Andoko (2014) Perubahan Sifat Mekanik Besi Cor Nodular Akibat Perlakuan Panas. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Besi cor nodular merupakan bahan yang banyak digunakan pada industri manufaktur, karena besi cor nodular memilki sifat mekanik yang unggul dibandingkan dengan besi cor pada umumnya. Rekayasa untuk meningkatkan sifat mekanik besi cor nodular terus dilakukan, salah satunya melalui perlakuan panas, baik perlakuan panas konvensional single step , maupun perlakuan panas baru two step . Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan sifat mekanik besi cor nodular yang diperlakukan panas, Sifat mekanik yang dimaksud adalah kekuatan tarik, kekerasan, ketangguhan impak dan perambatan retak lelah. Perlakuan panas single step austempered dilakukan pada suhu austenit 900°C dengan waktu tahan ( holding time ) 60 menit, kemudian di quenching pada air garam dengan suhu austemper yang bervariasi, yaitu 280, 310 dan 340°C selama 60 menit dan 120 menit. Perlakuan panas two step austempered terdiri atas dua langkah austemper . Langkah pertama setelah austenisasi pada suhu 900°C dengan waktu tahan ( holding time ) 60 menit di quenching pada suhu awal austemper 260°C selama 10 menit, kemudian pada langkah kedua suhu austemper dinaikkan menjadi 280, 310, dan 340°C, masing-masing dengan waktu tahan 60 menit dan 120 menit. Hasil perlakuan panas two step terhadap sifat mekanik khususnya kekuatan tarik dan kekerasan menunjukkan nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan single step . Harga kekuatan tarik dan kekerasan maksimum two step terjadi pada suhu austemper 340°C dan waktu tahan 60 menit. Kekuatan tarik maksimum two step pada suhu 340°C dengan waktu tahan 60 menit mencapai 1246 MPa, sedangkan pada suhu austemper di bawahnya yaitu 310°C dan 280°C angka kekuatan tarik maksimum mencapai 1012 MPa dan 940 MPa. Kekuatan tarik maksimum single step terjadi pada suhu 340°C dengan holding time 120 menit. Kekuatan tarik tersebut mencapai 894 MPa. Kekerasan maksimum juga terjadi pada perlakuan panas two step, yaitu suhu austemper 340°C, selama 60 menit memilki nilai sebesar BHN 365, kemudian disusul suhu dibawahnya yaitu 310°C dan 280°C dan memiliki kekerasan masing-masing BHN 354, 328. Kekerasan maksimum pada single step terjadi pada suhu austemper 340°C dengan waktu tahan 120 menit yang mempunyai harga sebesar BHN 348, kemudian suhu austemper di bawahnya 310°C, dan 280°C memiliki kekerasan BHN 324, dan 318. Harga ketangguhan impak pada suhu austemper 340°C dengan waktu tahan 60 menit justru mengalami penurunan. Harga ketangguhan maksimum diperoleh pada single step dengan suhu austemper 280°C selama 120 menit, yaitu sebesar 120J. Pengamatan terhadap perilaku retak lelah dilakukan pada perbandingan tegangan R=0 dan frekuensi 11 Hz. Hasil pengamatan dibuat grafik hubungan antara panjang retak (a) dan jumlah siklus (N), serta grafik hubungan antara laju perambatan retak lelah (da/dN) dengan faktor intensitas tegangan ( Δ k). Selain kedua pengamatan di atas, juga dilakukan analisa terhadap permukaan patahan hasil uji perambatan retak lelah dengan menggunakan SEM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan panas two step pada suhu austemper 340°C dengan holding time 60 menit menunjukkan perambatan retak lelah yang lebih lambat dibandingkan suhu dan waktu di bawahnya. Lambatnya perambatan retak lelah umumnya diakibatkan oleh persentase fase matrik perlit lebih besar dibandingkan dengan matrik ferit. Selain itu juga akibat jarak, ukuran, jumlah dan distribusi grafit nodularnya relatif merata. Hasil tersebut juga dikuatkan melalui analisa permukaan patahan ( fracture surface ). Permukaan patahan yang terjadi pada suhu austemper 340°C dengan holding time 60 menit, menunjukkan patah ulet ( ductile fracture ), sedangkan suhu dan waktu di bawahnya memliki kecenderungan patah getas ( brittle fracture ).
English Abstract
Nodular Cast Iron (NCI) is material that has been used in many manufacturing industrIes because of its mechanical properties that much better than cast iron. In order to increase the mechanical properties of cast iron, many research have been conducted. One of them was through the heat treatment, either single step or two step heat treatments. This research aimed to understand the changing of NCI mechanical properties by heat treatment process. Mechanical properties observed in this research were tensile strength, hardness, impact toughness and fatigue crack growth. Single step austempered was conducted at austenite temperature of 900 °C with holding time of 60 minutes, then quenched in salt water with variations of temperatures and times (289, 310, and 340 °C ; 60 and 120 minutes). Two step austempered heat treatment method was consist of two step austemper. The first step was austenization at 900 °C, holding time of 60 minute and quenched at 260 °C as the first austemper temperature for 10 minutes. The second step conducted by increasing austemper temperature at 280, 310, and 340 °C for 60 and 120 minutes respectively. The results of two step heat treatment shown by the increment of mechanical properties especially tensile strength and hardness compared to single step heat treatment. Maximum value of tensile strength and hardness were at austemper temperature of 340 °C and 60 minutes of holding time.Maximum tensile strength of two step heat treatment at 340 °C and 60 minutes of holding time was 1246 MPa, while on the other temperature which were 310 °C and 280 °C, maximum tensile strength were 1012 MPa and 940 MPa respectively. Maximum tensile strength of single step was happened at 340 °C with 120 minutes of holding time. It reached 894 MPa. Maximum hardness also happened for two step heat treatment, which was austemper temperature of 340 °C for 60 minutes at BHN 365. Hardness values were then followed by the results at temperature 310 °C at 354 BHN and 280 °C at 328 BHN. Maximum hardness on single step heat treatment was shown at 348 BHN for austemper temperature of 340 °C and 120 minutes holding time. It was followed by the rest of austemper temperatures at 310 °C and 280 °C with the hardness values of BHN 324 and BHN 318. Impact toughness value was decreased at austemper temperature of 340 °C and 60 minutes holding time. The highest toughness value was 120 J at austemper temperature of 280 °C and 120 minute holding time. Fatigue crack growth has been observed on stress comparation R = 0 and frequency of 11 Hz. The result was shown by graph of crack length (a) and cycle number (N) relationship, also graph of fatigue crack growth rate (da/dN) with stress intensity factor ( Δ k). Despite of two observations above, analysis on fracture surface has been conducted using Scanning Electron Microscope (SEM). The result showed slow fatigue crack growth at two step heat treatment using austemper temperature of 340 °C. This was happened because perlite phase percentage greater then ferrite matrix, also the distance, size, amount and nodular graphite distribution that relatively homogen. Fracture surface analysis was made strong point to support the results. Fracture surface on 340 °C austemper temperature at 60 minutes holding time showed ductile fracture, while the other temperature below 340 °C showed brittle fracture.
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/669.141 3/AND/p/061403315 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 669 Metallurgy > 669.1 Ferrous metals |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 14 Jul 2014 10:15 |
| Last Modified: | 14 Jul 2014 10:15 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161347 |
Actions (login required)
 |
View Item |