r
c
Kecepatan makan: v = Radius Ujung Pahat 0,2 mm
f
= f × n mmmin .............................................................. 2.9 Waktu pemotongan:
f t
c
v l
t =
min ………………….………………………. 2.10 Kecepatan penghasilan geram: Z = A × v cm
3
min …………………….……. 2.11 Dimana: A = penampang geram sebelum terpotong
A = f × a mm
2
Maka: Z = v × f × a cm ............................................................. 2.12
3
min ......................................................................... 2.13
2.3. Metalurgi Sub-Permukaan
Metalurgi permukaan adalah suatu kegiatan yang mencakup pemeriksaan terhadap perubahan kekerasan mikro microhardness alteration, perubahan struktur
mikro microstructure alteration, dan pembentukan lapisan putih white layer. 2.3.1. Perubahan Struktur Mikro Microstructure
Struktur mikro adalah konfigurasi distribusi fasa untuk suatu komposisi tertentu. Struktur mikro dari suatu logam dapat berubah oleh karena proses perlakuan
panas yang terjadi pada material tersebut. Salah satu contoh perlakuan panas yang dapat dialami oleh sebuah material adalah melalui proses permesinan machining
Gandjar Kiswanto, dkk., 2005. Dimana proses perlakuan panas yang terjadi yaitu pada saat kecepatan potong yang tinggi dilanjuti dengan pendinginan udara.
Perlakuan panas heat treatment dapat digunakan untuk mengatur ukuran butir dan meningkatkan sifat mekanik material Anderson, 2003. Definisi perlakuan panas
12
Universitas Sumatera Utara
adalah pengubahan struktur mikro, dengan memberikan pemanasan dan mengatur laju pendinginan sehingga diperoleh struktur mikro yang diinginkan. Yang tidak
berubah pada proses perlakuan panas ini adalah komposisi bahan. Contoh proses perlakuan panas adalah full anealling, normalizing, dan
tempering. Pada full anealling dan normalizing baja karbon, semakin cepat laju pendinginan, semakin kecil butir yang terjadi Callister Jr, 2007. Full annealing
adalah pemanasan baja ke temperatur 30
Pada Gambar 2.4 adalah gambar diagram yang menunjukkan perubahan fasa antara ferit dan sementit Fe-Fe
C diatas garis A
3
atau A
1
tergantung pada kandungan karbon, ditahan pada temperatur tersebut untuk mendapatkan fasa secara
lambat pada tungku. Hasil untuk baja hypoeutectoid adalah perubahan fasa dari austenit ke perlit lamellar kasar butir besar yang lunak, bebas tegangan, dan ferit
yang halus.
3
C. Untuk diagram perubahan fasa antara ferit dan sementit Fe-Fe
3
C terdiri 3 jenis baja diantaranya: baja hypoeutectoid, hypereutectoid dan cast iron. Perubahan fasa yang terjadi pada ketiga jenis baja dapat
ditunjukkan dengan perubahan struktur mikro yang dimulai dari ferit, perlit dan sementit. Perubahan struktur mikro yang terjadi diakibatkan oleh karena beberapa
faktor diantaranya: faktor kadar karbon yang dikandung, dan tingkat laju pendinginan yang diberikan pada ketiga jenis baja tersebut. Tingkat laju pendinginan yang
diberikan pada ketiga jenis baja sangat dipengaruhi oleh media pendinginan yang diberikan setelah proses perlakuan panas heat treatment. Media pendinginan yang
diberikan berupa: udara, oli, air, dsb.
13
Universitas Sumatera Utara
Sumber: R.E.Smallman dan R.J. Bishop 2000
Gambar 2.4. Diagram Near Equilibrium Ferrite-Cementid Fe-Fe
3
Struktur mikro Ferit ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025 C pada temperatur 723
C
C, struktur kristalnya BCC Body Center Cubic dan pada temperatur kamar mempunyai batas kelarutan
karbon 0,008 C. Austenit ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2 C pada temperatur 1130
C, struktur kristalnya FCC Face Center Cubic. Sementit ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C
Universitas Sumatera Utara
dengan perbandingan tertentu mempunyai rumus empiris dan struktur kristalnya Orthohombic. Lediburit ialah campuran Eutectik antara besi gamma dengan sementit
yang dibentuk pada temperatur 1130 C dengan kandungan karbon 4,3 C. Bainit
adalah agrerat dari ferit dan sementit Fe
3
Kata pelunakan annealing saja jika digunakan pada paduan besi Fe menunjukkan proses full anneal. Jika digunakan pada paduan non besi kata
pelunakan annealing menyatakan perlakuan panas yang dirancang untuk melunakkan struktur hasil pengerjaan dingin dengan rekristalisasi dan atau kemudian
pertumbuhan butir. C terbentuk pada kecepatan pendinginan
sedang dimana pada kondisi ini karbon sulit berdifusi kedalam fasa austenit.
Pada Gambar 2.5 menunjukkan diagram TTT untuk jenis baja hypoeutectoid, dimana garis ordinat menunjukkan temperatur sedangkan garis absis menunjukkan
waktu. Melalui diagram TTT ini, dapat diketahui kapan transformasi austenit dimulai serta waktu yang dibutuhkan untuk membentuk austenit sempurna. Untuk mencapai
martensit, kecepatan turunnya suhu dapat relatif dipercepat dengan menggunakkan media pendingin air. Seiring dengan turunnya suhu, pembentukan mendekati seratus
persen martensit. Terbentuknya struktur mikro bainit dengan kecepatan suhu yang relatif lambat yaitu dengan menggunakan media pendinginan udara. Dimana media
pendinginan udara diberikan secara alam, sehingga lamanya untuk dingin membutuhkan waktu yang lambat.
15
Universitas Sumatera Utara
Sumber: R.E.Smallman dan R.J. Bishop 2000
Gambar 2.5. Diagram TTT Untuk Baja Hypoeutectoid 2.3.2. Perubahan Kekerasan Mikro Microhardness
Pengertian pengerasan ialah perlakuan panas terhadap baja dengan sasaran meningkatkan kekerasan alami baja. Perlakuan panas menuntut pemanasan benda
kerja menuju suhu pengerasan dan pendinginan secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis.
Faktor penting yang dapat mempengaruhi proses hardening terhadap kekerasan baja yaitu oksidasi oksigen udara. Selain berpengaruh terhadap besi, oksigen udara
berpengaruh terhadap karbon yang terikat sebagai sementit atau yang larut dalam austenit. Oleh karena itu pada benda kerja dapat berbentuk lapisan oksidasi selama
proses hardening. Pencegahan kontak dengan udara selama pemanasan atau
16
Universitas Sumatera Utara
hardening dapat dilakukan dengan jalan menambah temperatur yang tinggi karena bahan yang terdapat dalam baja akan bertambah kuat terhadap oksigen. Jadi, semakin
tinggi temperatur, semakin mudah untuk melindungi besi terhadap oksidasi. Bila bentuk benda tidak teratur, benda harus dipanaskan perlahan-lahan agar
tidak mengalami distorsi atau retak. Makin besar potongan benda, makin lama waktu yang diperlukan untuk memperoleh hasil pemanasan yang merata. Pada perlakuan
panas ini, panas merambat dari luar kedalam dengan kecepatan tertentu. Bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian dalam
sehingga dapat diperoleh struktur yang merata. Benda dengan ukuran yang lebih besar pada umumnya menghasilkan
permukaan yang kurang keras meskipun kondisi perlakuan panas tetap sama. Hal ini disebabkan oleh terbatasnya panas yang merambat di permukaan. Oleh karena itu
kekerasan dibagian dalam akan lebih rendah daripada bagian luar. Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir diperbesar atau
diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.
Karena memerlukan waktu yang lama dan mahal, dalam beberapa kasus full
annealing diganti dengan normalizing. Pada normalizing, pendinginan dilakukan di
udara laju pendinginan lebih cepat dibandingkan ditungku dan menghasilkan struktur perlit yang halus. Baja di normalizing untuk mendapatkan kekerasan dan
kekuatan yang lebih besar dibanding jika dengan full annealing.
Universitas Sumatera Utara
Tempering pada baja dilakukan dengan memanaskannya pada temperatur sedikit 723
Perlakuan panas dengan pendinginan cepat mengakibatkan terbentuknya martensit, martensit hasil pendinginan cepat akan meningkatkan kekerasan yang
lebih baik, untuk mendapat martensite 100 dibutuhkan pendinginan lebih besar dari pendinginan kritis austenit Smallman dan Bishop, 2000.
C. Perlakuan panas ini umumnya dilakukan setelah proses celup cepat quenching. Tujuan dari tempering adalah untuk mendapatkan baja yang lebih
tangguh tough dan juga liat ductile tanpa banyak mengurangi kekuatan strength.
Apabila austenit didinginkan dengan cepat akan terbentuk martensit, martensit mempunyai struktur non kubik dan karena karbon terperangkat dalam kisi, tidak
mudah menjadi slip. Oleh karena itu martensit bersifat keras, kuat dan rapuh Smallman dan Bishop, 2000.
Pengujian kekerasan dimaksudkan untuk mendapatkan data perubahan kekerasan dari bahan akibat adanya pemesinan. Pengujian dilakukan dengan mesin
uji keras Vickers Hardness Testing Machine dengan cara melakukan penekanan pada sampel menggunakan penekan berbentuk piramida intan yang dasarnya bujur
sangkar. Besarnya sudut puncak identor piramida intan 136
HVN = 1854,4 × Pd . Besarnya angka
kekerasan dihitung berdasarkan persamaan:
2
kgmm
2
Dimana: HVN : Angka Kekerasan Vickers Hardness Vickers Number
……………………………… 2.13
P : Beban yang digunakan kg
d : Diagonal Identasi mm
18
Universitas Sumatera Utara
2.3.3. Pembentukan Lapisan Putih White Layer Pembentukan lapisan putih white layer terbentuk oleh karena hasil dari
pemanasan yang sangat tinggi suhu kisaran austentik kemudian disertai oleh deformasi yang kuat cacat kisi, dan diikuti dengan langsung
pendinginan, biasanya untuk suhu kamar. Dalam area lapisan putih ini, bahan ini biasanya dianggap sebagai martensit nanokristalin. Pembentukan lapisan putih
menghasilkan kekerasan yang sangat tinggi juga diatas 1000 HV dan kerapuhan yang sangat tinggi juga Pacyna et. al., 2005
Pada G
ambar
2.6 dijelaskan bahwa lapisan putih
mudah dapat terbentuk dan
tetap stabil di permukaan
yang terbuat dari baja
hypoeutectoid. Hal ini jarang dibentuk pada baja
dengan
bantuan normalisasi
dan stress anil
, sehingga
memiliki struktur perlit
Pacyna et. al., 2005. Hasil
dari kerentanan tinggi roll
seperti memakai
perekat yang dihasilkan
dari pembentukan
materi
yang
mencuat ke permukaan
.
Lapisan putih
namun mungkin
masih hadir di bawah lapisan
tersebut. Hal ini dapat dilihat pada G
ambar
2.7. Namun,
sementit hypereutectoid
di hypereutectoid cor
baja dan tambahan
,
diubah ledeburite
dalam karbon yang tinggi paduan
baja cor
sangat rendah
kerentanan terhadap
lapisan putih pembentukan dan stabilisasi
pada permukaan roll.
Ini dapat
dianggap sebagai hasil dari koefisien gesekan
lebih rendah antara bahan
digulung dan bahan-bahan
roll sebagai serta
kerentanan mereka terhadap
permukaan
19
Universitas Sumatera Utara
yang pakai
.
Namun, lapisan putih
yang terbentuk pada permukaan
ini bahan masih dapat diamati
.
Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Sumber: Pacyna et.al 2005
Gambar 2.6. Lapisan Putih yang Etsa Pada Permukaan Baja Hardened dan Tempering dengan Nital 2
Sumber: Pacyna et.al 2005 20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7. Lapisan Putih yang Etsa Pada Permukaan Baja Normalized dengan Nital 2
Sumber: Pacyna et.al 2005
Gambar 2.8. Lapisan Putih yang Etsa pada Permukaan Baja Cor Adamite dengan berubah menjadi Ledeburite dengan Nital 2
Untuk membatasi munculnya pembentukan lapisan putih maka dapat dilakukan dengan cara mendistribusi secara merata presipitat dari sekunder
sementit. Dimana ketika endapan dari sementit sekunder secara seragam terdistribusi dipaduan mikro, atau ketika hanya presipitat
dari ditransformasikan ledeburit hadir dalam matriks paduan, maka lapisan putih dapat dengan mudah
berbentuk dalam daerah bebas dari konstituen struktural yang ditentukan B. Zhang, 1997.
Untuk menghindari konsekuensi dari pembentukan lapisan putih pada permukaan seperti untuk nukleasi retak misalnya, perlu untuk keseragaman dalam
21
Universitas Sumatera Utara
hal mendistribusikan presipitat dari sementit sekunder pada materi struktur. Baja cor hypereutectoid berpotensi sangat menarik dari hal ini distribusi yang seragam dapat
membubarkan presipitat dari sekunder sementit dalam struktur mereka dapat dicapai dengan penerapan sesuai pengubah selama pengecoran atau dengan perlakuan panas
yang sesuai, seperti perlakuan panas yang dijelaskan Smallman dan Bishop, 2000.
2.4. Konsep Pemesinan Terkini