Uji Kemampukerasan Jominy Test: Pengertian, Prinsip, Cara Kerja Percobaan, Fungsi, Tujuan, Kurva Uji,

Pengertian Kekerasan, Hardness. Kekerasan menunjukkan daya tahan material umumnya logam terhadap deformasi plastic dengan cara penekanan (penetrasi).

Pengertian Kemampukerasan, Hardenability. Kemampukerasan adalah kemampuan material umumnya logam untuk dapat dikeraskan dengan perlakuan khusus heat treatment.

Pengaruh Kadar Karbon Terhadap Kemampukerasan Baja

Hubungan antara kekerasan dengan meninggkatnya kadar karbon baja pada heat treatment tertentu ditunjukkan pada gambar berikut:

Dari gambar dapat diketahui, bahwa baja karbon tinggi lebih mampu untuk dikeraskan dibandingkan dengan baja karbon rendah. Baja karbon 0,8 persen dapat dikeraskan hingga 700 BHN dengan struktur martensit, sedangkan baja karbon 0,2 persen hanya dapat dikeraskan hingga 500 BHN dengan struktur martensit.

Artinya baja karbon tinggi memiliki hardenability yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja karbon rendah.

Kekerasan maksimum dapat dicapai baja karbon bila terbentuk struktur martensi 100 persen. Baja yang dapat bertransformasi dengan sangat lambat dari fasa austenite menjadi fasa ferit dan karbida akan mempunyai kemampukerasan yang tinggi. Hal ini karena fasa austenite akan mampu bertranformsi menjadi struktur martensit.

Sebaliknya, Baja yang dengan cepat bertransformasi dari fasa austenite menjadi ferit dan karbida memiliki kemampukerasan yang rendah. Ketika fasa austenite dengan cepat bertransformasi menjadi ferit dan karbida, maka struktur martensit tidak terbentuk. Diketahui bahwa struktur  ferit dan kabida (pearlit) memiliki kekerasan yang rendah.

Tujuan dan Fungsi Uji Hardenability,

Beberapa tujuan dilakukannya uji kemampukerasan diantaranya adalah:

• Mendapatkan nilai kekerasan tertinggi suatu bahan
• Mengetahui struktur mikro bahan pada kekerasan yang diinginkan
• Mendapatkan Kurva Kemampukerasan Material
• Sebagai rujukan untuk rancangan perlakuan panas bahan
• Membandingkan kekerasan antara suatu bahan

Prinsip Uji Kemampukerasan, Hardebability Jominy Test,

Jominy Test sebenarnya merupakan percobaan perlakuan panas yang bertujuan memodifikasi struktur mikro logam (misal baja karbon) dari struktur awal ke struktur yang lebih keras menggunakan standar yang berlaku yaitu ASTM Standard A255 – 02 tentang Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel.

Cara kerjanya dimulai dengan memanaskan sampel uji dalam tungku (furnace) hingga mencapai temperature austenite atau proses autenisasi dan dibiarkan beberapa waktu untuk mendapatkan kehomogenan temperature sepanjang sampel uji.

Pemanasan dilakukan pada temperature 830 sampai 900 Celcius dengan waktu tahan 20 sampai dengan 40 menit.

Kemudian sampel uji dikeluarkan dan dipasang pada pegangan sehingga tergantung di dalam drum quenching. Ujung bawah sampel uji di quench dengan menggunakan semburan air yang memiliki kecepatan aliran dan tekanan tertentu.

Selanjutnya, dilakukan uji kekerasan di sepanjang sampel dengan metoda Rockwell. Hasil uji dibuatkan plot kurva yang menunjukkan hubungan antara kekerasan dengan jarak uji kekerasan dari ujung sampel yang diquench hingga akhir sampel.

Kurva Kemampukerasan Jominy Test, Kurva Hardenability Jominy Test,

Kurva Kemampukerasan merupakan kurva yang menunjukkan hubungan antara kekerasan dengan jarak pada sampel uji hasil percobaan Jominy Test.

Nilai kekerasan sepanjang sampel hasil Jominy Test ditunjukkan pada gambar berikut:

Secara umum dapat dikatakan bahwa nilai kekerasan menurun dengan semakin jauhnya dari posisi permukaan ujung sampel yang diquench.

Nilai tertinggi terdapat pada permukaan yang langsung bersentuhan dengan semburan air. Untuk baja karbon nilai kekerasan tertinggi diperoleh akibat terbentuknya struktur martensit. Pada permukaan ujung quench, pendinginan terjadi sangat cepat, sehingga austenite tidak sempat bertransfomasi menjadi ferit dan kabida atau pearlite.

Nilai terrendah dimiliki oleh bagian sampel uji yang posisinya terjauh dari ujung sampel yang diquench. Pada posisi terjauh, pendinginan terjadi dengan sangat lambat, sehingga austenite bertransformasi menjadi ferit dan perlit yang lunak.

Peralatan Utama Mesin Uji Kemampukerasan Hardenability Jominy Test.

Secara umum peralatan untuk percobaan Jominy Test adalah Drum quench, Pipa air, Pegangan sampel uji, Keran air seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Drum Quench merupakan tempat dilakukannya proses quenching atau pendiginan cepat sampel uji.

Pengangan Sampel merupakan pelat untuk menggantung sampel uji sehingga bagian ujung sampel bagian bawah dapat disembur air.

Keran Air berfungsi untuk mengatur kecepatan atau debit aliran air yang digunakan untuk proses quenching.

Pipa Air berfungsi memasok air yang digunakan pada percobaan dari kolam sumber air ke drum quench.

Standar Sampel Uji Hardenability Jominy Test

Merujuk pada ASTM Standard A255 – 02, sampel uji yang digunakan pada Jominy Test memiliki ukuran diameter 25 mm dengan Panjang 100 cm. Secara rinci ukuran standar sampel uji, jarak nozzle air dan peganggan sampel ditunjukkan pada gambar berikut:

Kurva Pendinginan Diagram Continuous Cooling Transformation Jominy Test

Diagram CCT, Continuous Cooling Transformation digunakan untuk memprediksi pengaruh laju pendinginan terhadap fasa yang akan terbentuk. Diagram CCT untuk baja karbon ditunjukkan pada gambar berikut:

Pada diagram terdapat tiga kurva pendinginan kontinyu dengan laju pendinginan berbeda yang merepresentasikan posisi dari ujung quench sampel.

Kurva pendinginannya adalah kurva (a), (b), dan (c) yang menunjukkan awal dan akhir dari tranformasi austenite menjadi fasa atau struktur baja akhir di sepanjang sampel uji.

Kurva pendinginan (a) merepresentasikan laju pendinginan pada permukaan ujung quench sampel uji. Dengan laju pendinginan ini, austenite akan bertransformasi menjadi martenist.  Contoh struktur martensit baja karbon ditunjukkan pada gambar berikut:

Kurva pendinginan (b) merepresentasikan pendinginan pada bagian yang lebih jauh dari posisi ujung quench sampel. Kurva pendinginan (b) lebih lambat dibanding dengan laju pendinginan kurva (a).

Pada laju pendinginan kurva (b) akan menghasilkan baja  yang mengandung struktur bainit dan martensi. Bainit lebih lunak dibandingkan martensit. Sehingga secara keseluruhan baja ini lebih lunak dibandingkan baja dari pendinginan kurva (a). Contoh struktur bainit baja karbon ditunjukkan pada gambar berikut:

Sedangkan kurva pendinginan (c) merepresentasikan pendinginan pada posisi terjauh dari ujung quench (jarak sekitar 70mm).

Pendinginan ini sangat lambat, sehingga akan menghasilkan fasa ferit dan perlit yang lebih lunak dari bainit. Contoh ferit dan struktur perlit baja karbon ditunjukkan pada gambar berikut:

Faktor Yang Mempengaruhi Hardenability Jominy Test

Komposisi kimia merupakan factor penting yang dapat mempengaruhi hardenability. Karbon merupakan unsur dasar yang dimiliki baja karbon yang mampu meningkatkan hardenability. Selain karbon, unusr paduan sering ditambahkan pada baja agar dapat mempengaruhi perilaku baja saat perlakuan panas.

Pengaruh Kadar Karbon Pada Hardenability Baja Jominy Test

Karbon merupakan salah satu unsur yang secara jelas dapat mempengaruhi kemampuan baja untuk dikeraskan dengan perlakuan panas. Variasi kandungan karbon pada baja paduan seri 8600 dapat dilihat pada table berikut:

Keempat baja paduan seri 8600 tersebut memiliki unsur paduan Mangan, Krom, Nikel dan Molibdenum yang sama, sehingga unsur unsur paduan tersebut dapat diabaikan pengaruhnya terhadap hardenability.

Baja paduan seri 8600 tersebut memiliki perbedaan pada kandungan unsur karbon yang akan mempengaruhi pada kemampukerasan baja.

Gambar berikut menunjukkan pengaruh kandungan karbon pada hardenability baja paduan seri 8600.

Secara umum dapat dikatakan, bahwa semakin tinggi kandungan karbon, maka hardenability baja menjadi lebih tinggi, yang ditunjukkan oleh posisi kurva yang lebih tinggi.

Dari kurva hardenability di atas, dapat diketahui, bahwa unusr karbon memiliki pengaruh yang sangat kuat terhadap hardenability baja. Perbedaan kekerasan sudah tampak dari ujung quench hingga ke bagian terjauh sampel yaitu sekitar 50 mm dari ujung quench.

Pengaruh Unsur Paduan Pada Hardenability Baja Jominy Test

Pada Beberapa baja ditambahkan unsur unsur paduan agar diperoleh sifat sifat yang sesuai dengan aplikasinya. Berikut disajikan beberapa baja paduan dengan komposisi kimia yang berbeda.

Kelima jenis baja memiliki unsur karbon dan mangan yang relative sama, sehingga kedua unsur ini dapat diabaikan pengaruhnya terhadap hardenability Jominy Test.

Pengaruh unsur paduan terhadap kemampukerasan baja dapat dilihat pada gambar berikut:

Baja paduan memiliki kekerasan yang relative sama pada posisi didekat permukaan ujung quench, yaitu sekitar 57 HRC. Hal ini menunjukkan bahwa unsur paduan tidak cukup memberikan pengaruhnya terhadap kekerasan baja ketika kecepatan pendinginan dilakukan  sangat cepat yaitu 270⁰C/detik.

Pada laju pendinginan yang cepat ini, baja paduan memiliki struktur martensit 100 persen.

Unsur paduan baru berpengaruh pada jarak yang lebih jauh dari ujung quench, yaitu pada laju pendinginan yang lebih rendah.

Tampak sangat jelas perbedaan dari kurva hardenability untuk baja paduan SAE 4340 dengan baja paduan SAE 5140. Kedua baja ini mengandung karbon, mangan dan krom yang relative sama, namun baja SAE 4340 mengandung unsur paduan Nikel dan Molibdenum.

Baja paduan 4340 memiliki kekerasan 57 HRC, pada jarak 10 mm dari ujung quench sampel, sedangkan baja paduan 5140 pada jarak yang sama memiliki kekerasan 46 HRC. Sangat jelas bahwa unsur paduan nikel dan molibdenum mampu meningkatkan hardenability baja pada laju pendinginan yang lebih rendah.

Pada jarak 10 mm dari ujung quench, terjadi pendinginan yang lebih lambat yaitu sekitar 28⁰C/detik. Pada pendinginan ini unsur paduan mulai memberikan pengaruh yang cukup kuat terhadap pembentukan struktur martensit.

Pada laju pendinginan 28⁰C/detik (yang bersesuai dengan jarak 10 mm dari ujung quench) Baja 4340 memiliki struktur martensit hampir 100 persen. Sedangkan baja SAE 5140 mengadung martensit sekitar 60 persen.

Dari sini sangat jelas, bahwa unsur paduan nikel dan molibdenum dapat menahan laju transformasi fasa austenite ke ferit dan perlit, sehingga austenite bertranformasi ke struktur martensit.

Daftar Pustaka:

1. Anrinal, 2013, “Metalugri Fisik”, Penerbit CV. Andi Offset, Yogyakarta.
2. Callister, Jr. William D. ,2010, “Materials Science And Engineering An Introduction”, 8th edition, Utah, John Wiley & Sons,inc.
3. George E. Dieter, 1988, “Mechanical Metallurgy”, SI Metric Edition, Maryland USA, McGraw-Hill Book Company UK Limited.
4. Betzalel Avitzur, 1983, “Handbook of Metal-Forming Process”, John Wiley & Sons Inc., New York.
5. Lange, K. 1985, “Handbook of Metal Forming”, MC Graw-Hill, New Jersey
6. Hosford, W. F., 1993, “Metal Forming, Mechanics & Metallurgy”, Second edition, Printice-Hill, Inc., New Jersey.
7. Backofen, W. A., 1972, “Deformation Processing”, Addison-Willey Publishing Company, Massachusett.
8. Dieter, G.E., 1988,”Workability Testing Techniques”, ASM, Metal Park, Ohio.