KEMAMPUKERASAN (HARDENABILITY) Myrna Ariati Wahyuaji NP Departemen Metalurgi & Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Hardenability Sifat yang menentukan kedalaman dan distribusi kekerasan yang ditimbulkan pada proses quenching dari austenit. • Ditentukan oleh berbagai faktor: – Komposisi kimia – Ukuran butir austenit - Struktur baja sebelum quenching • Menentukan hardenability dengan : – Pengujian Jominy – Pengujian Grossman

Metode Jominy

JOMINY TEST Panjang 100 mm Diameter 25,4 mm

Metode Jominy • Batang diameter 1 in • Letakkan pada standar sampel Jominy dengan bagian ujungnya didinginkan dengan air • Setelah pendinginan, sampel di amplas rata pada satu sisi, dan diukur kekerasan sepanjang batang sampel. • Sampel dipotong untuk dianalisa struktur mikronya • Hubungkan struktur mikro dengan kekerasan. – Didapat bahwa laju pendinginan mempengaruhi sifat mekanisnya. – Dapat dibuat diagram CCT dengan mengetahui jumlah struktur mikro dan kekerasannya.

CCT dari Jominy

Faktor-faktor yang mempengaruhi hardenability • %C : %C naik, hardenability naik dan kekerasan naik • Jumlah paduan: Jumlah paduan naik, hardenability naik; – Prosentase martensit tinggi pada laju pendinginan rendah – Jika martensit tidak terbentuk, dapat membentuk struktur Bainit. – misal 4140 & 4340 memiliki martensit dan bainit,sedalam 1-2 in. – 1040 memiliki struktur ferrite + bainite • Ukuran butir austenit: makin besar ukuran butir hardenability akan meningkat • “H” Steels (i.e., 4140H) – H steels - guaranteed restricted hardenability band

Hardenability of 6 steels

JOMINY HARDENABILITY Jo = 60 x C + 20 HRC (C<0,6) J6-80 = 95C - 0,0028s2C + 20Cr + 38Mo +14 Mn + 6Ni + 6Si + 39V + 96P - 0,8K - 12s + 0,9s - 13 HRC Jo-40(CHS) = 74C + 14Cr + 5,4Ni + 29Mo + 16Mn - 16,8s + 1,386s + 7 HRC Jo-40(HS) = 102C + 22Cr + 7 Ni + 21Mn - 15,47s + 33 Mo + 1.102s - 16 HRC J = Jominy Hardness, HRC s= Jominy distance K = Ukuran butir ASTM

Plot Jominy Test

Metode Grossman

Istilah H = quench severity factor (oli 0.2 – air garam 5.0) Do (D, Dc) = Diameter batang kritis dimana menghasilkan 50% martensite pada bagian tengah pada H yang diketahui Di = Diameter ideal dimana terdapat 50% martensite pada bagian tengah dengan H = ~ (ideal quench) Hubungan antara Do, Di, dan severity of quench (H)

Metode Grossman Melakukan suatu seri pengerasan baja silinder dengan diameter 0.5-2.5 in. Setiap batang dengan diameter berbeda diquench dalam media quench (diketahui nilai H) Tentukan batang dengan 50% martensite di bagian tengah. Tentukan diameter kritis Do (in inches) yaitu batang dengan 50% martensite di bagian tengah Dimana batang tak dapat terkeraskan hingga bagian tengah untuk batang dengan diameter > Do

Ideal critical diameter (Di) Diameter kritis ideal (Di) – Tidak tergantung keragaman laju pendinginan – Diameter batang dengan 50% martensit pada bagian tengah dengan quench ideal. Ideal quench: Panas hilang sesegera mungkin begitu batang kontak dengan media quench. Sebagai contoh; mengasumsikan permukaan langsung mempunyai temperatur T sama dengan media quench dan didiamkan disana. H = Koefisien heat transfer / Konduktifitas thermal

Faktor yang mempengaruhi Di • Untuk besar butir konstan – Di bertambah dengan bertambahnya %C – (contoh, hardenability tinggi dengan pertambahan %C) • Untuk Carbon konstan - Di bertambah dengan bertambahnya besar butir (no butir ASTM semakin kecil). Lihat Gambar 4-4

Gambar 4-4 Pengaruh besar butir dan % C pada Di

Pengaruh ukuran butir austenit terhadap hardenability Semakin banyak batas butir austenit semakin mudah untuk pearlit untuk terbentuk dibandingkan martensit Lebih kecil ukuran butir austenit, semakin rendah hardenability bahan Semakin besar ukuran butir austenit, semakin besar hardenability.

Contoh Diketahui Di = 2.2 in. Berapakah diameter aktual Do jika baja dilaku panas celup oli dengan agitasi moderat..? Langkah – langkah : • Tentukan H: Table 4-4 • Tentukan Do : Figure 4-3 Jawab : Calculation of Di ASTM standard A255 H = 0.4 Do = 0.9 in.

Tabel 4-4. Faktor “H” untuk berbagai media quench.

Pengaruh Di dan H terhadap Do

Pengaruh komposisi paduan terhadap hardenability Dengan bertambahnya %C hardenability meningkat • Secara umum penambahan paduan akan menambah hardenability • Kecuali – S (Karena membentuk MnS) – Co (karena menambah laju pengintian dan pertumbuhan pearlite) – Ti (Karena bereaksi dengan C membentuk TiC) • Gambar 4-5. menunjukkan pengaruh dari setiap penambahan paduan.

Contoh Hitung hardenability dari baja 8630 (0.3%C, 0.3%Si, 0.7%Mn, 0.5%Cr, 0.6%Ni,0.2%Mo) dengan besar butir ASTM 7 • Hitung diameter dasar Di (Figure 4-4) • Hitung faktor pengali dari setiap unsur (Figure 4-5) • Diameter kritis didapat dengan mengalikan diameter dasar Do dengan faktor pengali.

Gambar 4-4.

Gambar 4-5. Faktor Pengali Tiap Unsur Paduan

Perhitungan

Contoh 2 Paduan 8740 (C 0.40, Ni 0.55, Cr 0.5, Mo 0.25) ukuran butir 7. • Tentukan Di Gambar 4-4 • Cari faktor pengali, gambar 4-5 Asumsikan Si = 1.2, Mn = 0.7

Perhitungan