ANALISIS SIMULASI FRAKSI FASA BAJA MANGA
ANALISIS SIMULASI FRAKSI FASA BAJA MANGAN (Fe-Mn)
PADA KONDISI PENDINGINAN MEDIA UDARA (AIR COOLING)
Reza Fadhila
Jurusan Teknik Mesin - Fakultas Teknik
Universitas Negeri Medan
ABSTRAK
Baik fase bainitik maupun fase pearlitik yang terbentuk dalam baja mangan Hadfield, setelah dilakukan
dengan pemanasan tetap pada tempratur 450 °C, 500 °C, 550 °C dan 600 °C dengan waktu tahan 30 menit dan 60
menit dapat diplot melalui program simulasi dengan menggunakan program Image Analyzeir.
Ferit accicular yang terbentuk baik yang berada dibatas butir maupun dibatas butir fasa austenit, dimana butir fasa
austenit akan semakin tumbuh dan mengendap dibatas butir yang ditandai dengan meningkatnya kekerasan secara
simulasi. Fasa–fasa austenit, ferit maupun yang lainnya dapat terdistribusi secara simulasi melalui luas perubahan
warna yang ada pada program Image Analyzer. Pembentukan fasa bainit merupakan hasil dari perubahan fasa-fasa
eutectoid yaitu ferit dan pearlit, sub struktur akan berhubungan dengan komposisi pada saat pembentukan ferit,
maka pengaruh temperatur akan sangat signifikan. Pembentukan fasa bainit paduan akan selalu berhubungan dengan
reaksi interface antar fasa ferit/austenit. Pengaruh perlakuan panas yang diberikan dapat diamati dengan melakukan
simulasi mikrostruktur dan simulasi countour terhadap banyaknya endapan terbentuk pada batas butir , ferit yang
terbentuk pada batas butir akan tampak mencapai batasnya. Simulasi mikrostruktur dan simulasi surface dapat juga
menentukan kedalaman permukaan dan memprediksi kekerasan bahan. Berdasarkan simulasi mikrostruktur dan
simulasi fraksi volume, nantinya akandiperoleh persentase fasa yang terbentuk austenit, ferit bainit, mangan karbida
bainit dan pearlit . Kekasaran permukaan dapat juga diperediksi melalui surface simulasi yaitu sekitar 60,2 HRC.
Berdasarkan simulasi ini telah berhasil diprediksi bahwa semakin tinggi temperatur heattreatment akan memberikan
nilai kekerasan yang tinggi.
Keywords: Bainitik, pearlitik, image analizer, eutectoid, surface, heat-treatment.
1.
PENDAHULUAN
Baja mangan austenit awal, yang mengandung sekitar 1,2% C dan 12% Mn ditemukan oleh Sir Robert
Hadfield pada tahun 1882.[1,2] Baja hadfield memang unik di mana baja ini mengkombinasikan kekerasan dan
kekenyalan tinggi dengan kapasitas kerja yang tinggi (pengerasan) dan biasanya, resistansi yang baik terhadap air.
Oleh karenanya, baja mangan cepat diterima sebagai bahan teknik yang sangat berguna. Sifat-sifat mekanik baja
mangan austenit bervariasi sesuai dengan kandungan karbon dan mangan. Apabila karbon meningkat akan semakin
sulit menahan semua karbon dalam larutan padat, dan dapat menyebabkan penurunan kekerasan dan
kekenyalan.[1,2,3,4,5] Namun demikian, karena resistansi abrasi cenderung meningkat sesuai dengan kandungan
karbon, kandungan karbon yang lebih tinggi daripada 1,2% mungkin lebih disukai sekalipun kekenyalan berkurang.
Kandungan karbon di atas 1,4% jarang digunakan karena kesulitan memperoleh struktur austenit yang cukup bebas
serat, batas karbida yang merugikan kekerasan dan kekenyalan.[7,9,11] Guna meningkatkan kemampukerasan,
meningkatkan sifat mekanik pada temperatur tinggi dan rendah, meningkatkan ketangguhan pada nilai kekerasan
atau ketangguhan minimum serta meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan korosi dibutuhkan adanya
perlakuan variasi temperatur dan waktu, sehingga terjadi perobahan .
Dalam perobahan fasa yang terjadi, pembentukan embryo, nuklei, difusi dan butir berimigrasi dari satu
kisi ke kisi menuju batas butir Proses pemanasan.[8,9,13,14] Seiring dengan hal ini maka perubahan mikrostruktur
baja mangan dapatdan akibat proses ini dari daerah suhu austenit sampai ke suhu kamar dengan pendinginan udara,
maka dengan sendirinya sifat fisis dan sifat mekanik juga berubah.[12,13,14,16,18] Proses transformasi akan
menghasilkan fasa baru dengan selang waktu tertentu disebabkan terjadinya proses pengintian (nukliasi) butir-butir
baru yang tumbuh disepanjang daerah slip yang terdeformasi dan pada umumnya terjadi di batas butir. Secara
teoritik, bila temperatur meningkat, maka butir-butir dari suatu material akibat kenaikan temperatur, sehingga
sejumlah butir akan berimigrasi.[19,20,21]
2.
Prosedur Penelitian
Spesimen test untuk penelitian metallografik dipotong dan dipreparasi dari pelat-pelat di atas, yang
mempunyai ukuran 1 × 2 × 2,5 cm dengan mesin pemotong presisi untuk menghindari perubahan transformasi fase.
Benda uji yang telah dipreparasi diheatreatment pada temperatur 1050°C selama 1 jam pada tungku listrik PID
pengolah-panas tipe Vectar VHT-3, kemudian semua benda uji didingkan dengan cara dicelup cepat (quench) ke
dalam air . Selanjutnya sampel-sampel direheatreatment kembali pada temperatur yang berbeda dengan waktu yang
bervariasi. Temperatur yang dipilih reheattreatment sampel adalah dari 400°C sampai 600°C dengan selang
peningkatan temperatur 50°C dengan variasi waktu pemanasan yaitu 30 menit dan 60 menit dan diikuti dengan
pendinginan di udara. Pemilihan temperatur diatas atas dasar prediksi yang ada pada diagram fase Fe-Mn. Untuk
pengujian metalografinya sampel sample digerinda di dalam mesin pemoles dengan menggunakan kertas ampelas
dari ukuran kekasaran 100, 350, 600, 800, 1000, 1500 hingga 2000 mesh. Untuk sebagian besar operasi, dengan laju
rotasi 450 putaran/menit. Setelah penggerindaan selesai pada kertas ampelas 2000 mes, sampel dipoles dengan
menggunakan pasta alumina 1µ pada kain beludru untuk memperoleh permukaan mirip cermin. Preparasi sampel
metalografi diakhiri dengan pembersihan sample-sampel dengan menggunakan mesin pembersih ultrasonik,
Branson 1210, Model B1210E-MT 47 KHz, 230 Volt. Etsaan yang digunakan untuk memunculkan fasa-fasa pada
sample diperlihatkan pada tabel dibawah ini.
Jenis larutan
Larutan A
Larutan B
Larutan C
100 ml alkohol
90 ml ethanol
100 ml ethanol
Komposi
3 ml HNO3
10 ml HCl
2 ml NH4OH
gambar mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan alat mikroskop analisator bayangan optik (Epiplan Hdlenz,
Carl Zeiss, 220 V – 60 Hz, 80 VA) dengan pembesaran 100X. Hasil mikrograf dianalisa dengan interface komputer
dengan software Project program image UKM Revision Reza dan JMicroVision-v125-win32 berbasiskan software
Java . Penggunaan pemrograman image analyzer untuk diterapkan dalam menentukan distribusi partikel maupun
alloy yang terdata dalam gambar mikrostrukturnya. Karakterisasi analisa mikrostruktural diterapkan dengan
menggunakan JMicroVision-v125-win32 .
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
Uji Simulasi Mikrostruktur
3.1.1. Gambar 3.1a mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dengan diameter butir sebesar 68
mikron
µm.
Gambar 3.1a Mikrostruktur temperatur 450 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1b Mikrostruktur temperatur 450 °C
dan waktu penahanan 60 menit
Gambar 3.1a adalah kondisi dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru
adalah warna yang mendominasi dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyak endapan yang
terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa diprediksi akan bertambah endapan
terbentuk pada batas butir. Dari hasil Gambar 3.1b merepresentatifkan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI
3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan
udara dan diameter butir sebesar 54 µm. Pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru adalah warna yang
mendominasi dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan
terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan
terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan
Karbida (Fe3 C) dengan selang waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi akan terjadi presipitat berimigrasi
kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir membentuk accicular.
3.1.2. Gambar 3.1c mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm
.
Gambar 3.1c Mikrostruktur temperatur 500 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1d Mikrostruktur temperatur 500 °C dan
waktu penahanan 60 menit
Pada gambar 3.1c mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru adalah warna yang mendominasi dalam
struktur mikro yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas
butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa banyak endapan terbentuk pada batas butir, ditengah
warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C), dengan selang
waktu penahanan lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir
membentuk accicular.
Gambar 3.1d mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µm. Pada
Gambar 3.1d pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna yang mendominasi
dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis putih adalah semakin banyak endapan terbentuk pada batas
butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan terbentuk pada batas butir,
ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C) dengan
selang waktu penahanan lebih lama, diperidiksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas
butir mulai terbentuk accicular
3.1.3. Gambar 3.1e mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm
Gambar 3.1e Mikrostruktur temperatur 550 °C dan
waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1f Mikrostruktur temperatur 550 °C dan
waktu penahanan 60 menit
Pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna mendominasi dalam mikrostruktur
yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas butir, ditengah
warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ) dengan selang
waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida pada batas butir
membentuk accicular
Gambar 3.1f mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm . Pada
mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi dalam
mikrostruktur yang merupakan fasa austenit, garis warna putih semakin banyak endapan terbentuk pada batas butir
(fasa ferit), ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3C)
diprediksi terbentuk accicular dan adanya presipitat dibatas butir, saat ini mulai terbentuk fasa fearlit yang belum
sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah
3.1.4. Gambar 3.1g merupakan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm
.
Gambar 3.1e. Mikrostruktur temperatur 600 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1.h Mikrostruktur temperatur 600 °C
dan waktu penahanan 60 menit
Pada pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi
dalam struktur mikro yang merupakan fasa austenit, Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan
semakin jelas pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya
dengan Karbida (Fe3C), diprediksi telah membentuk accicular dan terjadi presipitat dibatas butir dan terbentuk fasa
fearlit yang belum sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin ke bawah.
Gambar 3.1h merupakan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm. Pada
mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar mendominasi dalam mikrostruktur
yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan semakin jelas pada batas
butir, ditengahnya warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ),
diprediksi telah terbentuk accicular dan terjadi presipitate dibatas butir dan terbentuk fasa pearlit yang belum
sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2
Uji simulasi fraksi Volume
3.2.1
Dari hasil Gambar 3.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5a). Dari Gambar 4.5a dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume
dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, dimana warna coklat adalah warna yang
mendominasi dalam simulasi fraksi volume yang merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 86,55%. Warna
kuning adalah batas butir dan pengintian (nukleasi) menuju batas butir yang merupakan fasa ferit dengan presentasi
sebesar 13,45%.
Gambar 3.2a Simulasi fraksi volume temperatur
450 °C dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.2b Simulasi fraksi volume temperatur
450 °C dan waktu penahanan 60 menit
Gambar 3.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dan waktu penahanan selama
60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µm. Dari Gambar 3.2b
dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna,
warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume dan merupakan fasa austenit dengan
presentasi sebesar 91,28%, warna merah adalah batas butir merupakan fasa ferit dan pengintian (nukleasi) dengan
presentasi sebesar 6,99%, warna hijau merupakan fasa austenit yang diperkaya dengan mangan karbida (Fe3C)
dengan presentasi sebesar 1,73%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi presipitat yang berimigrasi kebatas
butir dan karbida akan berada pada batas butir mulai membentuk accicular.
3.2.2
Dari hasil Gambar 3.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61
µm, maka simulasi fraksi volume terlihat sebagaimana dibawah ini
Gambar 4.5c Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 30 menit
Dari Gambar 3.2c dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna hijau adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 81,39%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi), merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 13,77%, warna
hitam merupakan Karbida (Fe3C) dengan presentasi sebesar 4,84%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi
persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuknya accicular.
3.2.3
Dari hasil Gambar 3.2d mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan
waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57
µm, maka simulasi fraksi volume terlihat seperti dibawah ini.
Gambar 3.2d Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 60 menit
Dari Gambar 3.2d dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 79,55%. Warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 16,44% warna
hijau adalah karbida (Fe3C) sebesar 4,01%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi
kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir terbentuknya accicular.
3.2.4 Dari hasil Gambar 3.2e mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5e)
Gambar 4.5e Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 30 menit
Dari diatas simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning
adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar
80,14%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan menunjukkan masih adanya pengintian
(nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 14,92% warna hitam adalah Karbida (Fe3C) dengan
presentasi sebesar 4,94%, dengan selang waktu terjadi persipitat dibatas butir dan karbida berada pada batas butir
terbentuknya accicular. Selama pendinginan terbentuk fasa ferit bainit dan mangan karbida bainit. Seiring dengan
peningkatan temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus.Pada temperatur 550°C pearlit belum
sempurna, kekerasan semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2.5 Dari hasil Gambar 3.2f mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat seperti dibawah ini
A.
B.
fraksi volume terlihat Gambar (4.5f)
Gambar 4.5f Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 60 menit
Dari Gambar 3.2f dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volum dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 66,99%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 15,24%, warna
hijau dan bintik hitam selama pendinginan membentuk fasa pearlit sebesar 17,77%, seiring dengan peningkatan
temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa
dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa
baru α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah
meninggalkan ferit dan berkonsentrasi dalam karbida. Pada temperatur 550°C ini pearlit belum sempurna, kekerasan
semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2.6 Dari hasil Gambar 3.2.g mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm. Pada
simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. warna kuning adalah
warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 80,94%.
Juga terjadi fasa Pearlit dengan presentasi sebesar 19,06%. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan
terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa baru
α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah
meninggalkan ferit dan berkonsentrasi dalam karbida.
Gambar 4.5g Simulasi fraksi volume
temperatur 600 °C dan waktu penahanan 30
menit
Gambar 4.5h Simulasi fraksi volume
temperatur 600 °C dan waktu penahanan 60
menit
Dari hasil Gambar 4.2h mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm. Pada
simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. Warna kuning adalah
warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 74,38%,
warna hijau merupakan fasa pearlit dengan presentasi sebesar 25,62%.
4.
Kesimpulan.
Presentasi perkembangan mikrostruktur baja mangan Hadfield Kruff 3401, disebabkan oleh aturan pemanasan yang
berbeda-beda yang diikuti dengan proses pendinginan udara.
Dengan perlakuan sebagai berikut :
a.
Bahan baja mangan dipanaskan sampai dengan temperatur 1050°C, dengan waktu penahanan 60 menit,
kemudian dilakukan pendinginan air (water quenching) sampai temperatur kamar yang menyebabkan
larutan padat karbida mengendap pada serat fase austenit murni.
b.
Memanaskan kembali fase austenit ini, akan terjadi fasa isothermal dari fasa bainit.
c.
Waktu dan temperatur dengan pemanasan kembali akan mempengaruhi pembentukan fasa isothermal,
Selanjutnya baja mangan Hadfield dipanaskan kembali (re-heat treatment) dari temperatur 450 °C sampai dengan
600°C dengan waktu penahanan 30 menit dan 60 menit, dengan proses pendinginan udara (air cooling) dan
diperoleh gambaran simulasi mikrostruktur baja mangan Hadfield. Dari Proses image analyzer berbasis program
Java software diperoleh antara lain :
1.
Pengaruh temperatur dan waktu penahanan sangat mempengaruhi perubahan fasa dan diameter butir.
2.
Pembentukan fasa bainit merupakan hasil dari perubahan fasa-fasa eutectoid yaitu ferit dan pearlit, sub
struktur akan berhubungan dengan komposisi pada saat pembentukan ferit, maka pengaruh temperatur akan
sangat signifikan. Pembentukan fasa bainit paduan akan selalu berhubungan dengan reaksi interface antar fasa
ferit/austenit.
3.
Pengaruh perlakuan panas yang diberikan dapat diamati dengan :
a. Simulasi mikrostruktur dan simulasi countour banyak endapan terbentuk pada batas butir dan ferit
yang terbentuk pada batas butir akan tampak mencapai batasnya.
b. Simulasi mikrostruktur dan simulasi surface dapat ditentukan kedalaman permukaan dan
memprediksi kekerasan bahan.
c. Simulasi mikrostruktur dan simulasi fraksi volume, diperoleh persentase fasa yang terbentuk
austenit, ferit bainit, mangan karbida bainit dan pearlit.
5.
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
Alexander, W,O, dkk. 1991. Dasar Metalurgy untuk Rekayasawan. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.
Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta: PT. Bumi Aksara.
Beumer, B. J. M. 1980. Pengetahuan Bahan. Terjemahan B. S. Anwil Matondang. Jilid III. Jakarta: Bhatara
Karya Aksara.
Budinski, Kenneth G. 1996. Engineering Materials. Properties and Selection. Fifth Edition. New Jersey
Colombus, Ohio: Prentice Hall Upper Saddle Rivers.
Clarck D.S and Varney W.R, " Metallurgy for Engineers", 2'd ed.p.205 228, 462 .1 (1962)
Edgar C. Bain, Alloying Element in Steel, Second Edition, American Society for Metals, Metals Park,
Ohio, 1939.
George S. Brady and Hendry R. Clauser, Material Hand Book, Mc. GrawHill Book Company New York
Herman W. Pollack, Material Science and Metallurgy, Reston Publsh. Coy Virginia 1981.
J.L.T. Thong, The Environment SEM, Jurnal Mikroskopik Dan Mikro Analisis, Vol.1, no.2, 1998.
Lawrence H. Van Vlack, Element Of Materials Science and Enginering, 5th ed. Addison-Wesley Publishing
Company, USA (1985)
R.E. Smallman, Modern Physical Metallurgy, 4th ed. (1985)
R.W.Smith, A. DeMonte, W. B. F. Mackay, Development Of High-Manganese Steels For Heavy Duty
Cast-To-Shape Applications, Journal of Material Processing Technology 153-154 (2004) 589-595.
Reza Fadhila, A.G.Jaharah, M.Z. Omar, C.H. Che Haron, and C.H. Azhari, A Microstructural Mapping of
the Austenitic Manganese Steel-3401 in Rapid Cooling, Journal of Solid State Science and Technology
Letters, vol.12, p 143-148 (2005)
Reza Fadhila, Microstructural of the austenitic 3401 in rapid cooling process, Jurnal Penelitian Saintika
Unimed, Vol 2, p 04-08 (2011)
Shackelford James, Introduction to Materials Science for Engineers, fourth edition, Prentice Hall
International Inc.
Surdia, Tata. MS. dan Saito, Shinroku. 2005. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-6. PT. Prandnya
Paramita, Jakarta.
Thornton, Peter A. And Colangelo, Viro J. 1985. Fundamentals of Engineering Materials. Inc: PrenticeHall International.
Wahid Suherman, “ pengetahuan Bahan “ ITB Surabaya (1987)
Vander Voort G.F., Metallography Principle and Practice", McGrawHill, p.215,632 (1984)
Vernon Jonh, Testing of Materials, Mc. Millan, New York.
Reza Fadhila, Microstructural Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal International Material
Engineering Confrence, vol 3, paper No OMG09 (2005)
(scribd.com/doc/12771879/Reza-Fadhila-1Paper-No-OMG09)
Reza Fadhila , Fundamental Mapping Manganesse Steel due to heat-treatment, International Metallurgy
Confrence (2006)
(scribd.com/doc/12798041/Reza-Fadhila-No-P-09-International-MetalurgyConfrence-910th-Dec06)
Reza Fadhila, Microstructural Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal International Material
Engineering Confrence, Poster Research Mn-Steel 3401 (2005) (scribd.com/doc/12798226/Reza-PosterResearch-Mn-Steel3401-Rapid-Cooling-Process)
Reza Fadhila, Fundamental Micro Mapping Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal
International Material Engineering Confrence, (2006)
(scribd.com/doc/12810447/No-264-Fund-MicroMapping)
Fadhila Reza, Fundamental Microstructure Mapping of the Hadfield Manganesse Steel during the
Treatmeny in (α + γ) Region, Journal RCSST-UITM (2005) (scribd.com/doc/12798965/Reza-UkmRcsst05-Di-Uitm-Kuantan-151)
Reza Fadhila, Poster of Fundamental Microstructure Mapping of the Hadfield Manganesse Steel during the
Treatmeny
in (α + γ) Region
, Journal of International Metallurgy Confrence (2008)
(scribd.com/doc/12772025/Reza-Fadhila-3-No-264-Fund-Micro-Mapping)
Reza Fadhila, Poster of Fundamental Micro Mapping Manganesse Steel due to its aging Treatment, Journal
of ITEX (2008)
(scribd.com/doc/12860923/Reza-Fadhila-POSTER-1-Dan-2-Pada-ITEX-2008)
28. Reza Fadhila, Poster of Fundamental Micro Mapping Manganesse Steel in isothermal cooling, Journal of
ITEX (2009)
(scribd.com/doc/12798381/Reza-Fadhila-Broshure-Research-Mn-Steel3401-in-IsoThermal-Cooling)
PADA KONDISI PENDINGINAN MEDIA UDARA (AIR COOLING)
Reza Fadhila
Jurusan Teknik Mesin - Fakultas Teknik
Universitas Negeri Medan
ABSTRAK
Baik fase bainitik maupun fase pearlitik yang terbentuk dalam baja mangan Hadfield, setelah dilakukan
dengan pemanasan tetap pada tempratur 450 °C, 500 °C, 550 °C dan 600 °C dengan waktu tahan 30 menit dan 60
menit dapat diplot melalui program simulasi dengan menggunakan program Image Analyzeir.
Ferit accicular yang terbentuk baik yang berada dibatas butir maupun dibatas butir fasa austenit, dimana butir fasa
austenit akan semakin tumbuh dan mengendap dibatas butir yang ditandai dengan meningkatnya kekerasan secara
simulasi. Fasa–fasa austenit, ferit maupun yang lainnya dapat terdistribusi secara simulasi melalui luas perubahan
warna yang ada pada program Image Analyzer. Pembentukan fasa bainit merupakan hasil dari perubahan fasa-fasa
eutectoid yaitu ferit dan pearlit, sub struktur akan berhubungan dengan komposisi pada saat pembentukan ferit,
maka pengaruh temperatur akan sangat signifikan. Pembentukan fasa bainit paduan akan selalu berhubungan dengan
reaksi interface antar fasa ferit/austenit. Pengaruh perlakuan panas yang diberikan dapat diamati dengan melakukan
simulasi mikrostruktur dan simulasi countour terhadap banyaknya endapan terbentuk pada batas butir , ferit yang
terbentuk pada batas butir akan tampak mencapai batasnya. Simulasi mikrostruktur dan simulasi surface dapat juga
menentukan kedalaman permukaan dan memprediksi kekerasan bahan. Berdasarkan simulasi mikrostruktur dan
simulasi fraksi volume, nantinya akandiperoleh persentase fasa yang terbentuk austenit, ferit bainit, mangan karbida
bainit dan pearlit . Kekasaran permukaan dapat juga diperediksi melalui surface simulasi yaitu sekitar 60,2 HRC.
Berdasarkan simulasi ini telah berhasil diprediksi bahwa semakin tinggi temperatur heattreatment akan memberikan
nilai kekerasan yang tinggi.
Keywords: Bainitik, pearlitik, image analizer, eutectoid, surface, heat-treatment.
1.
PENDAHULUAN
Baja mangan austenit awal, yang mengandung sekitar 1,2% C dan 12% Mn ditemukan oleh Sir Robert
Hadfield pada tahun 1882.[1,2] Baja hadfield memang unik di mana baja ini mengkombinasikan kekerasan dan
kekenyalan tinggi dengan kapasitas kerja yang tinggi (pengerasan) dan biasanya, resistansi yang baik terhadap air.
Oleh karenanya, baja mangan cepat diterima sebagai bahan teknik yang sangat berguna. Sifat-sifat mekanik baja
mangan austenit bervariasi sesuai dengan kandungan karbon dan mangan. Apabila karbon meningkat akan semakin
sulit menahan semua karbon dalam larutan padat, dan dapat menyebabkan penurunan kekerasan dan
kekenyalan.[1,2,3,4,5] Namun demikian, karena resistansi abrasi cenderung meningkat sesuai dengan kandungan
karbon, kandungan karbon yang lebih tinggi daripada 1,2% mungkin lebih disukai sekalipun kekenyalan berkurang.
Kandungan karbon di atas 1,4% jarang digunakan karena kesulitan memperoleh struktur austenit yang cukup bebas
serat, batas karbida yang merugikan kekerasan dan kekenyalan.[7,9,11] Guna meningkatkan kemampukerasan,
meningkatkan sifat mekanik pada temperatur tinggi dan rendah, meningkatkan ketangguhan pada nilai kekerasan
atau ketangguhan minimum serta meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan korosi dibutuhkan adanya
perlakuan variasi temperatur dan waktu, sehingga terjadi perobahan .
Dalam perobahan fasa yang terjadi, pembentukan embryo, nuklei, difusi dan butir berimigrasi dari satu
kisi ke kisi menuju batas butir Proses pemanasan.[8,9,13,14] Seiring dengan hal ini maka perubahan mikrostruktur
baja mangan dapatdan akibat proses ini dari daerah suhu austenit sampai ke suhu kamar dengan pendinginan udara,
maka dengan sendirinya sifat fisis dan sifat mekanik juga berubah.[12,13,14,16,18] Proses transformasi akan
menghasilkan fasa baru dengan selang waktu tertentu disebabkan terjadinya proses pengintian (nukliasi) butir-butir
baru yang tumbuh disepanjang daerah slip yang terdeformasi dan pada umumnya terjadi di batas butir. Secara
teoritik, bila temperatur meningkat, maka butir-butir dari suatu material akibat kenaikan temperatur, sehingga
sejumlah butir akan berimigrasi.[19,20,21]
2.
Prosedur Penelitian
Spesimen test untuk penelitian metallografik dipotong dan dipreparasi dari pelat-pelat di atas, yang
mempunyai ukuran 1 × 2 × 2,5 cm dengan mesin pemotong presisi untuk menghindari perubahan transformasi fase.
Benda uji yang telah dipreparasi diheatreatment pada temperatur 1050°C selama 1 jam pada tungku listrik PID
pengolah-panas tipe Vectar VHT-3, kemudian semua benda uji didingkan dengan cara dicelup cepat (quench) ke
dalam air . Selanjutnya sampel-sampel direheatreatment kembali pada temperatur yang berbeda dengan waktu yang
bervariasi. Temperatur yang dipilih reheattreatment sampel adalah dari 400°C sampai 600°C dengan selang
peningkatan temperatur 50°C dengan variasi waktu pemanasan yaitu 30 menit dan 60 menit dan diikuti dengan
pendinginan di udara. Pemilihan temperatur diatas atas dasar prediksi yang ada pada diagram fase Fe-Mn. Untuk
pengujian metalografinya sampel sample digerinda di dalam mesin pemoles dengan menggunakan kertas ampelas
dari ukuran kekasaran 100, 350, 600, 800, 1000, 1500 hingga 2000 mesh. Untuk sebagian besar operasi, dengan laju
rotasi 450 putaran/menit. Setelah penggerindaan selesai pada kertas ampelas 2000 mes, sampel dipoles dengan
menggunakan pasta alumina 1µ pada kain beludru untuk memperoleh permukaan mirip cermin. Preparasi sampel
metalografi diakhiri dengan pembersihan sample-sampel dengan menggunakan mesin pembersih ultrasonik,
Branson 1210, Model B1210E-MT 47 KHz, 230 Volt. Etsaan yang digunakan untuk memunculkan fasa-fasa pada
sample diperlihatkan pada tabel dibawah ini.
Jenis larutan
Larutan A
Larutan B
Larutan C
100 ml alkohol
90 ml ethanol
100 ml ethanol
Komposi
3 ml HNO3
10 ml HCl
2 ml NH4OH
gambar mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan alat mikroskop analisator bayangan optik (Epiplan Hdlenz,
Carl Zeiss, 220 V – 60 Hz, 80 VA) dengan pembesaran 100X. Hasil mikrograf dianalisa dengan interface komputer
dengan software Project program image UKM Revision Reza dan JMicroVision-v125-win32 berbasiskan software
Java . Penggunaan pemrograman image analyzer untuk diterapkan dalam menentukan distribusi partikel maupun
alloy yang terdata dalam gambar mikrostrukturnya. Karakterisasi analisa mikrostruktural diterapkan dengan
menggunakan JMicroVision-v125-win32 .
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
Uji Simulasi Mikrostruktur
3.1.1. Gambar 3.1a mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dengan diameter butir sebesar 68
mikron
µm.
Gambar 3.1a Mikrostruktur temperatur 450 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1b Mikrostruktur temperatur 450 °C
dan waktu penahanan 60 menit
Gambar 3.1a adalah kondisi dengan pembesaran optik, pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru
adalah warna yang mendominasi dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyak endapan yang
terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa diprediksi akan bertambah endapan
terbentuk pada batas butir. Dari hasil Gambar 3.1b merepresentatifkan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI
3401 untuk temperatur 450 °C dengan waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan
udara dan diameter butir sebesar 54 µm. Pada mikrostruktur tampak beberapa warna, warna biru adalah warna yang
mendominasi dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan
terbentuk pada batas butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan
terbentuk pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan
Karbida (Fe3 C) dengan selang waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi akan terjadi presipitat berimigrasi
kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir membentuk accicular.
3.1.2. Gambar 3.1c mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm
.
Gambar 3.1c Mikrostruktur temperatur 500 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1d Mikrostruktur temperatur 500 °C dan
waktu penahanan 60 menit
Pada gambar 3.1c mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru adalah warna yang mendominasi dalam
struktur mikro yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas
butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa banyak endapan terbentuk pada batas butir, ditengah
warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C), dengan selang
waktu penahanan lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir
membentuk accicular.
Gambar 3.1d mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57 µm. Pada
Gambar 3.1d pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna yang mendominasi
dalam mikrostruktur dan merupakan fasa austenit. Garis putih adalah semakin banyak endapan terbentuk pada batas
butir dan garis putus-putus (fasa ferit) menunjukkan bahwa akan lebih banyak endapan terbentuk pada batas butir,
ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C) dengan
selang waktu penahanan lebih lama, diperidiksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas
butir mulai terbentuk accicular
3.1.3. Gambar 3.1e mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm
Gambar 3.1e Mikrostruktur temperatur 550 °C dan
waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1f Mikrostruktur temperatur 550 °C dan
waktu penahanan 60 menit
Pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna mendominasi dalam mikrostruktur
yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk pada batas butir, ditengah
warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ) dengan selang
waktu penahanan yang lebih lama, diprediksi presipitat berimigrasi kebatas butir dan karbida pada batas butir
membentuk accicular
Gambar 3.1f mewakili mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm . Pada
mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi dalam
mikrostruktur yang merupakan fasa austenit, garis warna putih semakin banyak endapan terbentuk pada batas butir
(fasa ferit), ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3C)
diprediksi terbentuk accicular dan adanya presipitat dibatas butir, saat ini mulai terbentuk fasa fearlit yang belum
sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah
3.1.4. Gambar 3.1g merupakan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm
.
Gambar 3.1e. Mikrostruktur temperatur 600 °C
dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.1.h Mikrostruktur temperatur 600 °C
dan waktu penahanan 60 menit
Pada pada mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar yang mendominasi
dalam struktur mikro yang merupakan fasa austenit, Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan
semakin jelas pada batas butir, ditengah warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya
dengan Karbida (Fe3C), diprediksi telah membentuk accicular dan terjadi presipitat dibatas butir dan terbentuk fasa
fearlit yang belum sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin ke bawah.
Gambar 3.1h merupakan mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600 °C dengan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm. Pada
mikrostruktur tampak adanya beberapa warna, warna biru tua adalah warna dasar mendominasi dalam mikrostruktur
yang merupakan fasa austenit. Garis warna putih adalah banyaknya endapan terbentuk dan semakin jelas pada batas
butir, ditengahnya warna putih ada warna hitam dan merupakan fasa ferit yang diperkaya dengan Karbida (Fe3 C ),
diprediksi telah terbentuk accicular dan terjadi presipitate dibatas butir dan terbentuk fasa pearlit yang belum
sempurna, kekasaran semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2
Uji simulasi fraksi Volume
3.2.1
Dari hasil Gambar 3.2a mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 68 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5a). Dari Gambar 4.5a dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume
dengan aturan perlakuan ini tampak terlihat adanya beberapa warna, dimana warna coklat adalah warna yang
mendominasi dalam simulasi fraksi volume yang merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 86,55%. Warna
kuning adalah batas butir dan pengintian (nukleasi) menuju batas butir yang merupakan fasa ferit dengan presentasi
sebesar 13,45%.
Gambar 3.2a Simulasi fraksi volume temperatur
450 °C dan waktu penahanan 30 menit
Gambar 3.2b Simulasi fraksi volume temperatur
450 °C dan waktu penahanan 60 menit
Gambar 3.2b mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 450 °C dan waktu penahanan selama
60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 54 µm. Dari Gambar 3.2b
dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna,
warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume dan merupakan fasa austenit dengan
presentasi sebesar 91,28%, warna merah adalah batas butir merupakan fasa ferit dan pengintian (nukleasi) dengan
presentasi sebesar 6,99%, warna hijau merupakan fasa austenit yang diperkaya dengan mangan karbida (Fe3C)
dengan presentasi sebesar 1,73%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi presipitat yang berimigrasi kebatas
butir dan karbida akan berada pada batas butir mulai membentuk accicular.
3.2.2
Dari hasil Gambar 3.2c mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan
waktu penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61
µm, maka simulasi fraksi volume terlihat sebagaimana dibawah ini
Gambar 4.5c Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 30 menit
Dari Gambar 3.2c dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna hijau adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 81,39%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi), merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 13,77%, warna
hitam merupakan Karbida (Fe3C) dengan presentasi sebesar 4,84%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi
persipitat yang berimigrasi kebatas butir dan karbida berada pada batas butir terbentuknya accicular.
3.2.3
Dari hasil Gambar 3.2d mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 500 °C dan
waktu penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 57
µm, maka simulasi fraksi volume terlihat seperti dibawah ini.
Gambar 3.2d Simulasi fraksi volume temperatur 500 °C dan waktu penahanan 60 menit
Dari Gambar 3.2d dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 79,55%. Warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 16,44% warna
hijau adalah karbida (Fe3C) sebesar 4,01%, dengan selang waktu yang lebih lama terjadi persipitat yang berimigrasi
kebatas butir dan karbida akan berada pada batas butir terbentuknya accicular.
3.2.4 Dari hasil Gambar 3.2e mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat Gambar (4.5e)
Gambar 4.5e Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 30 menit
Dari diatas simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna, warna kuning
adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar
80,14%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan menunjukkan masih adanya pengintian
(nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 14,92% warna hitam adalah Karbida (Fe3C) dengan
presentasi sebesar 4,94%, dengan selang waktu terjadi persipitat dibatas butir dan karbida berada pada batas butir
terbentuknya accicular. Selama pendinginan terbentuk fasa ferit bainit dan mangan karbida bainit. Seiring dengan
peningkatan temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus.Pada temperatur 550°C pearlit belum
sempurna, kekerasan semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2.5 Dari hasil Gambar 3.2f mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 550 °C dan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 50 µm, maka
simulasi fraksi volume terlihat seperti dibawah ini
A.
B.
fraksi volume terlihat Gambar (4.5f)
Gambar 4.5f Simulasi fraksi volume temperatur 550 °C dan waktu penahanan 60 menit
Dari Gambar 3.2f dengan pembesaran optik, simulasi fraksi volum dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya
beberapa warna, warna kuning adalah warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa
austenit dengan presentasi sebesar 66,99%, warna merah dan garis garis merah merupakan batas butir dan
menunjukkan masih adanya pengintian (nukleasi) merupakan fasa Ferit dengan presentasi sebesar 15,24%, warna
hijau dan bintik hitam selama pendinginan membentuk fasa pearlit sebesar 17,77%, seiring dengan peningkatan
temperatur formasi pembentukan pearlit akan semakin halus. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa
dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa
baru α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah
meninggalkan ferit dan berkonsentrasi dalam karbida. Pada temperatur 550°C ini pearlit belum sempurna, kekerasan
semakin keatas dan kehalusan makin kebawah.
3.2.6 Dari hasil Gambar 3.2.g mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu
penahanan selama 30 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 59 µm. Pada
simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. warna kuning adalah
warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 80,94%.
Juga terjadi fasa Pearlit dengan presentasi sebesar 19,06%. Pearlit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan
terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Kedua fasa baru
α + Fe3 C bernukleasi pada batas butir austenit dan tumbuh secara serentak didalam butir. Karbon memisah
meninggalkan ferit dan berkonsentrasi dalam karbida.
Gambar 4.5g Simulasi fraksi volume
temperatur 600 °C dan waktu penahanan 30
menit
Gambar 4.5h Simulasi fraksi volume
temperatur 600 °C dan waktu penahanan 60
menit
Dari hasil Gambar 4.2h mikrostruktur baja mangan Hadfield AISI 3401 untuk temperatur 600°C dan waktu
penahanan selama 60 menit yang diikuti dengan kondisi pendinginan udara dan diameter butir sebesar 61 µm. Pada
simulasi fraksi volume dengan aturan perlakuan tampak terlihat adanya beberapa warna. Warna kuning adalah
warna yang mendominasi dalam simulasi fraksi volume merupakan fasa austenit dengan presentasi sebesar 74,38%,
warna hijau merupakan fasa pearlit dengan presentasi sebesar 25,62%.
4.
Kesimpulan.
Presentasi perkembangan mikrostruktur baja mangan Hadfield Kruff 3401, disebabkan oleh aturan pemanasan yang
berbeda-beda yang diikuti dengan proses pendinginan udara.
Dengan perlakuan sebagai berikut :
a.
Bahan baja mangan dipanaskan sampai dengan temperatur 1050°C, dengan waktu penahanan 60 menit,
kemudian dilakukan pendinginan air (water quenching) sampai temperatur kamar yang menyebabkan
larutan padat karbida mengendap pada serat fase austenit murni.
b.
Memanaskan kembali fase austenit ini, akan terjadi fasa isothermal dari fasa bainit.
c.
Waktu dan temperatur dengan pemanasan kembali akan mempengaruhi pembentukan fasa isothermal,
Selanjutnya baja mangan Hadfield dipanaskan kembali (re-heat treatment) dari temperatur 450 °C sampai dengan
600°C dengan waktu penahanan 30 menit dan 60 menit, dengan proses pendinginan udara (air cooling) dan
diperoleh gambaran simulasi mikrostruktur baja mangan Hadfield. Dari Proses image analyzer berbasis program
Java software diperoleh antara lain :
1.
Pengaruh temperatur dan waktu penahanan sangat mempengaruhi perubahan fasa dan diameter butir.
2.
Pembentukan fasa bainit merupakan hasil dari perubahan fasa-fasa eutectoid yaitu ferit dan pearlit, sub
struktur akan berhubungan dengan komposisi pada saat pembentukan ferit, maka pengaruh temperatur akan
sangat signifikan. Pembentukan fasa bainit paduan akan selalu berhubungan dengan reaksi interface antar fasa
ferit/austenit.
3.
Pengaruh perlakuan panas yang diberikan dapat diamati dengan :
a. Simulasi mikrostruktur dan simulasi countour banyak endapan terbentuk pada batas butir dan ferit
yang terbentuk pada batas butir akan tampak mencapai batasnya.
b. Simulasi mikrostruktur dan simulasi surface dapat ditentukan kedalaman permukaan dan
memprediksi kekerasan bahan.
c. Simulasi mikrostruktur dan simulasi fraksi volume, diperoleh persentase fasa yang terbentuk
austenit, ferit bainit, mangan karbida bainit dan pearlit.
5.
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
Alexander, W,O, dkk. 1991. Dasar Metalurgy untuk Rekayasawan. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.
Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta: PT. Bumi Aksara.
Beumer, B. J. M. 1980. Pengetahuan Bahan. Terjemahan B. S. Anwil Matondang. Jilid III. Jakarta: Bhatara
Karya Aksara.
Budinski, Kenneth G. 1996. Engineering Materials. Properties and Selection. Fifth Edition. New Jersey
Colombus, Ohio: Prentice Hall Upper Saddle Rivers.
Clarck D.S and Varney W.R, " Metallurgy for Engineers", 2'd ed.p.205 228, 462 .1 (1962)
Edgar C. Bain, Alloying Element in Steel, Second Edition, American Society for Metals, Metals Park,
Ohio, 1939.
George S. Brady and Hendry R. Clauser, Material Hand Book, Mc. GrawHill Book Company New York
Herman W. Pollack, Material Science and Metallurgy, Reston Publsh. Coy Virginia 1981.
J.L.T. Thong, The Environment SEM, Jurnal Mikroskopik Dan Mikro Analisis, Vol.1, no.2, 1998.
Lawrence H. Van Vlack, Element Of Materials Science and Enginering, 5th ed. Addison-Wesley Publishing
Company, USA (1985)
R.E. Smallman, Modern Physical Metallurgy, 4th ed. (1985)
R.W.Smith, A. DeMonte, W. B. F. Mackay, Development Of High-Manganese Steels For Heavy Duty
Cast-To-Shape Applications, Journal of Material Processing Technology 153-154 (2004) 589-595.
Reza Fadhila, A.G.Jaharah, M.Z. Omar, C.H. Che Haron, and C.H. Azhari, A Microstructural Mapping of
the Austenitic Manganese Steel-3401 in Rapid Cooling, Journal of Solid State Science and Technology
Letters, vol.12, p 143-148 (2005)
Reza Fadhila, Microstructural of the austenitic 3401 in rapid cooling process, Jurnal Penelitian Saintika
Unimed, Vol 2, p 04-08 (2011)
Shackelford James, Introduction to Materials Science for Engineers, fourth edition, Prentice Hall
International Inc.
Surdia, Tata. MS. dan Saito, Shinroku. 2005. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-6. PT. Prandnya
Paramita, Jakarta.
Thornton, Peter A. And Colangelo, Viro J. 1985. Fundamentals of Engineering Materials. Inc: PrenticeHall International.
Wahid Suherman, “ pengetahuan Bahan “ ITB Surabaya (1987)
Vander Voort G.F., Metallography Principle and Practice", McGrawHill, p.215,632 (1984)
Vernon Jonh, Testing of Materials, Mc. Millan, New York.
Reza Fadhila, Microstructural Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal International Material
Engineering Confrence, vol 3, paper No OMG09 (2005)
(scribd.com/doc/12771879/Reza-Fadhila-1Paper-No-OMG09)
Reza Fadhila , Fundamental Mapping Manganesse Steel due to heat-treatment, International Metallurgy
Confrence (2006)
(scribd.com/doc/12798041/Reza-Fadhila-No-P-09-International-MetalurgyConfrence-910th-Dec06)
Reza Fadhila, Microstructural Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal International Material
Engineering Confrence, Poster Research Mn-Steel 3401 (2005) (scribd.com/doc/12798226/Reza-PosterResearch-Mn-Steel3401-Rapid-Cooling-Process)
Reza Fadhila, Fundamental Micro Mapping Hadfield Manganesse in aging Treatment, Journal
International Material Engineering Confrence, (2006)
(scribd.com/doc/12810447/No-264-Fund-MicroMapping)
Fadhila Reza, Fundamental Microstructure Mapping of the Hadfield Manganesse Steel during the
Treatmeny in (α + γ) Region, Journal RCSST-UITM (2005) (scribd.com/doc/12798965/Reza-UkmRcsst05-Di-Uitm-Kuantan-151)
Reza Fadhila, Poster of Fundamental Microstructure Mapping of the Hadfield Manganesse Steel during the
Treatmeny
in (α + γ) Region
, Journal of International Metallurgy Confrence (2008)
(scribd.com/doc/12772025/Reza-Fadhila-3-No-264-Fund-Micro-Mapping)
Reza Fadhila, Poster of Fundamental Micro Mapping Manganesse Steel due to its aging Treatment, Journal
of ITEX (2008)
(scribd.com/doc/12860923/Reza-Fadhila-POSTER-1-Dan-2-Pada-ITEX-2008)
28. Reza Fadhila, Poster of Fundamental Micro Mapping Manganesse Steel in isothermal cooling, Journal of
ITEX (2009)
(scribd.com/doc/12798381/Reza-Fadhila-Broshure-Research-Mn-Steel3401-in-IsoThermal-Cooling)