Tugas Jurnal
Effect of Heat Treatment on Microstructures and Mechanical Properties of Spring Steel Min Shan HTUN , Si Thu KYAW and Kay Thi LWIN
Oleh: ANGGA PAMILU PUTRA 3334150051
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON - BANTEN 2017
I.
PENDAHULUAN
Saat ini minyak yang di quenching dan di tempering secara luas digunakan untuk heavy duty spring di mana sifat mekanik tinggi adalah design driver yang utama. Persyaratan utama baja pegas adalah kekuatan luluh tinggi, batas proporsional tinggi, dan fatigue strength tinggi. Sifat-sifat dari pegas yang diinginkan dapat dicapai yang pertama oleh kandungan karbon yang tinggi atau dengan elemen pemadu yang sesuai, dan yang kedua dengan heat treatment. Pegas baja digunakan dalam kondisi keras dan kondisi kekuatan yang tinggi. Untuk mendapatkan sifat ini pegas dikeraskan dan di temper.
Dalam kondisi yang keras, baja harus memiliki 100% martensite untuk mencapai kekuatan luluh yang maksimal, tapi juga sangat brittle, dan dengan demikian, quenched steel digunakan untuk beberapa aplikasi teknik. Dengan proses tgempering, sifat dari quenched steel bias dimodifikasi untuk menurunkan kekerasannya dan meningkatkan ductility dan impact strength secara bertahap. Mikrostruktur yang dihasilkan adalah endapan bainit atau karbida dalam matriks ferit tergantung pada suhu tempering. Tergantung dari jenis aplikasinya, pegas dibuat oleh baja karbon, baja silikon dan mangan, baja mangan silikon dan stainless steel. II.
METODOLOGI
Baja mewakili engineering materials yang paling penting karena memiliki keragaman aplikasi yang paling beragam dari engineering materials. Sebagian besar spesifikasi didasarkan pada komposisi kimia baja karena mengindikasikan data perlakuan panas yang diperlukan, yaitu Phase Transformation Temperatures dan Critical cooling rate dari paduan selektif. Oleh karena itu, setiap bahan baku yang akan diolah harus terlebih dahulu dianalisis untuk mengetahui komposisi kimianya. Langkah pertama dalam siklus perlakuan panas sebenarnya dari baja adalah austenitizing. Karna distribusi yang homogeny dari karbon dan paduan diperlukan untuk mendapatkan sifat yang seragam, digunakan suhu austenitisasi yang tinggi dan waktu perendaman yang sesuai untuk mendapatkan distribusi elemen karbon dan paduan yang merata dan untuk meminimalkan pengayaan unsur-unsur pengotor pada batas butir . Setelah direndam pada hardening temperature, spesimen baja harus di cool quenched pada laju yang lebih cepat daripada laju pendinginan kritisnya untuk mencapai martensit. Setelah penahanan lama yang diinginkan pada hardening temperature, Spesimen diambil untuk pendinginan di minyak. Temperature of the
quenching oil harus dipertahankan sekitar 60 ° C. Minyak harus memiliki fluiditas yang baik untuk meningkatkan laju perpindahan panas dan harus bebas dari air. Langkah terakhir dari siklus perlakuan panas ini adalah tempering. Tempering adalah proses pemanasan baja yang mengeras sampai suhu maksimum hingga suhu kritis yang rendah (A1), perendaman pada suhu ini, dan kemudian pendinginan, biasanya sangat lambat. Empat tahap berikut menentukan kekuatan, kekerasan dan ketangguhan yang dibutuhkan dalam service applications. III.
PROSEDUR PERCOBAAN
Suhu transformasi fasa dan laju pendinginan kritis untuk perlakuan pengerasan telah diperkirakan dari komposisi kimia sampel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Siklus perlakuan panas eksperimental untuk paduan selektif ditunjukkan pada Gambar 2, dan kondisi tempering dilakukan pada suhu 450 ° C meningkat sebesar 50 ° C sampai 550 ° C untuk setiap interval waktu tempering (1 jam, 2 jam, dan 3 jam). Setelah perlakuan ini, specimen yang di treated di periksa mikrostrukturnya dan sifat mekanisnya, yaitu kekerasan, uji Tarik dan Uji fatigue.
Gambar 1. Heat Treatment Cycle untuk Perlakuan Baja Pegas
Metallographic samples dari semua kondisi perlakuan panas disiapkan dan digores dalam 2% nital untuk memperlihatkan mikrostrukturnya. Pengukuran kekerasan dilakukan dengan menggunakan mesin uji kekerasan Rockwell. Indentasi(pelekukan) dibuat pada permukaan yang dipoles menggunakan beban 150 kg untuk skala HRC dan waktu istirahat 10 detik.
Uji tarik dilakukan dengan mesin uji universal (SM100) dengan menggunakan spesimen jenis tes JIS No. 14A yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 2. Spesimen Tarik untuk Mesin Uji Universal SM100
VI. HASIL DAN DISKUSI Komposisi kimia sampel uji adalah C-0,52%, Cr-0,61%, Mn-0,7%, Si-0,21%, P0,03%, S-0,04%. Tingkat ekuivalennya sesuai dengan spesifikasi standar AISI-5155, 55Cr3 (DIN). Baja ini cocok untuk high duty leaf springs. orsion bar springs dan helical springs untuk konstruksi kendaraan. Kekerasan Rockwell untuk semua kondisi perlakuan panas yang dilakukan pada suhu kamar dan hasilnya diilustrasikan pada Gambar 5. Ada dua kecenderungan signifikan yang berbeda dalam grafik ini karena perubahan efek struktural. Mikrostruktur minyak dan air dari baja yang sama diamati pada Gambar 6 dan Gambar 7, yang berisi martensit dan retained austenite.
Gambar 3. Pengaruh Waktu Tempering Terhadap Kekerasan Paduan Selektif
Gambar 4. Mikrostruktur Paduan Selektif untuk Oil Quench
Gambar 5. Mikrostruktur Baja yang sama untuk Water Quench
Gambar 6. Oil Quench and Tempered at 400°C for 1 hr
Gambar 7. Oil Quench and Tempered at 550°C for 3 hr
Struktur temper yang dihasilkan dinyatakan dalam Gambar 6 sampai Gambar 7.
IV.
KESIMPULAN Kesimpulan berikut diambil dari hasil eksperimen dan diskusi yang telah dilakukan. 1. Penurunan kekerasan secara bertahap, ultimate tensile strength dan kenaikan persen elongasi dari baja quench telah diamati dengan meningkatkan waktu tempering dan suhu. 2. Titik puncak kekuatan luluh telah dikonfirmasi pada suhu tempering 450 ° C. 3. Maksimum fatigue life diamati pada suhu 400 ° C sampai 450 ° C. 4. Dari sudut pandang structural, kebanyakan retain austenite terbentuk dalam pendinginan minyak daripada pada air. Dalam proses temper, ferit dan epsilon karbida dibentuk pada suhu 400 ° C sampai 450 ° C, dan sereida sferoid terbentuk dan tumbuh di atas 450 ° C. 5. Karena jumlah butir butir ASTM adalah 6.453, baja yang digunakan adalah baja butiran halus [4]. 6. Ideal critical diameter dari bar yang dipilih telah dihitung sebesar 2,7 inci dan 2,5 inci dengan metode Grossman dan metode komposisi kimia. 7. Diameter batang optimum telah dikaitkan dengan 1,5 in untuk mendapatkan sifat yang dibutuhkan untuk oil quench dan proses pengeringan.
