PROSES PERLAKUAN PANAS dan METALOGRAFI

PROSES PERLAKUAN PANAS dan METALOGRAFI

I. TUJUAN
1. Mengubah sifat mekanik baja melalui transformasi fasa dan;
2. Mengamati struktur mikro baja hasil proses transformasi fasa serta hubungannya
dengan sifat mekanik baja tersebut.

II. TEORI DASAR
Proses perlakuan panas

merupakan kombinasi dari proses pemanasan dan

pendinginan dari suatu logam untuk memperoleh sifat mekanik yang diinginkan. Secara
sederhana terdapat tiga tahapan dalam perlakuan panas yang harus dilalui yaitu
pemanasan (healing), penahanan pada temperature pemanasan (holding), dan selanjutkan
dilakukan pendinginan (cooling rate). Laju pendinginan sangat berperan dalam
menentukan sifat mekanik dari baja. Secara umum ada tiga alas an mengapa proses
perlakuan panas dilakukan,yaitu melunakkan baja sebelum dilakukan pembentukan,
menghilangkan energi yang tersimpan di dalam baja akibat strain hardening,
mendapatkan kekuatan dan keuletan tertentu dari baja sesuai dengan perancangan.
Pemanasan pada proses perlakuan panas sampai temperature austenite, tinggi

rendahnya pemanasan sangat bergantung pada kadar karbon di dalam baja, yang dapat
diperkirakan melalui diagram fasa Fe-C, Gambar 1. Penahanan pada temperatur austenite
dimaksudkan sebagai proses homogenisasi. Ditinjau dari laju pendinginannya, proses
perlakuan panas dikelompokkan atas laju pendinginan cepat (Quenching) dan laju
pendinginan lambat yang dibedakan atas Normalizing (laju pendinginan lambat) dan
Annealing (laju pendinginan sangat lambat), seperti tertera pada Gambar 2. Proses
quenching dapat dilakukan dengan cara mencelupkan specimen dalam medium
pendingin (air, air garam, dan oli). Kemampuan suatu medium untuk mendinginkan
suatu media berbeda – beda, bergantung dari temperature, kekentalan, kadar larutan, dan
bahan dasar media pendingin. Adapun normalizing dilakukan dengan cara pendinginan
di udara, sedangkan annealing dilakukan dengan pendinginan di dalam tungku itu
sendiri. Perbedaan laju pendinginan akan menghasilkan transformasi fasa yang berbeda
artinya akan memberikan struktur mikro yang berbeda pula,demikian halnya dengan sifat
mekaniknya.

Gambar 1. Diagram Fasa Fe-C [2]

Gambar 2. Skema Proses Perlakuan Panas pada Laju Pendinginan Berbeda
Transformasi fasa hasil pendinginan cepat lebih dikenal sebagai Transformasi
Martensit (Martensitic Transformation), yang bertujuan untuk peningkatan kekuatan

baja. Adapun transformasi fasa pada pendinginan lambat dikenal sebagai pembentukan
pertlit (Pearlite Formation), yang bertujuan untuk pelunakan baja. Dari skema proses
perlakukan panas pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa makin lambat laju pendinginan
maka akan dihasilkan baja dengan kekuatan yang makin rendah. Pembentukan fasa hasil
proses perlakuan panas dapat diamati dengan metalografi.
Banyak buku referensi menyatakan bahwa metalografi merupakan paduan antara
seni dan ilmu (art and science). Selanjutnya metalografi didefinisikan sebagai suatu
kajian tentang struktur mikro logam dan paduannya dengan bantuan mikroskop, untuk
dapat memperkirakan atau menjelaskan mengenai sifat mekaniknya. Melalui pengamatan
metalografi dapat diperoleh informasi mengenai bentuk dan ukuran butir, distribusi fasa,
ada / tidaknya cacat mikro seperti : segregasi, retakan mikro, inklusi non logam.
Dalam pengamatan metalografi diperlukan serangkaian persiapan spesimen agar
struktur mikro dapat teramati dengan seksama. Untuk itu diperlukan langkah - langkah
sebagai berikut :
1. Sectioning (pemotongan)
Penentuan / pemilihan bagian yang dapat mewakili logam / paduan yang akan
diamati dan selanjutnya dilakukan pemotongan.
2. Mounting (pembingkaian)
Spesimen yang telah dipotong dibingkai dengan polimer menggunakan cetakan.

3. Grinding (pengamplasan)
Permukaan spesimen harus bebas dari goresan, karat, maupun cacat lain yang
cenderung akan merusak permukaan spesimen, dengan cara pengamplasan
permukaan spesimen menggunakan kertas abrasif dari ukuran rendah berturut turut sampai ukuran tinggi.
4. Polishing (pemolesan)
Tahap akhir dari perataan spesimen dilakukan dengan media yang lebih halus dari
kertas abrasif, dengan tingkat kehalusan berukuran mikron, tahap ini disebut
sebagai pemolesan. Media poles yang umum digunakan adalah serbuk alumina,
untuk kebutuhan khusus dapat digunakan pasta intan.
5. Etching (pengetsaan)
Tahap akhir dari persiapan spesimen yaitu memunculkan struktur mikro dengan
cara mereaksikan permukaan spesimen dengan larutan kimia tertentu, disebut
sebgai larutan etsa, tahap ini disebut sebagai pengetsaan. Selanjutnya spesimen
siap diamati dengan mikroskop.

III. PERALATAN PERCOBAAN
1. Mikroskop optik model Olympus B061, Gambar 4
2. Spesimen dapat terdiri dari : baja karbon, baja paduan, atau besi cor kelabu
(ditentukan oleh asisten)
3. Tungku dan medium pendingin

4. Ampelas dengan tingkat kekasaran berturut - turut 180, 220, 320, 400,
5. Mesin ampelas dan poles, Gambar 3
6. Larutan etsa
7. Cold mounting Buehler Cast N’Vac 1000

IV. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Panaskan specimen sampai temperature austenite, tahan specimen pada temperatur
austenite.
2. Dinginkan specimen dengan laju pendinginan tertentu, sesuai dengan petunjuk
asisten : quenching, normalizing, intercritical annealing
3. Spesimen kemudian dibingkai (mounting) dengan menggunakan alat cold munting
Buehler Cast N’Vac 1000.
a. Campurkan resin dan katalis dengan perbandingan sesuai petunjuk asisten.
b. Masukkan specimen ke dalam cetakan, usahakan specimen terletak pada tengahtengah cetakan.
c. Atur posisi cetakan pada alat cold mounting agar posisinya tepat saat resin
dituangkan.
d. Pasang pressure gauge dan pastikan tidak terjadi kebocoran
e. Tekan tombol pompa pada posisi ON, biarkan tekanan naik sampai -25inc.Hg,
setelah tekanan tercapai diamlan selama 2 menit. Alat cold mounting siap
digunakan,

f. Tuangkan resin ke dalam cetakan secara perlahan.
g. Tekan tombol pompa pada posisi OFF.
h. Kendurkan pressure gauge dengan cara memutar berlawanan arah dengan arah
jarum jam, dan biarkan tekanan turun secara perlahan.
4. Setelah dibingkai selanjutnya dilakukan tahap sebagai berikut:
a. Ratakan permukaan specimen menggunaan kertas abrasive (ampelas) berturut –
turut

dari

kekasaran

180,220,320,400,600,800,1000

hingga

mesh,menggunakan grinding machine,mengikuti arah sebagai berikut:

1500

Gambar 3. Skema arah pengampelasan specimen metalografi
Pengampelasan dimulai dari ampelas yang terkasar, 180 mesh, dilakukan dalam
satu arah, sampai goresan yang terjadi searah. Bila goresan terlah searah,
lanjutkan dengan ampelas dengan kekasara satu tingkat lebih halus, 220 mesh,
dengan arah pengampelasan tegak lurus arah goresan semula, seperti skema pada
Gambar 3. Langkah tersebut dilakukan berturut-turut hingga ampelas yang
terhalus, 1500 mesh. Pada proses pengampelasan agar diperhatikan agar tidak
terjadi panas pada saat gesekan antara specimen dengan abrasif, air pendingin
harus mengalir dengan baik, Gambar 3.

Gambar 4. Mesin Poles

b. Tahap selanjutnya, permukaan specimen dipoles dengan media abrasive yang
sangat halus menggunakan mesin pemoles, hingga permukaan benar-benar rata,
bebas dari gangguan.
c. Proses pengetsaan dilakukan segera setelah permukaan specimen selesai dipoles.
Gunakan larutan etsa sesuai dengan logam dan struktur mikro yang akan
dimunculkan. Ikuti petunjuk asisten dalam melakukan proses pengetsaan
d. Segera lakukan pengamatan permukaan specimen yang telah dietsa menggunakan
mikroskop optik, Gambar 5. Apabila pengamatan dilakukan hari yang berbeda

maka sebaiknya specimen dipoles dan dietsa kembali. Atur pembesaran
mikroskop agar struktur mikro dapat teramati dengan jelas dan lakukan analisis

Gambar 5. Mikroskop Optik model BHM

V.

TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Dari data yang diperoleh berikan analisis struktur mikro yang teramati serta kaitkan
dengan sifat mekanik logamnya!
Untuk spesimen pertama struktur mikro yang teramati adalah fasa ferit yang mana
memiliki sifat mekanik yang nilai kekerasannya tinggi namun keuletannya rendah,
sedangkan untuk spesimen kedua karena kurangnya kadar karbon fasa martensit
yang seharusnya terbentuk akibat proses pendinginan yang cepat tidak nampak
ketika diamati namun memiliki sifat keuletan yang lebih tinggi daripada sifat
kekerasannya.
2. Jelaskan mengapa kajian metalografi menjadi bagian penting dari suatu analisis
kegagalan komponen?
Karena metalografi merupakan pengujian dan pengamatan terhadap strukutur mikro
suatu komponen. Dalam pengamatan secara metalografi dapat diperoleh gambaran

struktur mikro komponen tersebut. Dari situ dapat diketahui sifat atau karakteristik

mekanik komponen berdasarkan struktur mikronya sehingga dapat dipertimbangkan
penggunaan suatu logam atau baja akan sesuai atau tidak sesuai dengan
peruntukannya dan diperbaiki.
3. Jelaskan ada berapa cara pembingkaian spesimen dan mengapa demikian? Serta
sebutkan syarat yang harus dimiliki dari suatu bahan dasar untuk mounting?
a. Pembingkaian dengan cara panas (Hot) : Proses pembingkaian ini dilakukan
dengan menggunakan biji plastik (polimer) yang dipanaskan pada suhu yang
tinggi
b. Pembingkaian dengan cara dingin (cold) : Proses pembingkaian ini
dilakukan dengan menggunakan biji plastik (polimer) yang dipanaskan pada
suhu kamar.
Sebelum melakukan pembingkaian, pembersihan spesimen haruslah dilakukan
dan dibatasi hanya dengan perlakuan yang sederhana detail yang ingin kita
lihat tidak hilang. Sebuah perbedaan akan tampak antara bentuk permukaan
fisik dan kimia yang bersih. Kebersihan fisik secara tidak langsung bebas dari
kotoran padat, minyak pelumas dan kotoran lainnya, sedangkan kebersihan
kimia bebas dari segala macam kontaminasi. Pembersihan ini bertujuan agar
hasil pembingkaian tidak retak atau pecah akibat pengaruh kotoran yang ada.

Bingkai haruslah memiliki kekerasan yang cukup. Material bingkai juga harus
tahan terhadap distorsi fisik
4. Jelaskan apakah struktur polimer juga dapat diamati sebagaimana halnya dengan
logam? Apabila ya, jelaskan bagaimana caranya dan apabila tidak jelaskan mengapa
demikian?
Struktur polimer juga dapat diamati sebagaimana halnya dengan logam. Caranya
dengan mengamati menggunakan mikroskop elektron karena umumnya polimer
dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarikmenarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan
menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron sehingga
terbentuklah struktur dari polimer tersebut.
5. Jelaskan mengapa penggunaan larutan etsa yang mengandung HF sebaiknya tidak
langsung diamati dengan mikroskop?
Sebab asam fluorida adalah asam yang sangat korosif, mampu melarutkan banyak
bahan, dan reaktivitasnya terhadap kaca sangat cepat. Pada mikroskop terdapat

bagian kaca untuk melakukan pengamatan,jika terkena langsung oleh HF maka akan
membuat kaca tersebut terkorosi dan rusak.
6. Jelaskan bagaimana cara kerja mikroskop optik sehingga struktur mikro dapat
teramati?
adanya cahaya yang berasal dari sumber cahaya (cermin atau sinar lampu)

diteruskan ke diafragma, kondensor dan kaca sediaan yang diperiksa. Cahaya dari
lensa objektif diteruskan melalui tabung mikroskop ke lensa okuler dan selanjutnya
diterima oleh mata sehingga objek terlihat.
7. Apakah laju pendinginan mempengaruhi kekerasan logam? Jika ya, jelaskan!
(Gunakan diagram TTT)
Diagram TTT adalah sebuah gambaran dari suhu (temperatur) terhadap waktu
logaritma untuk baja paduan dengan komposisi tertentu. Diagram ini biasanya
digunakan untuk menentukan kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan
panas yang isothermal (temperatur konstan) sebelum menjadi campuran Austenit.
Ketika Austenit didinginkan secara perlahan-lahan sampai pada suhu dibawah
temperatur kritis, struktur yang terbentuk ialah Perlit. Semakin meningkat laju
pendinginan, suhu transformasi Perlit akan semakin menurun. Struktur mikro dari
materialnya berubah dengan pasti bersamaan dengan meningkatnya laju pendinginan
dan membentuk sifat mekanik yang salah satunya meningkatnya nilai kekerasan.

VI.B ANALISIS
Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan serta pengamatan pada
mikroskop,maka dapat diketahui bahwa pada spesimen pertama terbentuk baja dua fasa
atau fasa perlite setelah dilakukan proses pembingkaian,pengampelasan,pemolesan, serta
pengetsaan dengan larutan natal 5 %, dimana terdapat dua fasa dalam satu butir, yang

mana terlihat dua jenis butiran, yaitu butiran yang berwarna hitam merupakan fasa perlit
eutectoid (α + Fe3C) yang terbentuk tergantung dari banyaknya karbon yang terkandung.
Semakin banyak karbon maka semakin banyak juga perlit yang terbentuk, maka baja
memiliki sifat yang semakin kuat. Ruang gelap terjadi akibat proses pengetsaan sehingga
karbon mengalami korosi dan meninggalkan ruangan gelap,sedangkan

butiran yang

berwarna putih adalah fasa ferit proeutektoid (α) dengan sifat sangat lunak dan ulet.
Terbentuknya dua ferit pada butir tersebut dikarenakan bedanya waktu pembentukan fasa.
Selanjutnya pada spesimen kedua yang mengalami proses quenching, jika menurut
teori yang ada, pada laju pendingan yang sangat cepat dari temperature austenit ke
temperature ruang, akan menyebabkan terjadinya transformasi fasa dari fasa austenit
menjadi fasa martensit. Berdasarkan hasil percobaan dan pengamatan,spesimen kedua

dengan kadar karbon 0.2 tidak mengalami perubahan menjadi fasa martensit hal ini dapat
disebabkan karena salahnya proses heat treatment dan proses pendinginan yang kurang
cepat sehingga sifat mekanik yang terbentuk adalah rendahnya nilai kekerasan namun
nilai keuletanya lebih baik. Sifat mekanik yang terbentuk akan terdeformasi akibat adanya
dislokasi yang telah mencapai permukaan spesimen. Dislokasi adalah suatu pergeseran
atau pegerakan atom-atom di dalam sistem kristal logam akibat tegangan mekanik yang
dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan dimensi secara permanen). Pengaruh
pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi akan menyebabkan naiknya
kekerasan, naiknya kekuatan, tetapi disertai dengan turunyanya keuletan. Untuk
mengembalikan logam kesifat semula perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda
kerja yang telah mengalami pengerjaan dingin. Pengaruh pemanasan setelah pengerjaan
dingin, perubahan sifat akibat pemanasan tergantung pada temperatur dan waktu
pemanasan. Prinsip dasarnya ialah bahwa pemanasan terhadap benda kerja yang telah
mengalami deformasi akan menurunkan kerapatan dislokasinya.

VII. SIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dapat disimpulkan bahwa :
1. Suatu baja atau spesimen akan memiliki sifat mekanik amupun struktur mikro (fasa)
yang berbeda akibat adanya proses transformasi baik dengan cara pendinginan
maupun perlakuan panas.
2. Fasa yang terbentuk untuk spesimen pertama adalah fasa ferit sedangkan untuk
spesimen kedua karena kurangnya kadar karbon maka fasa martensit tidak terbentuk.
3. Sifat mekanik baja yang berubah akibat proses pendinginan dapat dikembalikan
dengan proses pemanasan.

VIII. DAFTAR PUSTAKA
[1] Benner, B.J.M.1985. Ilmu pengetahuan bahan, Jakarta: Bhatara Karya Aksara.
[2] Calister, Wiliam D. 2007. Materials science and engineering 7th. Kanada: John
Wiley & Sons, Inc.

IX. LAMPIRAN

Gambar 6. Diagram TTT (Time Temperature Transformation)