tingkat kekentalan paling tinggi dibandingkan dengan kedua fluida yang
lain, sehingga oli lebih cepat mendinginkan kuningan yang telah dipanaskan.
Sedangkan air memiliki tingkat kekentalan paling rendah, sehingga air lebih
lambat mendinginkan kuningan yang telah dipanaskan.
Nilai HV
dari masing-masing sampel adalah 169.1 untuk sampel yang tidak di heat
treatment, 148.15 untuk air, 184.85 untuk air garam, dan 183.3 untuk oli. Jika
ditinjau berdasarkan teori, cairan dengan kekentalan tinggi seperti oli akan
memengaruhi kecepatan quenching.
Semakin rendah kekentalan dari suatu cairan media
quenching, maka semakin cepat
pendinginannya. Akibatnya material yang telah diperlakukan panas akan
mempertahankan kekerasannya. Dengan kata lain, semakin tinggi viskositas
media quenching, semakin besar nilai
HV nya.
Gambar 3.1 nilai HV dari air garam
Gambar 3.2 nilai HV dari oli
Gambar 3.2 nilai HV
dari original sampel
Gambar 3.2 nilai HV dari air
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Dari
praktikum yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan bahwa proses heat treatment yang digunakan
adalah quenching. Quenching merupakan tahap yang paling kritis dalam proses
perlakuan panas. Quenching dilakukan dengan cara mendinginkan logam yang telah
dipanaskan secara cepat dalam dapur pemanas kedalam media pendingin. Nilai HV
dari masing-masing sampel adalah 169.1 untuk sampel yang tidak di heat
treatment, 148.15 untuk air, 184.85 untuk air garam, dan 183.3 untuk oli.
Nilai
kekerasan kuningan setelah dicelupkan ke dalam air jauh lebih kecil dari pada
dicelupkan ke dalam oli dan air garam. Namun nilai kuningan yang tidak mendapat
perlakuan panas lebih kecil nilainya dari oli dan air garam. Hal ini dikarenakan oli memiliki nilai
viskositas atau kekentalan yang tertinggi dibandingkan dengan media pendingin
lainnya dan massa jenis yang rendah sehingga laju pendinginannya sangat lambat.
Semakin tinggi kekentalan suatu fluida, maka semakin tinggi pula kecepatannya
untuk mendinginkan suatu material logam yang telah dipanaskan.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Ridlo F. selaku asisten, rekan-rekan praktikum dan semua pihak yang
terkait praktikum densitas dan porositas zat padat dalam melakukan percobaan
dan penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Incropera, F.P., dan Dewitt,
D.P., Fundamental of Heat and Mass
Transfer, John Wiley & Sons, 2002.
[2]
Laurance H. Van Vlack.2001. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material Edisi keenam.
Erlangga : Jakarta.
[3]
Surdia, Tata & Saito, Shinroku. 1992.
Pengetahuan Bahan Teknik. (edisi kedua). Pradnya Paramita :Jakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar