Jtptunimus Gdl Dwioktaisn 7582 3 Babii

8/17/2019 Jtptunimus Gdl Dwioktaisn 7582 3 Babii

1/27

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Piringan cakram

Rem cakram dapat digunakan dari berbagai suhu, sehingga hampir semua kendaraan

menerapkan sistem rem cakram sebagai andalannya. selain itu rem cakram tahan terhadap

genangan air sehingga pada kendaraan yang telah menggunakan rem cakram dapat menerjang

banjir. Kemudian rem cakram memiliki sistem rem yang berpendingin diluar (terbuka)

sehingga pendinginan dapat dilakukan pada saat kendaraan bermotor melaju, ada beberapa

cakram yang juga dilengkapi oleh ventilasi (ventilatin disk ) atau cakram yang memiliki

lubang sehingga pendinginan rem lebih maksimal digunakan.

pegunaan rem cakram banyak dipergunakan pada roda depan kendaraan karena gaya

dorong untuk berhenti pada bagian depan kendaraan lebih besar dibandingkan di belakang

sehingga membutuhkan pengereman yang lebih pada bagian depan. Namun saat ini telah

banyak kendaraan roda dua yang menggunakan rem cakram pada kedua rodanya.

Piringan cakram merupakan komponen yang sangat penting dalam sebuah

kendaraan yang berfungsi untuk menghentikan atau menghambat laju putaran roda atau

kendaraan. Ditinjau dari kondisi sistem kerja yang demikian maka pemilihan material

dan proses pembentukan dalam proses produksi rem cakram sangatlah penting, dimana

material harus dapat memenuhi syarat-syarat diantaranya: tahan terhadap suhu yang

tinggi, mampu menahan beban, keuletan, kekuatan dan tahan aus.

Karena rem cakram yang sifatnya terbuka sehinga memudahkan debu dan lumpur

menempel, lama kelamaan lumpur (kotoran) tersebut dapat menghambat kinerja

pengeraman sampai merusak komponen pada bagian disc brake, Oleh sebab itu perlu

dilakukan pembersihan sesering mungkin. Keausan umumnya didefinisikan sebagai

kehilangan material secara progresif akibat adanya gesekan (friksi) antar permukaan

padatan atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil

pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya (Yuwono, 2008).

Keausan merupakan hal yang biasa terjadi pada setiap material yang mengalami gesekan

dengan material lain. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan respons

material terhadap sistem luar (kontak permukaan).

Material apapun dapat mengalami keausan yang disebabkan oleh berbagai

mekanisme yang beragam. Aus terjadi karena adanya kontak gesek antara dua


2/27

permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material. Hal ini menyebabkan

adanya pengurangan dimensi pada benda tersebut. Keausan dapat juga berarti kehilangan

material secara bertahap dari permukaan benda yang bersentuhan akibat dari adanya

kontak dengan solid (benda padat), liquid (benda cair), atau gas pada permukaannya.

Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sebenarnya sangat sulit

diprediksi secara teori atau perumusan, karena banyak faktor dilapangan yang

menyebabbkan kesulitan dan kekeliruan dalam memprediksi keausan tersebut.

Gambar 2.1: Keausan Piringan Cakram (http://www.google.com/

ariblogmotor)

Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang

berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan

benda uji. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode yang

semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Pengujian laju

keausan dapat dinyatakan dengan pembandingan jumlah kehilangan/pengurangan

spesimen tiap satuan luas bidang kontak dan lama pengausan (Viktor Malau dan Adhika

widyaparaga, 2008).

Gambar 2.2: Piringan Cakram (Viktor Malau dan Adhika widyaparaga, 2008).

2.2 Material Rem Cakram

http://www.google.com/http://www.google.com/http://www.google.com/http://www.google.com/


3/27

Dalam memilih material untuk piringan cakram, perlu untuk mempertimbangkan

koefisien gesekan antara material dan sifat termal, karena cukup panas yang dihasilkan

selama pengereman. Konvensional, piringan cakram untuk kendaraan penumpang telah

dibuat dari besi abu-abu unalloyed terdiri dari serpihan grafit dalam matriks perlitik.

Selain pertimbangan termal dan mekanik, bahan untuk rem cakram rotor harus

menunjukkan ketahanan aus yang baik. Dalam besi unalloyed, ketahanan aus terutama

fungsi dari struktur matriks dan kekerasannya. (ASM Handbook, Vol.1, 2005)

Pemaduan besi karbida dapat menciptakan ketahanan aus sehingga menjadi lebih

merupakan fungsi dari properti dari karbida. Namun, ketika vanadium, titanium dan

kromium ditambahkan untuk besi dalam jumlah yang berlebihan, penurunan kekuatan

terjadi timbul dari pembentukan karbida intergranular dalam matriks. Carbide

menstabilkan elemen seperti kromium, molibdenum serta vanadium juga meningkatkan

kecenderungan pembentukan ferit bebas yang merugikan kekuatan dan sifat tribological.

Untuk alasan ini, elemen-elemen ini biasanya digunakan pada tingkat yang di bawah

mereka di mana karbida bebas terbentuk agar manfaat dari karbida bebas memakai tidak

diperoleh. Hal ini juga dipertimbangkan bahwa penggunaan struktur paduan tinggi

mengandung bebas karbida akan menyebabkan pembentukan "titik panas" yang

mengakibatkan judder rem dan panas retak. Selain besi cor kelabu, piringan cakram juga

dibuat dengan menggunakan meterial besi besi cor nodular. Besi cor nodular memiliki

grafit berbentuk bulat bersifat ulet tahan terhadap retak (Yamagata, H, 2005 ).

a) Besi Cor

Besi cor adalah paduan golongan besi dengan karbon 2,14 %wt , pada

umumnya besi cor memiliki 3,0 sampai 4,5 % wt C, dan unsur paduan lainnya. Suhu

pencairan besi cor antara 1150 °C sampai 1300 °C jauh lebih rendah daripada baja (

Callister, 2007). Hal ini menguntungkan karena mudah dicairkan, bahan bakar lebih

irit dan dapur peleburan lebih sederhana. Besi cor cair selain mudah mengisi cetakan

yang rumit, material ini harganya murah dan serba guna bila ditinjau dari segi desain

produk.

Secara umum besi cor dapat dikelompokkan berdasarkan keadaan dan bentuk

karbon yang terkandung di dalamnya menjadi empat golongan di bawah ini :

1) Besi cor kelabu ( grey cast iron), karbonnya berupa grafit berbentuk flake

(serpih) dengan matriks ferritik atau perlitik.


4/27


5/27

Tipe A memilki serpih-serpih grafit yang terbagi rata dan orientasinya

sebarang. Struktur seperti ini timbul pada besi cor kelas tinggi dengan matriks

perlit dan ukuran grafit yang cocok. Selain itu terdapat juga potongan-potongan

grafit yang bengkok yang memberikan kekuatan tertinggi pada besi cor. Grafit

bengkok ini diperoleh dengan cara meningkatkan pengendapan kristal-kristal

sepanjang austenit proeutektik.

Besi cor dengan kandungan karbon tinggi sukar mempunyai potongan-

potongan grafit bengkok disebabkan oleh pengendapan kristal yang sedikit. Karena

itu perlu dilakukan penghilangan oksida dan inokulasi penggrafitan pada besi cair.

2) Tipe B

Potongan grafit tipe B memiliki bentuk seperti bunga ros (rosette) dengan

orientasi sebarang. Struktur ini merupakan salah satu sel eutektik yang bagian

tengahnya mempunyai potongan-potongan eutektik halus dari grafit dan sepih-

serpih grafit radial di sekitarnya. Struktur seperti ini biasanya ditemukan pada

produk coran tipis yang mengalami pendinginan cepat. Tipe rosette tersebar dalam

besi cor yang mempunyai kandungan karbon tinggi karena banyak pengendapan

grafit.

3) Tipe C

Struktur ini muncul pada sistem hipereutektik. Pada tipe C ukuran serpih

saling menumpuk dengan orientasi sebarang. Hal ini disebabkan jumlah grafit yang

begitu banyak sehingga ferrit sangat mudah mengendap. Namun demikian,

pengendapan ferrit mengakibatkan struktur menjadi lemah sehingga besi cor

dengan tipe grafit seperti ini sangat jarang dipakai.

4) Tipe D

Struktur ini mempunyai potongan-potongan grafit eutektik yang halus yang

mengkristal di antara dendrit-dendrit kristal austenit. Karena itu potongan grafittipe ini dikenal juga sebagai penyisihan antar dendrit dengan orientasi sembarang.

Keadaan ini disebabkan oleh pendinginan lanjut pada proses pembekuan eutektik

seperti oksidasi dalam pencairan. Potongan grafit seperti ini menyebabkan besi cor

memiliki kekuatan yang tinggi dengan keuletan yang rendah.

5) Tipe E

Potongan grafit tipe E muncul apabila kandungan karbon agak rendah. Hal

ini akan mengurangi kekuatan karena jarak yang dekat antara potongan-potongan

grafit terdistribusi seperti pada tipe D. Tetapi kadang-kadang kekuatannya tinggi


6/27

yang disebabkan karena kandungan karbon yang rendah dan berkurangnya

pengendapan grafit.

Berdasarkan ASM vol.1 untuk tipe-tipe grafit tersebut diatas ditunjukkan

pada Gambar 2.3 berikut ini.

Gambar 2.3 Tipe-tipe grafit pembesaran 100x (ASM vol.1, 1990)

Tabel 2.1 : Tabel Komposisi kimia standar besi cor (ASM vol.9, 2004)

c) Besi Cor Nodular

Besi cor nodular juga dikenal dengan nama besi cor ductile adalah besi cor

yang mempunyai grafit yang tampak seperti bola. Karbon yang terdapat berbentuk

nodule grafit yang diperoleh dengan menambahkan bahan yang mengandung

magnesium seperti nikel- magnesium atau magnesium tembaga- ferro silikon dalam

besi cor kalabu cair. Jumlah magnesium yang diperluka tergantung dari kadar belerang yang ada. Mula – mula kadar belerang diturunkan dengan cara


7/27

mengubahnya menjadi sulfida magnesium. Sisa magnesium yang ada merubah bentuk

menjadi nodular. ( Amsterad, B.H. 1995 ). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat Gambar

2.4.

Gambar 2.4 : Mikrostruktur besi cor ductile (a) As-cast ferritic. (b) As-cast

pearlitic; hardness, 255 HB. (c) Ferritic, annealed 3 h at 700 °C (1290

°F). (d) Pearlitic ductile iron quenching oli dan di temper 255 HB.Semua gambar dengan etsa 2% nital. 100× (ASM vol.1, 2005 )

Mengenai komposisi kimia besi cor nodular bisa dilihat pada Tabel 2.1.

Spesifikasi penggolongan besi cor nodular berdasar pada sifat, kekuatan, kekerasan

yang dimiliki tingkatan besi cor nodular serta memperhatikan komposisi kimia untuk

kegunaan mekanik. Tabel 2.2 :

Tabel 2.2 : Komposisi dan penggunaan umum serta tingkat kelas Besi cor nodular / besi cor ductile (ASM vol.1, 2005 )

Spesifikation

no.

Grade or

class

UNC TC ( a

)

Typical Composition % disription General uses

Si Mn P S

ASTM A 395;ASME SA395

60-40-18 F32800 3.00min

2.50

Max

(b)

... ... 0.08

max ;

Ferritic;annealed

Pressure-containing parts for

use at elevatedtemperatures

ASTM A 476;

SAE

AMS 5316C

80-60-03 F34100 3.00

min(c)

3.0

max

... 0.08

max

0.05

max

As-cast Paper mill

dryer rolls, at

temperaturesup to 230 °C

(450 °F)


8/27

ASTM A 536 60-40-

18(d)

F32800 Ferritic;

may be

annealed

Shock-resistant

parts;low-temperatur

e service

SAE J434 D4018(e) F32800 3.20− 4.10

1.80−3.00

0.10−1.00

0.015

−0.10

0.005−

0.035Ferritic Ferritic

Moderately

stressed partsrequiring good

ductility andmachinability

D4512(e) F33100 Ferritic/ pearlitic

Moderatelystressed parts

requiring

moderatemachinability

D7003(e) F34800 Pearlitic Highly

stressed parts requiring

very goodwear

resistance andgood responseto selectivehardening

(a) Note: For mechanical properties and typical applications, see Table. (b) TC, total carbon. (c) The silicon limitmay be increased by 0.08%, up to 2.75 Si, for each 0.01% reduction in phosphorus content. (d) Carbonequivalent (CE), 3.8−4.5; CE = TC + 0.3 (Si + P). (e) Composition subordinate to mechanical properties;

composition range for any element may be specified by agreement between supplier and purchaser.

2.3 Sifat-sifat material

2.3.1 Struktur Mikro

Mikrografi adalah metode yang digunakan untuk memperoleh gambar yang

menunjukkan struktur mikro pada hal ini struktur logam dan paduannya. Dengan

pengujian mikrografi ini kita dapat mengetahui struktur dari suatu logam dengan

memperjelas batas-batas butir logam. Dalam setiap butir, semua sel satuan teratur dalam

satu arah dan satu pola tertentu.

Batas butir mempunyai lima derajat kebebasan, Pada batas butir antara dua butir

yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dalam kedua butiran tadi.

Batas butir dapat kita anggap berdimensi dua, bentuknya mungkin melengkung dan

sesungguhnya memiliki ketebalan tertentu yaitu antara dua sampai tiga jarak atom.

Ketidakseragaman orientasi antara butiran yang berdekatan menghasilkan tumpukan

atom yang kurang efisien sepanjang batas.

Struktur mikro sangat penting dalam suatu logam dalam suatu logam yang

diperlukan untuk mengetahui sifat-sifat dari logam tersebut. Strukturmikro pada baja


9/27

akan mempengaruhi sifat-sifat mekanik dan juga sifat fisik. Struktur matrik pada baja

antara lain:

a)

Ferrite (besi alpha)

b) Austenit (besi gamma)

c) Besi Delta

d)

Cementit (Karbida besi)

e) Bainit

f) Martensit

g)

Perlit

Struktur mikro dari baja pada umumnya tergantung dari kecepatan

pendinginannya dari suhu daerah austenit sampai suhu kamar. Karena perubahan struktur

ini maka dengan sendirinya sifat-sifat mekanik yang dimiliki baja juga akan berubah.

Fase – fase berubahnya struktur mikro akibat pemanasan dapat dilihat dalam Gambar

2.5 diagram Kesetimbangan Fe – C.


10/27


11/27

Tabel 2.3. Spesifikasi baja lunak (JIS)

Standar enisTebal Plat (t)

(mm)

Komposisi kimia (%) Kekuatan

uluh

(kg/mm2)

Kekuatan

Tarik

(kg/mm2)

erpanjang

n

(%)C Si Mn S

B a j a r o

l p a n a s u n

t u k k o n s t r u

k s i u m u m

G 3 1 0 1 –

1 9 7 6

SS 34

t

5 < t

16 < t

40 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40 - - -

≤ 0,05 ≤ 0,05 ≥ 21

≥ 20

≥ 18

34 – 44

≥ 26

≥ 21

≥ 26

≥ 28

SS 41

t

5 < t

16 < t

40 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40 - - -

≤ 0,05 ≤ 0,05 ≥ 25

≥ 24

≥ 22

1 – 52

≥ 21

≥ 17

≥ 21

≥ 23

SS 50

t

5 < t

16 < t

40 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40 - - -

≤ 0,05 ≤ 0,05 ≥ 29

≥ 28

≥ 26

50 – 62

≥ 19

≥ 15

≥ 19

≥ 21

SS 55

t

5 < t

16 < t

40 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40 ≤ 0,30 - ≤ 1,6 ≤ 0,40

≤ 0,04

≥ 41

≥ 40

≥ 50

≤ 16

≥ 13

≥ 27

B a j a r o

l u n

t u k k e t e l &

b e j a n a

t e k a n

t e m p e r a t u r

t i n g g

i G 3 1 0 3 –

1 9 7 7

SB 42

t

25 < t

50 < t

≤ 25

≤ 50

≤ 200

≤ 0,24

≤ 0,27

≤ 0,30

0,15 – 0,30 ≤ 0,90 ≤ 0,035 ≤ 0,04 ≥ 23 2 – 56≥ 21

≥ 25

SB 46t

25 < t

50 < t

≤ 25 ≤ 50

≤ 200

≤ 0,28 ≤ 0,31

≤ 0,33

0,15 – 0,30 ≤ 0,90 ≤ 0,035 ≤ 0,04 ≥ 25 6 – 60≥ 19

≥ 25

SB 49

t

25 < t

50 < t

≤ 25

≤ 50

≤ 200

≤ 0,31

≤ 0,33

≤ 0,35

0,15 – 0,30 ≤ 0,90 ≤ 0,035 ≤ 0,04 ≥ 27 9 – 63≥ 27

≥ 21

B a j a r o

l p a n a s u n

G 3 1 0 6 –

1 9 7 7

SM 41A

t

5 < t

16 < t

40 < t

50 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40

≤ 50

≤ 100

≤ 0,23

≤ 0,25

≤ 2,5C ≤ 0,04 ≤ 0,04

≥ 25

≥ 24

≥ 22

1 – 52

≥ 23

≥ 18

≥ 22

≥ 24

”

SM 41B

t

5 < t

16 < t

40 < t

50 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40

≤ 50

≤ 100

≤ 0,20

≤ 0,22

≤ 0,35 ≤ 0,6– 1,2 ≤ 0,04 ≤ 0,04

≥ 25

≥ 24

≥ 22

1 – 52

≥ 23

≥ 18

≥ 22

≥ 24

”

SM 41C

t

5 < t

16 < t

40 < t

≤ 5

≤ 16

≤ 40

≤ 50

≤ 0,18 ≤ 0,35 ≤ 1,4 ≤ 0,04 ≤ 0,04

≥ 25

≥ 24

≥ 22

1 – 52

≥ 23

≥ 18

≥ 22

≥ 24

P

l a t b a j a u

/ b e j a n a

t e k a n

t e m p e . s e

d a n g

G

3 1 1 5 –

1 9 7 7

SPV 24

T

16 < t

0 < t

50 < t

≤ 16

≤ 40

≤ 50

≤ 100

≤ 0,18

≤ 0,20

0,15-0,35 ≤ 1,4 ≤ 0,035 ≤ 0,04

≥ 24

≥ 22 1 – 52

≥ 17

21

≥ 24

(Sumber : Wiryosumarto, 2008).


12/27

Baja lunak termasuk baja kadar karbon rendah. Biasanya mempunyai kekuatan

tarik antara 40 – 50 Kg/mm2. Baja karbon rendah sangat luas penggunaannya sebagai

baja konstruksi, rangka kendaraan, mur, baut, pipa, tangki minyak, ketel, bejana tekan

dan penggunaan pada suhu tinggi, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2.3. Baja

karbon rendah memiliki sifat pengerjaan yang baik seperti sifat keuletan, sifat mampu

tempa, kelunakan dan mampu mesin yang baik. Sehingga dengan keadaan tersebut baja

karbon rendah sangat baik sekali untuk disambung dengan proses pengelasan. Untuk

pemakaian pada suhu tinggi baja sejauh mungkin bebas dari nitrogen dengan jalan

menambahkan Al tetapi tidak melebihi 300 gr/ton baja cair (Wiryosumarto, 2008).

Komposisi kimia baja tersebut adalah C ≤ 0,23%, S ≤ 0,04% dan P ≤ 0,04%.

Baja yang tidak mengandung unsur lain selain Si dan Mn disebut baja lunak (mild steel),

yang banyak dipakai untuk konstruksi baja karena mempunyai sifat mampu las dan

mampu bentuk yang baik (Surdia, 2005).

1. Ferrite

Ferrite adalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC (body

centered cubic). Ferrite dalam keadaan setimbang dapat ditemukan pada temperatur

ruang, yaitu alpha-ferrite atau pada temperatur tinggi, yaitu delta-ferrite. Secara

umum fase ini bersifat lunak ( soft ), ulet (ductile), dan magnetik (magnetic) hingga

temperatur tertentu, yaitu T curie. Kelarutan karbon di dalam fase ini relatif lebih

kecil dibandingkan dengan kelarutan karbon di dalam fase larutan padat lain di

dalam baja, yaitu fase Austenite.

Pada temperatur ruang, kelarutan karbon di dalam alpha-ferrite hanyalah

sekitar 0,05%. Berbagai jenis baja dan besi tuang dibuat dengan mengeksploitasi

sifat-sifat ferrite. Baja lembaran berkadar karbon rendah dengan fase tunggal ferrite

misalnya, banyak diproduksi untuk proses pembentukan logam lembaran. Dewasa

ini bahkan telah dikembangkan baja berkadar karbon ultra rendah untuk karakteristik

mampu bentuk yang lebih baik. Kenaikan kadar karbon secara umum akan

meningkatkan sifat-sifat mekanik ferrite sebagaimana telah dibahas sebelumnya.

Untuk paduan baja dengan fase tunggal ferrite, faktor lain yang berpengaruh

signifikan terhadap sifat-sifat mekanik adalah ukuran butir.

2. Austenite

Fase Austenite memiliki struktur atom FCC ( Face Centered Cubic). Dalam

keadaan setimbang fase Austenite ditemukan pada temperatur tinggi. Fase ini


13/27

bersifat non magnetik dan ulet (ductile) pada temperatur tinggi. Kelarutan atom

karbon di dalam larutan padat Austenite lebih besar jika dibandingkan dengan

kelarutan atom karbon pada fase Ferrite. Secara geometri, dapat dihitung

perbandingan besarnya ruang intertisi di dalam fase Austenite (kristal FCC) dan fase

Ferrite (kristal BCC).

Perbedaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena transformasi

fase pada saat pendinginan Austenite yang berlangsung secara cepat. Selain pada

temperatur tinggi, Austenite pada sistem Ferrous dapat pula direkayasa agar stabil

pada temperatur ruang. Elemen-elemen seperti Mangan dan Nikel misalnya dapat

menurunkan laju transformasi dari gamma-austenite menjadi alpha-ferrite.

Dalam jumlah tertentu elemen-elemen tersebut akan menyebabkan

Austenite stabil pada temperatur ruang. Contoh baja paduan dengan fase Austenite

pada temperatur ruang misalnya adalah Baja Hadfield (12% Mg) dan Baja Stainless

18-8 (8%Ni).

3. Cementite

Cementite atau carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah

stoichiometric inter metallic compund Fe3C yang keras (hard ) dan getas (brittle).

Nama cementite berasal dari kata caementum yang berarti stone chip atau

lempengan batu. Cementite sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk yang lebih

stabil yaitu Fe dan C sehingga sering disebut sebagai fase metastabil.

Namun, untuk keperluan praktis, fase ini dapat dianggap sebagai fase stabil.

Cementite sangat penting perannya di dalam membentuk sifat-sifat mekanik akhir

baja. Cementite dapat berada di dalam sistem besi baja dalam berbagai bentuk

seperti: bentuk bola (sphere), bentuk lembaran (berselang seling dengan alpha-ferrite), atau partikel-partikel carbide kecil. Bentuk, ukuran, dan distribusi karbon

dapat direkayasa melalui siklus pemanasan dan pendinginan.

Jarak rata-rata antar karbida, dikenal sebagai lintasan Ferrite rata-rata

(Ferrite Mean Path), adalah parameter penting yang dapat menjelaskan variasi sifat-

sifat besi baja. Variasi sifat luluh baja diketahui berbanding lurus dengan logaritmik

lintasan ferrite rata-rata.


14/27

2.3.2 Pengujian Komposisi Kimia

Proses pengujian komposisi kimia berlangsung dengan pembakaran bahan

menggunakan elektroda dimana terjadi suhu rekristalisasi, dari suhu rekristalisasi terjadi

penguraian unsur yang masing-masing beda warnanya. Penentuan kadar berdasar sensor

perbedaan warna. Proses pembakaran elektroda ini tidak lebih dari tiga detik. Pengujian

komposisi dapat dilakukan untuk menentukan jenis bahan yang digunakan dengan

melihat persentase unsur yang ada.

Uji komposisi merupakan pengujian yang berfungsi untuk mengetahui seberapa

besar atau seberapa banyak jumlah suatu kandungan yang terdapat pada suatu logam,

baik logam ferro maupun logam non ferro. Uji komposisi biasanya dilakukan ditempat

pabrik-pabrik atau perusahaan logam yang jumlah produksinya besar, ataupun juga

terdapat di Instititut pendidikan yang khusus mempelajari tentang logam.

Untuk mengetahui komposisi logam cair dilakukan inspeksi logam cair. Alat uji

yang digunakan CE meter atau spektrometer . Seperti yang dijelaskan sebelumnya setelah

diketahui komposisi logam cair dengan pengujian komposisi dilakukan proses

penyesuaian untuk mencapai komposisi yang sesuai dengan standar. Pada Gambar 2.6

ada tiga bagian utama proses pengujian komposisi yaitu (Hendri, 2002).

1. Furnace berisi logam cair yang dilebur dari beberapa raw material

2.

Standar material yang menentukan kandungan komposisi masing-masing unsur yang

ditetapkan

3.

Proses pengujian komposisi yang menggunakan CE meter dan Spectrometer .

Gambar 2.6 Ilustrasi proses pengujian komposisi dan proses penyesuaian (Hendri,

2002)2.3.3 Pengujian Struktur Mikro


15/27

Struktur mikro adalah struktur terkecil yang terdapat dalam suatu bahan yang

keberadaannya tidak dapat di lihat dengan mata telanjang, tetapi harus menggunakan

alat pengamat struktur mikro diantaranya; mikroskop cahaya, mikroskop electron,

mikroskop field ion, mikroskop field emission dan mikroskop sinar-X. Penelitian ini

menggunakan mikroskop cahaya, adapun manfaat dari pengamatan struktur mikro ini

adalah:

1. Mempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacat pada bahan.

2. Memperkirakan sifat bahan jika hubungan tersebut sudah diketahui.

Langkah-langkah untuk melakukan pengamatan struktur mikro dapat memakai

referensi ASTM E3 dari persiapan sempel dan prosedur pengujian mikroskop sebagai

berikut :

a.

Cutting (Pemotongan)

Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik

merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan

pengamatan yang hendak dilakukan. Pada umumnya bahan komersil tidak homogen,

Sehingga satu sampel yang diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap

representatif.

Pengambilan sampel harus direncanakan sedemikian sehingga menghasilkan

sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata bahan atau kondisi di tempat-tempattertentu (kritis) yang mana ditunjukan pada Gambar 2.7 dengan memperhatikan

kemudahan pemotongan pula. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada

daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh,

untuk pengamatan struktur mikro material yang mengalami kegagalan.

Maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan (pada daerah

kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang

diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan.

Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai.

Symbol

in

diagram

Suggested designation

A Rolled Surface

B Direction of rolling

C Rolled edge

D Plannar edgeE Longitudinal section perpendicular


16/27

Gambar 2.7 Metode menentukan lokasi pemotongan untuk menentukan

area yang dimikrografi (ASTM Handbook E18, 2002).Ada beberapa sistem pemotongan sampel berdasarkan media pemotong yang

digunakan, yaitu meliputi proses pematahan, pengguntingan, penggergajian,

pemotongan abrasi (abrasive cutter ), gergaji kawat, dan EDM ( Electric Discharge

Machining )yang bisa dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Macam-macam pisau pemotong material (ASTM E18, 2002)

Hardness HV Materials abrasive BondBond

Hardness

Up to 300 non-ferrous (Al, Cu) SiC P or R Hard

Up to 400 non-ferrous (Ti) SiC P or R med hard

Up to 400 soft ferrous Al2O3 P or R Hard

Up to 500 Medium soft ferrous Al2O3 P or R med hard

Up to 600 Medium hard ferrous Al2O3 P or R Medium

Up to 700 hard ferrous Al2O3

P or

R&R med soft

Up to 800 very hard ferrous Al2O3

P or

R&R Soft

> 800 extremely hard ferrous CBN P or R Hard

more brittle ceramics diamond P or R very hardtougher ceramics diamond M ext hard

P – phenolic R&R - resin and rubber

R – rubber M – Metal

Berdasarkan tingkat deformasi yang dihasilkan, teknik pemotongan terbagi

menjadi dua, yaitu:

Teknik pemotongan dengan deformasi yang besar, menggunakan gerinda

to rolled surface

F Transverse section

G Radial longitudinal section

H Tangential longitudinal section


17/27

Teknik pemotongan dengan deformasi kecil, menggunakan diamond saw

b. Mounting

Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan

akan sulit untuk ditangani khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan pemolesan

akhir. Sebagai contoh adalah spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran logam

tipis, potongan yang tipis dan lain-lain. Untuk memudahkan penanganannya, maka

spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media (media mounting ).

Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan mounting adalah :

Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa)

Sifat eksoterimis rendah

Viskositas rendah

Penyusutan linier rendah

Sifat adesif baik

Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel

Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan

yang terdapat pada sampel

Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus

kondusif

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis

reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material

plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan

hardener atau bakelit . Penggunaan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan

lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan

tekanan.

Penggunaan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih

sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan.

Namun bahan castable resin ini tidak memiliki sifat mekanis yang baik (lunak)

sehingga kurang cocok untuk material-material yang keras. Teknik mounting yang

paling baik adalah menggunakan thermosetting resin dengan menggunakan material

bakelit . Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam.


18/27

c. Grinding (Pengamplasan)

Tabel 2.5. Ukuran grit amplas standart Eropa dan USA (ASTM E18, 2002).

FEPA ANSI/CAMI

Grit Number Size ( m)Grit

Number

Size

( m)

P120 125.0 120 116.0

P150 100.0 180 78.0

P220 68.0 220 66.0

P240 58.5 …. ….

P280 52.2 240 51.8

P320 46.2 …. ….

P360 40.5 280 42,3

P400 35.0 320 34.3

P500 30.2 …. ….

P600 25.8 360 27.3

P800 21.8 400 22.1

P1000 18.3 500 18.2

P1200 15.3 600 14.5

P1500 12.6 800 11.5

P2000 10.3 1000 9.5

P2500 8.4 1500 8.0

not found in the FEPA granding system

ANSI - Amirican National Standart institute

CAMI - Coated abrasives manucfacturers institute

FEPA - european federation of abrasive producers

Sampel yang baru saja dipotong, atau sampel yang telah terkorosi memiliki

permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan agar pengamatan

struktur mudah untuk dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas

amplas yang ukuran butir abrasifnya dinyatakan dengan mesh. Urutan pengamplasan


19/27

harus dilakukan dari nomor mesh yang rendah (150 mesh) ke nomor mesh yang tinggi

(2000 mesh) bisa dilihat pada Tabel 2.5. Ukuran grit pertama yang dipakai tergantung

pada kekasaran permukaan dan kedalaman kerusakan yang ditimbulkan oleh

pemotongan.

Hal yang harus diperhatikan pada saat pengamplasan adalah pemberian air.

Air berfungsi sebagai pemidah geram, memperkecil kerusakan akibat panas yang

timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa

pemakaian kertas amplas. Hal lain yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan

perubahan arah pengamplasan, maka arah yang baru adalah 450 atau 900 terhadap arah

sebelumnya.

d. Polishing (Pemolesan )

Setelah diamplas sampai halus, sampel harus dilakukan pemolesan.Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan

dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel hingga orde

0.01 μm. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus rata. Apabila

permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan

sulit untuk dilakukan karena cahaya yang datang dari mikroskop dipantulkan secara

acak oleh permukaan sampel.

Tahap pemolesan dimulai dengan pemolesan kasar terlebih dahulu kemudian

dilanjutkan dengan pemolesan halus. Ada 3 metode pemolesan antara lain yaitu sebagai

berikut :

1. Pemolesan elektrolit kimia

Hubungan rapat arus dan tegangan bervariasi untuk larutan elektrolit dan material

yang berbeda dimana untuk tegangan, terbentuk lapisan tipis pada permukaan, dan

hampir tidak ada arus yang lewat, maka terjadi proses etsa. Sedangkan pada

tegangan tinggi terjadi proses pemolesan.

2. Pemolesan kimia mekanis

Merupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan

serentak di atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan

pengetsa yang umum digunakan.

3. Pemolesan elektro mekanis (Metode Reinacher)


20/27

Merupakan kombinasi antara pemolesan elektrolit dan mekanis pada piring

pemoles. Metode ini sangat baik untuk logam mulia, tembaga, kuningan, dan

perunggu.

e. Etching (Etsa)

Etsa merupakan proses penyerangan atau pengikisan batas butir secara

selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik

menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel, sehingga detil struktur yang

akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk beberapa material, struktur

mikro baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu pengetahuan yang tepat

untuk memilih zat etsa yang tepat.

1. Etsa kimia

Merupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia, lihat

Tabel 2.6 dimana zat etsa yang digunakan memiliki karakteristik tersendiri

sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang diamati.

2. Elektro etsa ( Etsa Elektrolitik )

Merupakan proses etsa dengan menggunakan reaksi elektroetsa. Cara ini

dilakukan dengan pengaturan tegangan dan kuat arus listrik serta waktu

pengetsaan. Etsa jenis ini biasanya khusus untuk stainless steel karena dengan

etsa kimia susah untuk medapatkan detil strukturnya.

Tabel 2.6 Jenis-jenis Etsa kimia pada uji mikrografi material (ASTM Handbook E18,

2002).

6H HCL plus 2 glhexametylene tetamine

immerse specimentin solution for 1 to 15 min. good forsteels.cleaning action can be enhanced by light brushing or by brief (5 s) periods in an ultrasonic cleaner

3 mL HCLuse a fresh solution at room temperature. Use in an ultrasoniccleaner for about 30 s

4 mL 2-Butyne-, 4 diolinhibitor

50 mL water

49 mL waterwash speciment in alcohol for 2 min in ultrasonic cleaner beforeand after a 2 min ultrasonic cleaning period with the inhibeted

acid bath

49 mL HCL2 mL Rodine -50

Inhibitor

6 g sodium cyanide electrolytic rust removal solution. Use under a hood with care.


21/27


22/27

N – 2n-1 (2.1) Dimana N

adalah jumlah butir per inch2 dengan perbesaran 100X. Metode ini cocok untuk

sampel dengan butir beraturan.

2. Metode intercept

Plastik transparan dengan grid (bergaris kotak-kotak) diletakkan di atas foto

atau sampel. Kemudian dihitung semua butir yang berpotongan pada akhir garis

dianggap setengah. Perhitungan dilakukan pada tiga daerah agar mewakili. Nilai

diameter rata-rata ditentukan dengan membagi jumlah butir yang berpotongan

dengan panjang garis. Metode ini cocok untuk butir yang tidak beraturan.

3. Metode Planimetri

Metode ini menggunakan lingkaran yang umumnya memiliki 5000 mm2.

Perbesaran. Sehingga ada sedikitnya 75 butir yang berada di dalam lingkaran.

Kemudian hitung jumlah total semua butir dalam lingkaran ditambah setengah dari

jumlah butir yang berpotongan dengan lingkaran.

2.3.4 Pengujian Kekerasan Logam

Kekerasan merupakan ketahanan suatu material terhadap penetrasi material

lain. Pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk

logam dengan sifat tersebut merupakan ketahanannya terhadap deformasi plastik atau

deformasi permanen. Ada 2 (dua) tipe pengidentasian, yaitu statik dan dinamis. Test

identasi statik yang umumnya dipakai merupakan pengidentasian yang dilakukan

pada permukaan material dengan beban tertentu. Sedangkan test identasi dinamik

meliputi beban bebas yang dijatuhkan yang memberikan impak terhadap material.

Berikut ini metode-metode pengujian logam :

a)

Metode Brinell

Penetrator yang digunakan berupa bola baja yang dikeraskan dengan

diameter 0,625 s/d 10 mm dan standard beban 0,97 s/d 3000 Kgf. Lama

penekanan 10 s/d 30 detik. Bola harus berupa baja yang dikeraskan, ditemper,

dan dengan kekerasan minimum 850 VPN.

Kekerasan yang diberikan merupakan hasil bagi beban penekan dengan

keras permukaan lekukan bekas penekanan dari bola baja yang ditunjukan pada

Gambar 2.9.


23/27

22 -2

d D D D

F HB

(2.2)

Dimana : HB = Nilai kekerasan Brinell

F = Beban yang diterapkan (Kg)

D = Diameter bola (mm)

d = diameter (mm)

Diameter lekukan diukur pada kaca pembesar dengan menggunakan mistar

yang sesuai dengan pembesarannya. HB dilihat langsung dalam Tabel 2.7 yang

tertera pada body preparat . Bola baja hanya digunakan untuk mengetes baja yang

dikeraskan, besi tuang kelabu dan non logam.

Tabel 2.7. Standar Uji Brinell (ASTM E-10,1990)

Diameter Bola (mm) Beban ( kg ) Daerah Angka

Kekerasan

10 mm 3000 96 s/d 600

10mm 1500 48 s/d 300

10mm 500 16 s/d 100

b) Metode Rockwell

Pengujian kekerasan Rockwell didasarkan pada kedalaman masuknya

penekan benda uji. Nilai kekerasan dapat langsung dibaca setelah beban utama

Gambar 2.9 Metode Brinell (Callister,2007).


24/27


25/27

telah dikembangkan selama bertahun-tahun dimana indentor kecil ditekan ke permukaan

material yang akan diuji, dengan beban terkontrol. Kedalaman atau ukuran yang

dihasilkan indentasi diukur dan dikonversikan dengan angka kekerasan semakin besar dan

dalam semakin rendah indeks kekerasannya. Tes Kekerasan lebih sering dilakukan

daripada uji mekanis lainnya karena beberapa alasan yaitu (Calister, 2007) :

1.

Tes kekerasan relatif sederhana dan murah, tidak ada spesimen khusus yang perlu

disiapkan.

2. Tes ini tidak merusak spesimen terlalu berlebihan sperti retak atau patah, hanya sebuah

cekungan kecil.

3. Sifat mekanik lain sering dapat diperkirakan dari data kekerasan,

seperti kekuatan tarik.

Terdapat tiga jenis umum mengenai ukuran kekerasan yang tergantung pada

cara melakukan pengujian. Ketiga jenis tersebut adalah kekerasan goresan, kekerasan

lekukan dan kekerasan pantulan (rewbound hardness). Akan tetapi pengujian yang sering

dilakukan adalah pengujian penekanan. Pada pengujian penekanan terdapat beberapa alat

uji yang dapat digunakan, antara lain alat uji Brinell, Vickers, Rockwell dan

microhardness.

c)

Metode Vickers

Banyak masalah metalurgi yang membutuhkan penentuan kekerasan pada

permukaan yang sangat kecil misalnya penentuan kekerasan pada permukaan

terkarburasi, daerah sambungan, daerah difusi dua material yang berbeda dan penentuan

kekerasan pada part jam tangan. Untuk pengujian spesimen-spesimen sangat kecil ini,

mengunakan uji Vickers dan untuk prosedur pengujian menggunakan referensi ASTM E

384.

Pada metode ini, digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut

136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.10. Prinsip pengujian adalah sama dengan

metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal.

Beban yang digunakan biasanya 1 s/d 120 kg. Panjang diagonal diukur dengan skala

pada mikroskop pengujur jejak. Untuk menghitung nilai kekerasan suatu material

menggunakan rumus sebagai berikut:

2

21 D D D


26/27

2

854,1 D

F HVN

Dimana : F = Beban yang ditetapkan

D = Panjang diagonal rata-rata

D1 = Panjang diagonal 1

D2 = Panjang diagonal 2

D = Panjang diagonal rata-rata

Gambar 2.10 Indentasi dengan metode Vickers (ASM Hand book, 2000)


27/27

Documents

Jtptunimus Gdl Dwioktaisn 7582 3 Babii