metalografi kuantitatif

PRAKTIKUM METALURGI FISIK  LAPORAN AKHIR

MODEL PRAKTIKUM TANGGAL PRAKTIKUM NAMA ASISTEN NAMA PRAKTIKAN NIM/KELOMPOK KELAS REKAN KERJA

: METALURGI KUANTITATIF : 10 DESEMBER 2016 DESEMBER 2016 : ENGKOS : : : EKSTENSI MESIN A : NAMA

/ NIM

LABORATOTIUM TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI CIMAHI 2016

BAB I PENDAHULUAN 1. 1.

Tujuan

Praktikum metalurgi fisik ini dilakukan guna menunjang teori yang sedang atau telah diberikan pada mata kuliah metalurgi fisik. Adapun tujuan praktikum mampu metalografi metalografi kuantitatif ini adalah Untuk menentukanbesaran menentukanbesaran butir rata  –  rata menggunakan cara metalografi kuantitatif (Heyn). Selain itu tujuan lainnya diuraikan sebagai berikut : 1. Mengetahui bentuk-bentuk fasa dari logam 2. Menganalisa ukuran butir dan membandingkan dengan grain size ASTM 3. menjelaskan hubunngan antara struktur micro dan arakteristik butir t erhadap  bahan 1. 2.

Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai  berikut : 1. Tungku muffle. 2. Strukturmikro IF-Steel IF-Steel (Marshall’s reagent, 400x) 3. Plastic mikatransparan 4. Penggaris 5. Spidolpermanen

BAB II DASAR TEORI 2. 1.

Teori Dasar (Modul)

Metalografikuantitatif (stereology) adalah bidang metalografi yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuran pada 2 dimensi dengan  besaran struktur mikro dalam 3 dimensi dari satu logam dan paduannya. Sifat sifat logam dan paduannya dengan mudah dapat dipelajari dari struktur mikronya, melalui pemeriksaan metalografi kuantitatif diantaranya: 1. Pengukuran besar butir 2. Pengukuran fraksi voume 3. Pengukuran permukaan spesifik 4. Pengukuran panjang garis spesifik 5. Pengukuran kerapatan titik Pengukuran besar butir Besar butir dapat diukur dengan menggunakan: 1. Metoda ASTM 2. Metoda garisHeyndan interception 3. Metoda bidang datar  circle danPlani metric A. Metoda perbandingan ASTM

Besar butir suatu logam dan juga bentuk seta ukuran grafits rapih dan juga grafit bulat dari besi cor dapat ditentukan dengan standar ASTM. Besar butir nomeor G menurut ASTM didefinisikan sedemikian rupa sehingga 2 G-1 adalah sama dengan banyaknya butir per inci persegi pada pembesaran 100X.  Nomor standar ASTM ini sangat bermanfaat sekali dalam memperkirakan ukuran besar butir atau ukuran panjang grafits rapih atau ukuran besar grafit  bulat. Standar ukuran menurut ASTM dapat dilihat pada Metal handbook ASM vol 7, “Atals of Micristructure of Metal Alloys” . Tabel Nomorukuranbutir ASTM

B. Metoda grafis 

Metoda Heyn Metoda Heyn atau metoda besar butir rata –   rata, ̅  yaitu panjang ratarata segmen –  segmen garis suatu pengujian yang melintasi batas butir –   batasbutir.

̅ =

. . ∑ 

Dimana: Lk  :besarbutir rata –  rata (mm) n :Jumlahgarisuji l: Panjanggarisuji (mm) v: pembesaranfoto ∑   : Jumlahbatasbutir yang terpotong

Gambar Metoda Grafis Untuk menentukan nomor ASTM, dapat diperoleh dengan cara konversi (table 4)

Tabel Konversi nomor ASTM



Metoda garis potong Metoda garis potong (intercept) ditentukan oleh banyaknya butir yang terpotong oleh sebuah garis lurus (setidaknya 50 butir)

̅ =

 .

Dimana: Lk : jarakpotong rata –  rata (mm) l: panjanggarislurus (mm) v: pembesaranfoto n: banyaknyabutir yang terpotong Untuk menentukan nomor ASTM ukuran butirnya maka diperoleh dengan cara konversi (Tabal 5). Untuk butir yang non equiaxial, besar butir ditentukan oleh garis lurus pada berbagai arah.

Gambar Metoda garis potong. Tabel Hubungan Ukuran Butir

C. Metoda bidang datar Metoda lingkaran, besar butir rata  –   rata (Fm) dalam mm2 ditentukan dengan  persamaan

Fm =



(,67+).

Dimana: Fm: besarbutir rata –  rata (mm2) Fk: lingkaran (mm 2) Z: banyaknyabutirdalamlingkaran V: pembesaranfoto

Gambar MetodaLingkaran 

Metoda Planimetric

Metoda ini dilakukan untuk mengukur besar butir yang terelongasi yaitu dengan cara pengukuran besar butir metoda garis pada berbagai arah (misalnya: 0o,30o, 60o, 90o). Hasilnya kemudian diplot secara grafis atau dihitung ratio antara

 

Gambar MetodaPlanimetrik Untuk menentukan fraksi unsur / fasa dapat dibantu dengan metoda garis potong.

Gambar Metoda garis potong Maka:

% karbonditentukandarihubungan: 0,8% C = 100% P (%P adalah % volume atau % luasdariperlit)

D. Metoda Hillard

G= -10-6,64 Log



.

`Hubungan ukuran butir dengan jumlah butiran per in 2 (N) dalam pembesaran 100x adalah: N=2G-1 E. Metoda Point Count Metoda ini (ASTM Spesification E562) dapat dipergunakan untuk menghitung  jumlah fasa tertentu. % fasa yang ditinjau =

ℎ   1%  

PT=

∑ 

Contoh:

Titik uji yang berada di tengah fasa dihitung Satu Titik uji yang berada di tepi fasa dihitung setengah

2. Peralatan untuk metalografi kuantitatif Secara umum dibagi menjadi 3 kelompok yaitu: peralatan yang didasarkan pad acara  –  cara manual, cara –  cara semi otomatis dan cara –  cara otomatis

a. Cara manual Cara ini menggunakan data garis  –   garis lurus / titik  –   titik (grid titik) pada kertas/kaca transparan (mikrograf) yang dapat diletakan di atas gambar struktur mikro specimen.  b. Cara semi otomatis Prinsipnya sama dengan cara manual tapi perhitungannya lebih mudah, disamping itu pergeseran specimen dilakukan otomatis, tetapi interpretasi (misalnya: identifikasi fasa dilakukan oleh operator) c. Cara otomatis Fasa  –   fasa dikelompokan berdasarkan pada perbedaan kontras sinyal  –   sinyal listrik, disampingitu, mikroskop dihubungkan dengan computer. 2. 2.

Teori Tambahan

Metalografi merupakan disiplin ilmu yang mempelajari karakteristik mikrostruktur dan makrostruktur suatu logam, paduan logam dan material lainnya serta hubungannya dengan sifat-sifat material, atau biasa juga dikatakan suatu  proses umtuk mengukur suatu material baik secara kualitatif maupun kuantitatif  berdasarkan informasi-informasi yang didapatkan dari material yang diamati. Dalam ilmu metalurgi struktur mikro merupakan hal yang sangat penting untuk dipelajari. Karena struktur mikro sangat berpengaruh pada sifat fisik dan mekanik suatu logam. Struktur mikro yang berbeda sifat logam akan berbeda pula. Struktur mikro yang kecil akan membuat kekerasan logam akan meningkat. Dan juga sebaliknya, struktur mikro yang besar akan membuat logam menjadi ulet atau kekerasannya menurun. Struktur mikro itu sendiri dipengaruhi oleh komposisi kimia dari logam atau paduan logam tersebut serta proses yang dialaminya. Metalografi bertujuan untuk mendapatkan struktur makro dan logam sehingga dapat dianalisa sifat mekanik dari logam tersebut. metalografi dibagi menjadi dua cara, diantaranya yaitu: 1. Metalografi makro, yaitu penyelidikan struktur logam dengan 10 ± 100kali. 2. Metalografi mikro, yaitu penyelidikan struktur logam dengan 1000 kali.

mikro suatu Pengamatan pembesaran pembesaran

Untuk mengamati struktur mikro yang terbentuk pada logam tersebut biasanya memakai mikroskop optik. Sebelum benda uji diamati  pada mikroskop optik, benda uji tersebut harus melewati tahap-tahap  preparasi. Tujuannya adalah agar pada saat diamati benda uji terlihat dengan jelas, karena sangatlah penting hasil gambar pada metalografi.

Semakin sempurna preparasi benda uji, semakin jelas gambar struktur yang diperoleh. Metalografi Kuantitatif adalah ilmu yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuran-pengukuran yang dibuat pada  bidang dua dimensi dengan besaran-besaran struktur mikro dari suatu spesimen berdimensi tiga. Metalografi kuantitatif juga meruapakan  pengukuran gambar struktur dari potongan, replika, atau lapisan tipis dari logam-logam yang dapat diamati dengan mikroskop optik dan mikroskop elektron. Obyek yang diukur fasa dan butir yang meliputi : a. Fraksi volume Perhitungan fraksi volume dilakukan untuk menentukan fraksi volume dari fasa tertentu atau dari suatu kandungan tertentu. Teknik yang paling sederhana yaitu dengan melihat struktur mikro, memperkirakan fraksi luas. Atau dengan membandingkan struktur mikro dengan pembesaran tertentu terhadap standar tertentu yang terdiri dari beberapa jenis dan gambar struktur yang ideal dengan persentase yang berbeda. Dengan metode perhitungan ada dua cara. Cara yang pertama adalah dengan analisa luas yang diperkenalkan pertama kali oleh Delesse, Geologis Jerman pada tahun 1848, yang menunjukkan fraksi luas Aa, dari potongan dua dimensi adalah suatu perhitungan fraksi volume : Vv = A /AT Dimana A adalah jumlah luas fasa yang dimaksud AT adalah luas total pengukuran. Pengukuran dapat dengan metode planimetri atau dengan memotong foto fasa yang dimaksud dan mencoba membandingkan lebar 11 fasa yang dimaksud dengan lebar foto yang dimaksud. Metode ini kurang sesuai untuk fasa halus. Cara yang kedua adalah dengan analisa garis, metode ini diperkenalkan oleh Reziwal seorang Geologis Jerman pada tahun 1898. Ia mendemonstrasikan ekuivalensi antara fraksi garis LL dan fraksi volum. Pada analisa garis, total panjang dari garis-garis yang ditarik sembarangan memotong fasa yang diukur L dibagi dengan total panjang garis LT untuk memperoleh fraksi garis : LL = L /LT = Vv Cara yang kedua yaitu dengan perhitungan titik, diperkenalkan oleh Thomson 1933, Glagolev 1933, Chalkley 1943. Metode ini menggunakan  point grind dua dimensi. Caranya test grind diletakkan pada lensa okuler

atau dapat diletakkan di depan layar proyeksi atau foto dengan bantuan lembaran plastik. Pembesaran harus cukup tinggi sehingga lokasi titik uji terhadap struktur tampak jelas. Pembesaran sekecil mungkin dimana hasil memungkinkan pembesaran disesuaikan dengan daya pisah dan ukuran area untuk ketelitian statistik. Semakin kecil pengukuran semakin banyak daerah yang dapat dianalisa dengan derajat ketelitian statistik tertentu. Titik potong adalah perpotongan 2 garis grind: Pp = P /PT = L /nPo Dimana n adalah jumlah perhitungan dan Po jumlah titik dari grind. Jadi PT = nPo, jumlah total titik uji pada lensa okuler umumnya menggunakan jumlah titik terbatas yaitu 9, 16, 25, dan seterusnya dengan  jarak teratur. Sedangkan untuk grind yang digunakan didepan screen mempunyai 16, 25, 29, 64 atau 100 titik. Fraksi volume sekitar 50% sangat  baik menggunakan jumlah grind yang sedikit, seperti 25 titik. Untuk volume fraksi yang amat rendah baik digunakan grind dengan jumlah titik yang  banyak dalam kebanyakan pekerjaan, fraksi volume dinyatakan dengan  persentase dengan dikalikan 100. Ketiga metode dapat dianggap mempunyai ketelitian yang sama. V V = A A = L L = P  b. Ukuran /besar butir Metode perhitungan besar butir ada dua cara. Cara yang pertama adalah metode Planimetri yang diperkenalkan oleh Jefferies. Metodenya yaitu dengan rumus : G = [3,322 Log (NA) ± 2,95] Dimana NA adalah jumlah butir/ mm2 = (F) (n1+ n2/2) = NA F adalah bilangan Jefferies = M2 / 5000. 5000 mm2 = Luas lingkaran.  No butir dapat dilihat di table ASTM Metoda yang kedua adalah dengan metode Intercept yang diperkenalkan oleh Heyne yaitu dengan rumus : G = [6,646 log 9L3) ± 3,298] PL = P / (LT/M) Panjang garis perpotongan ; -L3 = 1 / PL

P = Jumlah titik potong batas butir deng an lingkaran LT = Panjang garis total M = Perbesaran P1 atau L3 dapat dilihat di table besar butir ASTM Sebenarnya masih banyak obyek-oblek pengukuran metalografi kuantitatif lainnya yang belum disebutkan. Seperti mengukur luas permukaan dan panjang garis volume, dan distribusi ukuran partikel dengan metode yang berbeda-beda. Semuanya dipakai sesuai dengan permintaan analisa metalografinya. Tetapi yang  paling sering menjadi obyek dalam metalografi kuantitatif biasanya adalah  perhitungan fraksi volume dan perhitungan besar atau ukuran butir. Pemeriksaan Makroskopik dan Mikroskopik a. Pemeriksaan makroskopik Pemeriksaan makroskopik adalah sebuah pemeriksaan untuk mengamati struktur dengan perbesaran 10-100 kali, biasanya digunakan mikroskop cahaya.  b. Pemeriksaan mikroskopik Pemeriksaan mikroskopik adalah sebuah pemeriksaan untuk mengamati struktur dengan perbesaran diatas 100 kali, biasanya digunakan mikroskop cahaya ataupun mikroskop elektron dan mikroskop optik.

BAB III PROSEDUR PERCOBAAN

3. 1.

Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan untuk metalografi kuantitatif adalah : 1. Membuat garis di atas plastic mika trasnparan dengan ukuran 50mm x 100mm, banyak garisnya 6. 2. Meletakan plastic mika yang sudah digarisi di atas gambar mikro yang telah disediakan. 3. Menentukan jumlah batas butir yang terpotong berdasarkan peletakan  plastic mika di atas gambar struktur mikro specimen. 4. Menghitung besar butir rata  –   rata dengan persamaan Heyn, didapatkan satuan mm lalu konversi ke micron untuk dikonversipada table ASTM 5. Mengkonversi hasil hitungan melalui table ASTM. 6. Menentukan hubungan ukuran butir melalui tabel yang disediakan.

BAB IV ANALISA

4. 1. Analisa Data

Gambar 1 Struktur mikro IF-Steel untuk metalografi kuantitatif 4. 2. Analisa Matematis

Dari data metalografi kuantitatif didapat : Jumlah garis uji (n) =6 Panjang gari uji (L) = 100 mm Pembesaran foto (v) = 400  batas butir yang terpotong (∑  )

= 74

Maka besar butir rata-ratanya adalah :

̅ =  ̅ = 

. .∑  6  1 4  74

 = 0,02  = 20 Dari hasilperhitungandidapatkannilai 20 , lalu dikonversikan ke dalam table ASTM didapatkannilai ASTM adalah 8.Angka 8 ini kemudian digunakan untuk menentukan hubungan ukuran butir yang dapat diperoleh dari table, hasilnya sebagai berikut: Tabel 1 Konversi Tabel ASTM

4. 1.

Analisa Teoritis

Secara teoritis metalografi kuantitatif ini adalah ilmu yang mempelajari secara kuantitatif hubungan antara pengukuran-pengukuran yang dibuat pada bidang dua dimensi dengan besaran-besaran struktur mikro dari suatu spesimen berdimensi tig. Pengukuran  –   pengukurannya berupa gambar struktur dari potongan, replika, atau lapisan tipis dari logam-logam yang dapat diamati dengan mikroskop optik dan mikroskop elektron. Pada praktikum ini, hasil yang didapat dari data metalografi kuantitatif adalah : Jumlah garis uji (n) =6 Panjang gari uji (L) = 100 mm Pembesaran foto (v) = 400  batas butir yang terpotong (∑  ) Maka besar butir rata-ratanya adalah :

 = 0,02  = 20 Sehingga angka ASTM nya sebesar 8

= 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5. 1.

Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian dan perhitungan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Besar butir rata-rata pada metalografi kuantitatif sebesar 0,02  = 20 2. Dari besar butir rata-rata sebesar 20 mm , didapat angka ASTM nya sebesar 8 3. Karakteristik struktur logam atau paduan logam memiliki sifat fisis dan mekanis yang berbeda tergantung dari jenis perlakuan panas dan proses pendinginannya. 5. 2.

Saran

Adapun saran setelah melakukan praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. Perhatikan dalam menentukan jumlah batas butir yang terpotong berdasarkan  peletakan plastic mika di atas gambar struktur mikro specimen. 2. Perhatikan dan teliti dalam menghitung besar butir rata  –   rata dengan  persamaan Heyn, didapatkan satuan mm lalu konversi ke micron untuk dikonversipada table ASTM. 3. Teliti dalam mengkonversi hasil hitungan melalui table ASTM.

DAFTAR PUSTAKA

1. ASM “Metal Hand Book” Metallography and Micro structures Vol 9, Metal Park, 1980. 2. Materi kuliah ilmu bahan. ITS. Surabaya 3. Surdia Tata, 19987, “Pengetahuan Bahan Teknik” , Jakarta : Pradnya Pramita

LAMPIRAN TUGAS

1. Jelaskan hubungan (Hall-Petch) antara besar butir dengan sifat mekanik suatu material Material dengan butir yang halus akan lebih keras dan kuat dibanding butiran yang kasar, disebabkan karena mempunyai jumlah permukaan lebih besar pada total area lapisan  butir yang akan menghambat pergerakan dislokasi. Penurunan ukuran butir biasanya lebih  baik dalam meningkatkan ketangguhan. Dalam banyak hal, variasi yield strength dengan ukuran butir mengacu pada persamaan Hall-Petch σy =σ0 +ky d Dimana σ0 adalah tegangan geser yang berlawanan arah dengan pergerakan dislokasi pada butir, d adalah diameter butir dan k adalah suatu konstanta yang merepresentasikan tingkat kesulitan untuk menghasilkan suatu dislokasi baru pada butir  berikutnya Walaupun demikian, pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis memiliki batasan dimana butir yang terlalu halus (<10nm) akan menurunkan sifat mekanis akibat grain boundary sliding. Diameter ukuran butir d dapat di kontrol melalui : 

laju pembekuan (solidification),



deformasi plastis, dan



Perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai.

Struktur butir dengan kehalusan tinggi pada material baja dapat diperoleh dengan kombinasi dari proses pengerjaan panas dan pendinginan terkendali serta pengaruh  penambahan paduan. Dalam hal ini ukuran butir dikendalikan melalui pengaturan temperatur dan besar deformasi dalam suatu konsep perlakuan thermomekanik atau TMCP. 2. Apakah hubungan tersebut diatas berlaku juga untuk besi cor? Jelaskan Hall-Petch berkaitan dengan besi Cor. Karena pada besi cor tidak hanya ada satu  bahan material logam, bias terdapat beberapa unsur logam yang nantinya akan membentuk  paduan logam. Apa bila kita ingin membentuk keandalan bahan tersebut kita bias memberikan heat treatment bahan tersebut setelah dingin sehingga nantinya kita mendapatkan keandalan benda tsb sesuai dengan yang kita inginkan. 3. Jelaskan mengapa perkiraan kandungan karbon hanya dapat ditentukan terhadap material baja karbon dalam kondisi annealing. Pada saat anealling, benda atau material akan memuai dan terlihat strukturnya. Perbedaan  jenis logam antara karbon dengan logam lain akan terlihat karena proses ini