Jumat, 30 November 2012

metalografi



BAB I
PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

     Pengetahuan metalografi pada dasarnya mempelajari karakteristik struktural dan susunan dari suatu logam atau paduan logam. Biasanya tidak melalui suatu keseluruhan potongan disebabkan oleh pembawaan hydrogen atau logam.

Dewasa ini terdapat berbagai jenis bahan yang digunakan pada proses manufaktur. Namun, sebelum diketahui atau digunakan dalam industri atau bagian-bagian yang lain, karakteristik structural atau susunan dari logam atau paduannya yang akan dipakai atau ditawarkan pada industri untuk keperluan lainnya.

Dari hal inilah, orang mulai mencoba untuk melakukan uji mmetalografi pada suatu material. Sehingga dengan cara ini dapat diperoleh bahan dengan sifat-sifat yang sesuai dengan tujuan tertentu untuk memenuhi nkebutuhan teknologi modern yang meningkat.

Untuk itu, pengujian metalografi sangat berguna dalam berbagai dunia industri, terutama pada industri logam dan otomotif. Karena kebutuhan akan logam ini semakin meningkat, maka banyak industri manufaktur menyuplai bahan logam yang ada di pasaran san telah melalui berbagai proses pengujian bahan.





















1.2    Tujuan dan Manfaat Pengujian
A.      Tujuan Pengujian
Setelah melakukan pengujian metalografi praktikan dapat :
1.      Menjelaskan tujuan dari proses metalografi.
2.      menjelaskan langkah-langkah pengujian Metalografi.
3.      Mengetahui bahan dan alat yang digunakan pada pengujian metalografi.
4.      Mengetahui bentuk-bentuk fasa dari logam.
5.      menganalisa ukuran butir dan membbandingkan dengan grain size ASTM.
6.      Menjelaskan hubungan antara struktur mikro dan karakteristik butir terhadap bahan.
7.      Mampu melakukan pengujian metalografi.
B.      Manfaat Pengujian
1.      Bagi Praktikan
·         Dapat mengetahui dampak perlakuan panas dan media pendingin terhadap karakteristik logam.
·         Dapat melihat perbedaan setiap fasa logam yang diuji.
·         Dapat mengoperasikan mikroskop untuk pengamatan pada bahan yang lain.
2.      Bagi Industri
·         Dengan pengujian metalografi, dapat diketahui suatu logam atau paduannya yang mempunyai kekuatan yang tinggi dan ekonomis.
·         Dapat diperoleh bahan dengan sifat-sifat yang sesuai dengan kebutuhan industri.























BAN II
LANDASAN TEORI
2.1  Teori Dasar
A.  Defenisi 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 mikro suatu logam sehingga dapat dianalisa sifat mekanik dari logam tersebut. Pengamatan metalografi dibagi menjadidua,yaitu:

1. Metalografi makro, yaitu penyelidikan struktur logam dengan pembesaran 10 ± 100kali.
2. Metalografi mikro, yaitu penyelidikan struktur logam dengan pembesaran 1000 kali.

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. Adapun tahapan preparasinya meliputi pemotongan, mounting, pengampelasan, polishing dan etching (etsa).











B.  Jenis-jenis mikroskop
1. Mikroskop cahaya
Mikroskop cahaya atau dikenal juga dengan nama "Compound light microscope" adalah sebuah mikroskop yang menggunakan cahaya lampu sebagai pengganti cahaya matahari sebagaimana yang digunakan pada mikroskop konvensional. Pada mikroskop konvensional, sumber cahaya masih berasal dari sinar matahari yang dipantulkan dengan suatu cermin datar ataupun cekung yang terdapat dibawah kondensor. Cermin ini akan mengarahkan cahaya dari luar kedalam kondensor.
Gambar 2.1 mikroskop cahaya



Pada mikroskop ini, kita dapat melihat bayangan benda dalam tiga dimensi lensa, yaitu lensa obyektif, lensa okuler dan lensa kondensor.

·      Lensa obyektif berfungsi guna pembentukan bayangan pertama dan menentukan struktur serta bagian renik yang akan terlihat pada bayangan akhir serta berkemampuan untuk memperbesar bayangan obyek sehingga dapat memiliki nilai "apertura" yaitu suatu ukuran daya pisah suatu lensa obyektif yang akan menentukan daya pisah spesimen, sehingga mampu menunjukkan struktur renik yang berdekatan sebagai dua benda yang terpisah.

·      Lensa okuler, adalah lensa mikroskop yang terdapat di bagian ujung atas tabung berdekatan dengan mata pengamat, dan berfungsi untuk memperbesar bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif berkisar antara 4 hingga 25 kali.

gambar 2.2 lensa obtyektif dan lensa okuler

  • Lensa kondensor, adalah lensa yang berfungsi guna mendukung terciptanya pencahayaan pada obyek yang akan dilihat sehingga dengan pengaturan yang tepat maka akan diperoleh daya pisah maksimal.
Jika daya pisah kurang maksimal maka dua benda akan terlihat menjadi satu dan pembesarannyapun akan kurang optimal.


gambar 2.3 lensa kondensor

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.

gambar 2.4 mikroskop electron



Jenis-jenis mikroskop elektron

1.   Mikroskop transmisi elektron (TEM)

Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron microscope-TEM)adalah sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di mana elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil tembusannya pada layar.













gambar 2.5 mikroskop transmisi elektron

Cara kerja
Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan kinerja hingga mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama dengan pembesaran sampai satu juta kali. Meskipun banyak bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan mikroskop transmisi elektron ini.
Adanya persyaratan bahwa "obyek pengamatan harus setipis mungkin" ini kembali membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki obyek yang tidak dapat dengan serta merta dipertipis. Karena itu pengembangan metode baru mikroskop elektron terus dilakukan.

2.   Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)

Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)adalah merupakan salah satu tipe yang merupakan hasil pengembangan dari mikroskop transmisi elektron (TEM).

Gambar 2.6 mikroskop pemindai transmisi electron


Pada sistem STEM ini, electron menembus spesimen namun sebagaimana halnya dengan cara kerja SEM, optik elektron terfokus langsung pada sudut yang sempit dengan memindai obyek menggunakan pola pemindaian dimana obyek tersebut dipindai dari satu sisi ke sisi lainnya (raster) yang menghasilkan lajur-lajur titik (dots)yang membentuk gambar seperti yang dihasilkan oleh CRT pada televisi / monitor.

3.   Mikroskop pemindai elektron (SEM)

Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.
.
gambar 2.7 mikroskop pemindai elektron

Cara kerja
Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

4.   Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)

Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.
Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah bahan alami yang ingin diamati secara detil tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut bisa terlaksana.
gambar 2.8 mikroskop pemindai lingkungan elektron



Cara kerja
Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.
Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah bahan alami yang ingin diamati secara detil tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut bisa terlaksana.
Pertama-tama dilakukan suatu upaya untuk menghilangkan penumpukan elektron (charging) di permukaan obyek, dengan membuat suasana dalam ruang sample tidak vakum tetapi diisi dengan sedikit gas yang akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan elektron dapat dihindari.
Hal ini menimbulkan masalah karena kolom tempat elektron dipercepat dan ruang filamen di mana elektron yang dihasilkan memerlukan tingkat vakum yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memisahkan sistem pompa vakum ruang obyek dan ruang kolom serta filamen, dengan menggunakan sistem pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau lebih piringan logam platina yang biasa disebut (aperture) berlubang dengan diameter antara 200 hingga 500 mikrometer yang digunakan hanya untuk melewatkan elektron , sementara tingkat kevakuman yang berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga.

5.   Mikroskop refleksi elektron (REM)

Yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Reflection electron microscope (REM), adalah mikroskop elektron yang memiliki cara kerja yang serupa sebagaimana halnya dengan cara kerja TEM namun sistem ini menggunakan deteksi pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus digunakan dengan menggabungkannya dengan tehnik Refleksi difraksi elektron energi tinggi (Reflection High Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi pelepasan spektrum energi tinggi (reflection high-energy loss spectrum - RHELS).

gambar 2.9 mikroskop refleksi elektron

C. Mekanisme Difusi
Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui tiga mekanisme, yaitu difusi sederhana (simple difusion),d ifusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein transmembran (simple difusion by chanel formed), dan difusi difasilitasi (fasiliated difusion).
Difusi sederhana melalui membrane berlangsung karena molekul -molekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (lipid) sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran sel permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A, D, E, dan K serta bahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu, memmbran sel juga sangat permeabel terhadap molekul anorganik seperti O,CO2, HO, dan H2O. Beberapa molekul kecil khusus yang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui saluran atau chanel. Saluran ini terbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat melaluinya. Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa, dan beberapa garam – garam mineral , tidak dapat menembus membrane secara langsung, tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus membran.




D.     Langkah-langkah pemeriksaan metalografi (Pemotongan,Pengamplasan,Penggerindaan,Pemolesan, Pengetsaan dan Pemeriksaan Mikroskop
1.      Pemotongan
Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskop optik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pada umumnya bahan komersial tidak  homogen sehingga satu sampel yang diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap representatif.Pengambilan sampel harus direncanakan sedemikian sehingga menghasilkan sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata bahan/kondisi ditempat-tempat tertentu(kritis) dengan memperhatikan kemudahan pemotongan pula. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh untuk pengamatan mikrostruktur material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai.
Pada saat pemotongan jangan sampai merusak struktur bahan akibat gesekan alat potong dengan benda uji. Untuk menghindari pemanasan setempat atau berlebihan dapat digunakan air sebagai pendingin. Berdasarkan tingkat deformasi yang dihasilkan, teknik pemotongan terbagi menjadi dua yaitu : teknik pemotongan dengan deformasi yang besar menggunakan gerinda, sedangkan teknik pemotongan dengan deformasi yang kecil menggunakan low speed diamond saw.
Teknik pemotongan sampel dapat dilakukan dengan :
a.       pematahan : untuk bahan getas dank eras
b.      pengguntingan : untuk baja karbon rendah yang tipis dan lunak
c.       penggergajian : untuk bahan yang lebih lunak dari 350 HB
d.      pemotongan abrasi
e.       electric discharge machining : untuk bahan dengan konduktivitas baik di mana sampel direndam dalam fluida dielektrik lebih dahulu sebelum dipotong dengan memasang catu listrik antara elektroda dan sampel.







2.      Penggerindaan Kasar,  yaitu meratakan  permukaan sampel dengan cara menggosokkan sampel pada baru gerinda.  Bertujuan untuk menghilangkan  deformasi pada permukaan akibat pemotongan dan  Pemanasan yang berlebih harus dihindari. Sampel yang baru saja dipotong atau sampel yang telah terkorosi memiliki permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar tersebut harus diratakan agar pengamatan struktur mudah dilakukan.




3.      Mounting
Proses mounting atau pembingkaian benda uji dilakukan pada benda uji dengan ukuran yang kecil dan tipis, hal ini bertujuan untuk mempermudah pemegangan benda uji ketika dilakukan tahap preparasi selanjutnya seperti pengampelasan dan polishing. Benda uji ini di-mounting dengan alat
mounting press dengan penambahan bakelit yang akan menggumpal dan
membingkai benda uji. Selain bakelit juga masih banyak bahan yang dapat
digunakan untuk mounting.
Cetakannya :
    1.Berbentuk bulat
    2. Ukuran 1 inchi ± 1 ½ inchi Ø
Macam-macamnya :
    1.Cairanbasa(degesing) untuk menghilangkan garis.
    2.Panas(Lemakdengan menggunakan uap gas )
    3. Dengan menggunakan asam lemah.
    4. Alkohol yang tidak bereaksi dengan udara.
    5. Aseton.

Metode - metode pembingkaian(Mounting )
a. Adhesive mounting
Adalah mounting yang menggunakan gaya adhesive material

             
Gambar 2.10  adhesive mounting
b. Clamp
Sampelnya misalnya berupa lembaran-lembaran tipis dengan ketebalan 1 mm, terdapat 10 sampel dibariskan sejajar dan di sisi muka dan belakang diberi logam lain yang berbeda (ukurannya harus lebih besar dari sampel) kemudian dibuat dua buah lubang yang tembus hingga ke belakang. Dan dipermukaannya masing-masing diberi identitas.  Kelebihan dari jenis bahan mounting ini yaitu prosesnya sangat cepat, ukuran fleksibel dan dapat dipakai ulang clampnya.

Gambar 2.11 gambar clamp mounting

c . plastic mounting



Adapun jenis-jenis bahan untuk mounting
1.      Castable mounting, jenis bahan mounting dimana bahan serbuk diberi pelarut dan serbuk itu diletakkan dalam satu tempat dengan dengan spesimen, kemudian dibalik dan bagian permukaan atasnya datar. Contoh serbuknya adalah polister, epoxies (transparan) atau acrylics. Kelebihannya adalah spesimen dengan ukuran besar / kecil dapat dimounting, cetakannya bias digunakan berulang-ulang.
2.      Compression mold dimana ukuran diameter tetap, jika berubah maka mesin harus diganti. Jenis material yang digunakan thermosetting dan thermoplastic.




4.         Penggerindaaan halus( Pengamplasan)
      Untuk meratakan permukaan spesimen hasil dari penggerindaan kasar sebelum spesimen dipoles, dilakukan penggerindaan halus atau juga disebut pengamplasan.. Seperti pada penggerindaan kasar, juga harus selalu dialiri air pendingin, agar specimen tidak rusak atau terganggu oleh pemanasan yang terjadi.
 Pengamplasan adalah proses untuk mereduksi suatu permukaan dengan pergerakan permukaan abrasif yang bergerak relatif lambat sehingga panas yang dihasilkan tidak terlalu signifikan. Pengamplasan bertujuan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan sampel yang akan diamati. Pengamplasan ini dilakukan secara berurutan yaitu dengan memakai amplas kasar hingga amplas halus.
Pengamplasan kasar adalah pengamplasan yang dilakukan dengan menggunakan amplas dengan nomor di bawah 180 #, dan masih menyisahkan permukaan benda kerja yg belum halus.
Pengamplasan halus adalah pengamplasan yang dilakukan dengan menggunakan amplas dengan nomor lebih tinggi dari 180 #, dam menghasilkan permukaan yang halus.






Pengamplasan dimulai dengan meletakkan sampel pada kertas amplas dengan permukaan yang akan diamati bersentuhan langsung dengan bagian kertas amplas yang kasar, kemudian sampel ditekan dengan gerakan searah.Selama pengamplasan terjadi gesekan antara permukaan sampel dan kertas amplas yang memungkinkan terjadinya kenaikan suhu yang dapat mempengaruhi mikrostruktur sampel sehingga diperlukan pendinginan dengan cara mengaliri air.Apabila ingin mengganti arah pengamplasan, sampel diusahakan berada pada kedudukan tegak lurus terhadap arah mula-mula.Pengamplasan selesai apabila tidak teramati lagi adanya goresan-goresan pada permukaan sampel, selanjutnya sampel siap dipoles.



5.      Pemolesan

Pemolesan adalah proses yang dilakukan untuk menghilangkan bagian-bagian yang terdeformasi karena perlakuan sebelumnya dan Pemolesan bertujuan untuk lebih menghaluskan dan melicinkan permukaan sampel yang akan diamati setelah pengamplasan.
pemolesan dibagi dua yaitu pemolesan kasar dan halus. Pemolesan kasar menggunakan abrasive dalam range sekitar 30 - 3µm, sedangkan pemolesan halus menggunakan abrasive sekitar 1µm atau di bawahnya.

Pemolesan terbagi dalam tiga cara, yaitu:
  1.     Mechanical polishing
Proses polishing biasanya multistage karena pada tahapan awal dimulai dengan penggosokan kasar (rough abrasive) dan tahapan berikutnya menggunakan penggosokan halus (finer abrasive) sampai hasil akhir yang diinginkan. Mesin poles metalografi terdiri dari piringan berputar dan diatasnya diberi kain poles terbaik yaitu kain “selvyt” (sejenis kain beludru). Cara pemolesannya yaitu benda uji diletakkan diatas piringan yang berputar dan kain poles diberi air serta ditambahkan sedikit pasta poles. Pasta poles yang biasa dipakai adalah jenis alumina (Al2O3) dan pasta intan (diamond).

2.      Chemical-mecanical polishing
Merupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan serentak di atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan pengetsa yang umum digunakan untuk melihat struktur spesimen yang  dipreparasi. Metode ini akan memberikan hasil yang baik jika larutan etsa yang diberikan sedikit tetapi pada dasarnya bebas dari logam pengotor akibat dari abrasif.


3.      Electropolishing
Electropolishing disebut juga electrolytic polishing yang banyak digunakan oleh stainless steel, tembaga paduan, zirconium, dan logam lainnya yang sulit untuk dipoles dengan metode mechanical. Metode electropolishing dapat menghilangkan bekas cutting, grinding dan proses mechanical polishing  yang digunakan dalam preparasi spesimen. Ketika electropolishing digunakan dalam metalografi, biasanya diawali dengan mechanical polishing dan diikuti oleh etching. Mekanismenya yaitu menggunakan sistem elektrolisis yang terdiri dari anoda (+) dan katoda (-). Spesimen yang dimasukan ke dalam larutan elektrolit asam berada di anoda sedangkan yang berada di katoda adalah logam yang harus lebih mulia dari spesimenya dan harus tahan terhadap larutan elektrolitnya serta tidak boleh larut. Ketika proses, spesimen yang di anoda akan larut karena teroksidasi. Dalam proses ini diberi pengaduk agar logam yang terkikis meyebar merata.


6.      Pengetsaan adalah proses yang dilakukan untuk melihat struktur mikro dari sebuah spesimen dengan menggunakan mikroskop optik.
         Dilakukan dengan mengkikis daerah batas butir sehingga struktur bahan dapat diamati dengan jelas dengan bantuan mikroskop optik. Zat etsa bereaksi dengan sampel secara kimia pada laju reaksi yang berbeda tergantung pada batas butir, kedalaman butir dan komposisi dari sampel. Sampel yang akan dietsa haruslah bersih dan kering. Slema etsa, permukaan sampel diusahakan harus selalu terendam dalam etsa. Waktu etsa harus diperkirakan sedemikian sehingga permukaan sampel yang dietsa tidak menjadi gosong karena pengikisan yang terlalu lama. Oleh karena itu sebelum dietsa, sampel sebaiknya diolesi alkohol untuk memperlambat reaksi. Pada pengetsaan masing-masing zat etsa yang digunakan memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang akan diamati. Zat etsa yang umum digunakan untuk baja ialah nital dan picral. Setelah reaksi etsa selesai, zat etsa dihilangkan dengan cara mencelupkan sampel ke dalam aliran air panas. Seandainya tidak memungkinkan dapat digunakan air bersuhu ruang dan dilanjutkan dengan pengeringan dengan alat pengering. Permukaan sampel yang telah dietsa tidak boleh disentuh untuk mencegah permukaan menjadi kusam. Stelah dietsa, sampel siap untuk diperiksa di bawah mikroskop. Pada intinya proses pengetsaan dilakukan menggunakan cairan kimia untuk memunculkan detail struktur mikro pada spesimen. Dilakukan dengan cara mencelupkan mount kedalam wadah zat etsa.



Nittal
            Nital adalah larutan alkohol dan asam nitrat yang biasa digunakan untuk mengetsa rutin logam. Hal ini terutama cocok untuk mengungkapkan mikro baja karbon. Larutan NIttal dengan kadar 2% biasa digunakan untuk mengamati butir ferit.





E.                 Diagram Fe-Fe3C


Gambar 2.12 diagram Fe-Fe3C(besi-besi karbida)

Diagram Fe-Fe3C adalah sebuah diagram yang menunjukkan hubungan antara temperature dengan besarnya kadar karbon suatu material pada proses pemanasan.


Struktur Butir
Analisa struktur butir dari diagram Fe-Fe3C
1.      Sementit
            Juga dikenal sebagai besi karbida yang memiliki rumus kimia, Fe3C. Sementit mengandung 6,67% karbon. Memiliki tipikal keras dan campuran interstisial rapuh dari kekuatan tariknya yang rendah (kurang lebih 5000 psi) tetapi memiliki kekuatan tekan yang tinggi.  Struktur kristalnya adalah ortorombik.

Gambar 2. 13  struktur butir sementit

2.      Austenit
Juga dikenal sebagai besi gamma (γ), yang merupakan sebuah larutan padat interstisial dari karbon yang dilarutkan dalam besi yang memiliki struktur kristal face centered cubic (FCC). Sifat-sifat austenit rata-rata adalah :

Tensile strength
150,000 psi.
Elongation
10 % in 2 in gage length.
Hardness
Rockwell C 40
Toughness
High

Tabel 2. 1 Sifat-sifat dari austenit




Gambar 2.14  struktur butir austenite
Normalnya austenit tidak stabil pada suhu kamar. Tapi di bawah kondisi-kondisi tertentu mungkin saja austenit dihasilkan pada suhu kamar.


3.      Ferit
Juga dikenal sebagai besi alpha (α), yang merupakan larutan padat interstisial dari sejumlah kecil karbon yang dilarutkan dalam besi yang memiliki sturktur kristal body centered cubic (BCC). Ferrit adalah struktur yang paling lembut pada diagram besi-besi karbida. Sifatnya rata-rata adalah:
Tensile Strength
40,000 psi
Elongation
40 % in 2 in gage length
Hardness
Less than Rockwell C 0 or less than Rockwell B 90.
Toughness
Low

Tabel 2.2 properti ferit


Gambar 2.15 Struktur butir ferit
4.      Perlit (α + Fe3C)
Merupakan campuran eutektoid yang mengandung 0,83% karbon dan terbentuk pada suhu 1333°F melalui pendinginan yang sangat lambat. Bentuknya sangat datar dan merupakan campuran antara ferrit dan sementit. Struktur dari perlit seperti matriks putih (dasarnya dari ferrit) termasuk bentuk pipihnya yang seperti sementit. Sifat rata-ratanya adalah:
Tensile Strength
120,000 psi
Elongation
20 % in 2 in gage length
Hardness
Rockwell C 20 or BHN 250-300

Table 2.3  properti perlit
gambar 2.16 Mikrostruktur dari perlit (cahaya dasarnya adalah matriks ferrit, garis hitamnya adalah jaringan sementit)

Diperlukan sejumlah dosis dari karbon dan sejumlah dosis dari besi untuk membentuk sementit (Fe3C). Begitu juga perlit yang membutuhkan sejumlah dosis dari sementit dan ferrit.
Jika karbon yang diperlukan tidak cukup, yaitu kurang dari 0,83%, besi dan karbonnya akan menyatu membentuk Fe3C sampai seluruh karbonnya habis terpakai. Sementit ini akan bergabung dengan sejumlah ferrit untuk membentuk perlit. Sejumlah sisa dari ferrit akan tinggal didalam struktur sebagai ferrit bebas. Ferrit bebas juga dikenal sebagai ferrit proeutektoid. Baja yang mengandung ferrit proeutektoid disebut juga sebagai baja hipoeutektoid.
Bagaimanapun, jika terdapat kelebihan karbon diatas 0,83% pada austenit, perlit akan terbentuk, dan kekurangan karbon dibawah 0,83% akan membentuk sementit. Kelebihan kandungan sementit diletakkan pada batas butir. Kelebihan kandungan sementit ini juga dikenal sebagai sementit proeutektoid.

Gambar 2.17 struktur butir perlit dan ferit
5.      Ledeburit
Adalah campuran eutektik dari austenit dan sementit. Ledeburit mengandung 4,3% karbon dan menandakan keeutektikan dari besi cor. Ledeburit terbentuk ketika kandungan karbon lebih dari 2%, yang ditunjukkan oleh garis pembagi pada diagram equilibrium diantara baja dan besi cor.
6.      Besi δ
Besi δ terbentuk pada suhu diantara 2552 dan 2802°F. dia terbentuk dari kombinasi dengan melt hingga sekitar 0,5% karbon, kombinasi dengan austenit hingga sekitar 0,18% karbon dan keadaan fasa tunggal hingga sekitar 0,10% karbon. Besi δ memiliki struktur kristal body centered cubic (BCC) dan memiliki sifat magnetik.
7.      Martensit (Reaksi-reaksi pembentukan)
Perbedaan antara austenit dengan martensit adalah, dalam beberapa hal, cukup kecil: pada bentuk austenit sel satuannya berbentuk kubus sempurna, pada saat bertransformasi menjadi martensit bentuk kubus ini berdistorsi menjadi lebih panjang dari sebelumnya pada satu dimensi dan menjadi lebih pendek pada dua dimensi yang lain. Gambaran matematis dari kedua struktur ini cukup berbeda, untuk alasan-alasan simetri, tapi ikatan kimia yang tertinggal sangat serupa. Tidak seperti sementit, yang ikatannya mengingatkan kita kepada material keramik, kekerasan pada martensit sulit dijelaskan dengan hubungan-hubungan kimiawi. Penjelasannya bergantung kepada perubahan dimensi struktur kristal yang tidak kentara dan kecepatan transformasi martensit. Austenit bertransformasi menjadi martensit pada pendinginan yang kira-kira setara dengan kecepatan suara – terlalu cepat bagi atom-atom karbon untuk keluar melalui kisi-kisi kristal. Distorsi yang menghasilkan sel satuan mengakibatkan dislokasi kisi-kisi yang tak terhitung jumlahnya pada setiap kristal, yang terdiri dari jutaan sel satuan. Dislokasi ini membuat struktur kristal sangat tahan terhadap tegangan geser – yang berarti secara sederhana bahwa ia tidak bisa dilekukkan dan tergores dengan mudah.

Gambar 2. 18 struktur butir martensit
Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke
temperatur rendah, sekitar temperatur ambien. Martensit adalah fasa tunggal
yang tidak seimbang yang terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit.
Pada transformasi membentuk martensite, hanya terjadi sedikit perubahan posisi
atom relatif terhadap yang lainnya.



F.                 Diagram TTT

Gambar 2.18 diagram TTT


Diagram TTT (Time, Temperature, dan Transformation) adalah sebuah gambaran dari suhu (temperatur) terhadap waktu logaritma untuk baja paduan dengan komposisi tertentu. Diagram ini biasanya digunakan untuk menentukan kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan panas yang isothermal (temperatur konstan) sebelum menjadi campuran Austenit. Ketika Austenit didinginkan secara perlahan-lahan sampai pada suhu dibawah temperatur kritis, struktur yang terbentuk ialah Perlit. Semakin meningkat laju pendinginan, suhu transformasi Perlit akan semakin menurun. Struktur mikro dari materialnya berubah dengan pasti bersamaan dengan meningkatnya laju pendinginan. Dengan memanaskan dan mendinginkan sebuah contoh rangkaian, transformasi austenit mungkin dapat dicatat.

Diagram TTT menunjukkan kapan transformasi mulai dan berakhir secara spesifik dan diagram ini juga menunjukkan berapa persen austenit yang bertransformasi pada saat suhu yang dibutuhkan tercapai.
Peningkatan kekerasan dapat tercapai melalui kecepatan pendinginan dengan melakukan pendinginan dari suhu yang dinaikkan seperti berikut: pendinginan furnace, pendinginan udara, pendinginan oli, cairan garam, air biasa, dan air asin.

Pada gambar 1, area sebelah kiri dari kurva transformasi menunjukkan daerah austenit. Austenit stabil pada suhu diatas temperatur kritis, tapi tidak stabil pada suhu dibawah temperatur kritis. Kurva sebelah kiri menandakan dimulainya transformasi dan kurva sebelah kanan menunjukkan berakhirnya transformasi. Area diantara kedua kurva tersebut menandakan austenit bertransformasi ke jenis struktur kristal yang berbeda. (austenit ke perlit, austenit ke martensit, austenit bertransformasi ke bainit).














Gambar 2.19
Gambar 2 menunjukkan bagian atas dari diagram TTT. Seperti yang terlihat pada gambar 2, ketika austenit didinginkan ke suhu dibawah temperatur kritis, ia bertransformasi ke struktur kristal yang berbeda tergantung pada ketidakstabilan lingkungannya. Laju pendinginannya dapat dipilih secara spesifik sehingga austenit dapat bertransformasi hingga 50%, 100%, dan lain sebagainya. Jika kecepatan pendinginan sangat lambat seperti pada proses annealing, kurva pendinginan akan melewati sampai seluruh area transformasi dan produk akhir dari proses pendinginan ini akan menjadi 100% perlit. Dengan kata lain, ketika laju pendinginan yang diterapkan sangat lambat, seluruh austenit akan bertransformasi menjadi perlit. Jika laju pendinginan melewati pertengahan dari daerah transformasi, produk akhirnya adalah 50% austenit dan 50% perlit, yang berarti bahwa pada laju pendinginan tertentu kita dapat mempertahankan sebagian dari austenit, tanpa mengubahnya menjadi perlit.





Gambar 2.20
Gambar 3 menunjukkan jenis transformasi yang bisa didapatkan pada laju pendinginan yang lebih tinggi. Jika laju pendinginan sangat tinggi, kurva pendinginan akan tetap berada pada bagian sebelah kiri dari kurva awal transformasi. Dalam kasus ini semua austenit akan berubah menjadi martensit. Jika tidak terdapat gangguan selama pendinginan maka produk akhirnya akan berupa martensit.












Gambar 2.21
Pada gambar 4 laju pendinginan A dan B menunjukkan dua proses pendinginan secara cepat. Dalam hal ini kurva A akan menyebabkan distorsi yang lebih besar dan tegangan dalam yang lebih besar dari laju pendinginan B. Kedua laju pendinginan akan menghasilkan produk akhir martensit. Laju pendinginan B juga dikenal sebagai laju pendinginan kritis, seperti ditunjukkan oleh kurva pendinginan yang menyentuh hidung dari diagram TTT. Laju pendinginan kritis didefinisikan sebagai laju pendinginan terendah yang menghasilkan 100% martensit juga memperkecil tegangan dalam dan distorsi.












Gambar 2.22





Pada gambar 5, sebuah proses pendinginan secara cepat mendapat gangguan (garis horizontal menunjukkan gangguan) dengan mencelupkan material ke dalam rendaman garam yang dicairkan dan direndam pada temperatur konstan yang diikuti dengan proses pendinginan lain yang melewati daerah bainit pada diagram TTT. Produk akhirnya adalah bainit, yang tidak sekeras martensit. Sebagai hasil dari laju pendinginan D; dimensinya lebih stabil, distorsi dan tegangan dalam yang ditimbulkan lebih sedikit.














Gambar 2.23

Pada gambar 6 laju pendinginan C menggambarkan proses pendinginan secara lambat, seperti pada pendinginan furnace. Sebagai contoh untuk pendinginan jenis ini adalah proses annealing dimana semua austenit akan berubah menjadi perlit sebagai hasil dari pendinginan secara lambat.










Gambar 2.24




Terkadang kurva pendinginan bisa melewati pertengahan dari zona transformasi austenit-perlit. Pada gambar 7, kurva pendinginan E menunjukkan sebuah laju pendinginan yang tidak cukup tinggi untuk memproduksi 100% martensit. Hal ini dapat dengan mudah terlihat dengan melihat pada diagram TTT. Sejak kurva pendinginan tidak menyinggung hidung dari diagram transformasi, austenit akan bertransformasi menjadi 50% perlit (kurva E menyinggung kurva 50%). Semenjak kurva E meninggalkan diagram transformasi pada zona martensit, sisa yang 50% dari austenit akan bertransformasi menjadi martensit.












Gambar 2.25












Gambar 2.26

G.                Analisa kegagalan pada metalografi
            Langkah-langkah atau ProsedurAnalisis Kegagalan (II):
1.      Deskripsi dari terjadinya kegagalan, (mendokumentasikan terjadinya kegagalan. Informasi berkaitan seperti disain komponen, jenis material, sifat material, fungsi komponen).
2.      Pemeriksaan visual, (mendokumentasikan pengamatan yang dilakukan ditempat kejadian).
3.      Analisis tegangan, (Ketika komponen yang bekerja melibatkan adanya beban, maka analisis tegangan sangat diperlukan untuk mengetahui apakah tegangan yang bekerja berada dibawah sifat mekanik material).
4.      Pemeriksaan komposisi kimia, (kesesuaian dengan komposisi kimia standar material).
5.      Fraktografi, (pemeriksaan permukaan patahan dengan mikroskopoptik dan elektron untuk mengetahui mekanisme patahan).
6.      Metalografi.
7.      Sifat-sifat material, (biasanya dengan pengujian kekerasan sudah cukup untuk mengetahui sifat-sifat mekanik material dan dilakukan tanpa merusak sampel).
8.      Simulasi, (apabila memungkinkan).

Uji/Analisis Metalografi

Sample Preparation Unit

Gambar 2.28

Pemotongan, mounting, pengamplasan, pemolesan dan pengetsaan
Peralatan:
Mesin potong Accutom dengan diamond cutting
Abrasive Cutter Buehler Metaserv
Low Speed Ecomet
Alat Mounting Herzog
Mesin Gerinda Ecomet 3
Ultrasonic washing Cole Parmer 8850

Optical Microscopes


Gambar 2.29

Leitz Metallovert

Dilengkapi dengan uji kekerasan
Pengamaran struktur mikro logam dan paduan, keramik dan komposit
Akurasi perhitungan besar butir dengan metode Hyne: 1 µm
Perbesaran maksimum 1000x.

Scanning Electron Microscope (SEM)


gambar 2.30


JEOL JSM-840A

Dengan WDS (Wavelength Dispersive Spectroscopy) dan Sputter Coater,
Analisis morfologi, topografi dan kristalografi dari logam/paduan logam, keramik, dan polimer,
Analisis unsur secara kualitatif dan kuantitatif dengan WDS,
Perbesaran maks. 360.000x,
Aplikasi penting dalam penelitian ilmu bahan, analisis kegagalan dan kontrol mutu dan lainnya.




Transmission Electron Microscope (TEM)

Gambar 2.31


TEM/STEM JEOL 1200EXII
Analisis cacat bahan, penentuan presipitat dan pola difraksi dari paduan logam dan keramik serta pemeriksaan mikrostruktur bahan organic.
Perbesaran TEM maks. 500.000x
Perbesaran STEM maks. 600.000x


H.    Korosi
            Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi, juga sering diartikan serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan.




Jenis-jenis Cacat pada Material
 
Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar. Cacat tersebut dapat berupa :
1.      Cacat titik (point defect)
Dapat berupa :
v  Cacat kekosongan (Vacancy) yang terjadi karena tidak terisinya suatu posisi atom pada lattice.
v  Interstitial (“salah tempat”, posisi yang seharusnya kosong justru ditempati atom)
Substitusional (adanya atom “asing” yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom)
v  Cacat garis (line defect)Yakni Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 2 jenis dislokasi, yakni : edge dislocation dan screw dislocation
v   Cacat bidang (interfacial defect)
Ialah batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya
adalah Twin (Batas butir tapi special, maksudnya : antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan cerminan).
v   Cacat Ruang (Bulk defect)
        Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis, deformasi       plastis terjadi dengan mekanisme :
      Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar sepanjang   Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil.
      Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning.



I.       Tegangan sisa
     Adalah sebuah tegangan yang bekerja pada suatu bahan setelah semua gaya-gaya luar yang bekerja pada benda tersebut dihilangkan. Tegangan sisa muncul akibat beberapa proses pembentukan seperti deformasi plastis, perubahan temperatur dan transformasi fasa. Beberapa proses pembentukan yang menghasilkan tegangan sisa antara lain: casting, forming, forging, drawing, extruding, rolling, spinning, bending, machining, welding, shot peening, quenching, carburizing, coating, dll.
Tegangan sisa ini dapat menguntungkan tetapi juga dapat merugikan. Jika beban berupa tegangan tarik dan terdapat tegangan sisa tekan pada material maka tegangan sisa ini akan memberi resultante negatif mengurangi efek beban ke material. Sebaliknya jika terdapat tegangan sisa tarik pada material yang mengalami beban tarik maka akan memberikan resultante positif dan jika melawati tegangan luluhnya akan menjadi awal mula terjadinya patahan.
Beberapa teknik telah dikembangkan untuk menghilangkan tegangan sisa ini, khususnya
jika bersifat merugikan. Yang umum digunakan adalah dengan anealing, yaitu proses pemanasan
material yang mengalami pengerjaan dingin hingga pada temperatur rekristalisasinya. Pada
temperatur rekristalisasi, butir-butir akan terbentuk kembali dan tegangan sisa akan dilepaskan.
Metode lain adalah dengan menggetarkan material pada frekuensi pribadinnya. Dengan metode ini,
material relatif tidak mengalami perubahan bentuk meskipun tegangan sisanya terlepas.


J.      Metalografi Kuantitatif
   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 adalah 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.
VV =AA =LL =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.




K.    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.



              i.      Nomenklatur alat polish dan mikroskop

Nomenklatur mikroskop

            ii.   Sistem kristalografi
1. Sistem Isometrik
a.       Sistem ini juga disebut sistem kristal regular, atau dikenal pula dengan sistem kristal  kubus atau kubik. Jumlah sumbu kristalnya ada 3 dan saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Dengan perbandingan panjang yang sama untuk masing-masing sumbunya. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Isometrik memiliki axial ratio (perbandingan sumbu a = b = c, yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, semua sudut kristalnya ( α , β dan γ ) tegak lurus satu sama lain (90˚).
Gambar 2.32 sistem isometrik
b.      Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Isometrik memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 3. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c juga ditarik garis dengan nilai 3 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ.

Sistem isometrik dibagi menjadi 5 Kelas :
*      Tetaoidal
*      Gyroida
*      Diploida
*      Hextetrahedral
*      Hexoctahedral
Beberapa contoh mineral dengan system kristal Isometrik ini adalah gold, pyrite, galena, halite, Fluorite (Pellant, chris: 1992)


2.      Sistem Tetragonal

Sama dengan system Isometrik, sistem kristal ini mempunyai 3 sumbu kristal yang masing-masing saling tegak lurus. Sumbu a dan b mempunyai satuan panjang sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang atau lebih pendek. Tapi pada umumnya lebih panjang.
Pada kondisi sebenarnya, Tetragonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, semua sudut kristalografinya ( α , β dan γ ) tegak lurus satu sama lain (90˚).
Gambar 2.33 Sistem Tetragonal

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Tetragonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ.


Sistem tetragonal dibagi menjadi 7 kelas:
*      Piramid
*      Bipiramid
*      Bisfenoid
*      Trapezohedral
*      Ditetragonal Piramid
*      Skalenohedral
*      Ditetragonal Bipiramid
Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Tetragonal ini adalah rutil, autunite, pyrolusite, Leucite, scapolite (Pellant, Chris: 1992)

3. Sistem Hexagonal

Sistem ini mempunyai 4 sumbu kristal, dimana sumbu c tegak lurus terhadap ketiga sumbu lainnya. Sumbu a, b, dan d masing-masing membentuk sudut 120˚ terhadap satu sama lain. Sambu a, b, dan d memiliki panjang sama. Sedangkan panjang c berbeda, dapat lebih panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang).
Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Hexagonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ; γ = 120˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, sudut α dan β saling tegak lurus dan membentuk sudut 120˚ terhadap sumbu γ.

Gambar 2.34 Sistem Hexagonal

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Hexagonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 20˚ ; dˉ^b+= 40˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20˚ terhadap sumbu bˉ dan sumbu dˉ membentuk sudut 40˚ terhadap sumbu b+.

Sistem  ini dibagi menjadi 7:
*      Hexagonal Piramid
*      Hexagonal Bipramid
*      Dihexagonal Piramid
*      Dihexagonal Bipiramid
*      Trigonal Bipiramid
*      Ditrigonal Bipiramid
*      Hexagonal Trapezohedral
*      Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Hexagonal ini adalah quartz, corundum, hematite, calcite, dolomite, apatite. (Mondadori, Arlondo. 1977)

4. Sistem Trigonal

Jika kita membaca beberapa referensi luar, sistem ini mempunyai nama lain yaitu Rhombohedral, selain itu beberapa ahli memasukkan sistem ini kedalam sistem kristal Hexagonal. Demikian pula cara penggambarannya juga sama. Perbedaannya, bila pada sistem Trigonal setelah terbentuk bidang dasar, yang terbentuk segienam, kemudian dibentuk segitiga dengan menghubungkan dua titik sudut yang melewati satu titik sudutnya.
Pada kondisi sebenarnya, Trigonal memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a = b = d ≠ c , yang artinya panjang sumbu a sama dengan sumbu b dan sama dengan sumbu d, tapi tidak sama dengan sumbu c. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ; γ = 120˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, sudut α dan β saling tegak lurus dan membentuk sudut 120˚ terhadap sumbu γ.

Gambar2.35  Sistem Trigonal

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Trigonal memiliki perbandingan sumbu a : b : c = 1 : 3 : 6. Artinya, pada sumbu a ditarik garis dengan nilai 1, pada sumbu b ditarik garis dengan nilai 3, dan sumbu c ditarik garis dengan nilai 6 (nilai bukan patokan, hanya perbandingan). Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 20˚ ; dˉ^b+= 40˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 20˚ terhadap sumbu bˉ dan sumbu dˉ membentuk sudut 40˚ terhadap sumbu b+.

Sistem ini dibagi menjadi 5 kelas:
Ø  Trigonal piramid
Ø  Trigonal Trapezohedral
Ø  Ditrigonal Piramid
Ø  Ditrigonal Skalenohedral
Ø  Rombohedral
Ø  Beberapa contoh mineral dengan sistem kristal Trigonal ini adalah  tourmalinedan cinabar (Mondadori, Arlondo. 1977)
5. Sistem Orthorhombik

Sistem ini disebut juga sistem Rhombis dan mempunyai 3 sumbu simetri kristal yang saling tegak lurus satu dengan yang lainnya. Ketiga sumbu tersebut mempunyai panjang yang berbeda. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Orthorhombik memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = γ = 90˚. Hal ini berarti, pada sistem ini, ketiga sudutnya saling tegak lurus (90˚).

Gambar 2.36 Sistem Orthorhombik

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem Orthorhombik memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 30˚ terhadap sumbu bˉ.

Sistem ini dibagi menjadi 3 kelas:
v  Bisfenoid
v  Piramid
v  Bipiramid
v  Beberapa contoh mineral denga sistem kristal Orthorhombik ini adalah stibnite, chrysoberyl, aragonite dan witherite (Pellant, chris. 1992)



6. Sistem Monoklin

Monoklin artinya hanya mempunyai satu sumbu yang miring dari tiga sumbu yang dimilikinya. Sumbu a tegak lurus terhadap sumbu n; n tegak lurus terhadap sumbu c, tetapi sumbu c tidak tegak lurus terhadap sumbu a. Ketiga sumbu tersebut mempunyai panjang yang tidak sama, umumnya sumbu c yang paling panjang dan sumbu b paling pendek.
Pada kondisi sebenarnya, sistem Monoklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β = 90˚ ≠ γ. Hal ini berarti, pada ancer ini, sudut α dan β saling tegak lurus (90˚), sedangkan γ tidak tegak lurus (miring).
Gambar 2.37 Sistem Monoklin

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, sistem kristal Monoklin memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 30˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 45˚ terhadap sumbu bˉ.
Sistem Monoklin dibagi menjadi 3 kelas:
*      Sfenoid
*      Doma
*      Prisma
*      Beberapa contoh mineral dengan ancer kristal Monoklin ini adalah azurite,  malachite, colemanite, gypsum, dan epidot (Pellant, chris. 1992)

7. Sistem Triklin

Sistem ini mempunyai 3 sumbu simetri yang satu dengan yang lainnya tidak saling tegak lurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama. Pada kondisi sebenarnya, sistem kristal Triklin memiliki axial ratio (perbandingan sumbu) a ≠ b ≠ c , yang artinya panjang sumbu-sumbunya tidak ada yang sama panjang atau berbeda satu sama lain. Dan juga memiliki sudut kristalografi α = β ≠ γ ≠ 90˚. Hal ini berarti, pada system ini, sudut α, β dan γ tidak saling tegak lurus satu dengan yang lainnya.

Gambar 2.38 Sistem Triklin

Pada penggambaran dengan menggunakan proyeksi orthogonal, Triklin memiliki perbandingan sumbu a : b : c = sembarang. Artinya tidak ada patokan yang akan menjadi ukuran panjang pada sumbu-sumbunya pada sistem ini. Dan sudut antar sumbunya a+^bˉ = 45˚ ; bˉ^c+= 80˚. Hal ini menjelaskan bahwa antara sumbu a+ memiliki nilai 45˚ terhadap sumbu bˉ dan bˉ membentuk sudut 80˚ terhadap c+.

Sistem ini dibagi menjadi 2 kelas:
*      Pedial
*      Pinakoidal
*      Beberapa contoh mineral dengan ancer kristal Triklin ini adalah albite, anorthite, labradorite, kaolinite, microcline dan anortoclase .


N.    Gambar ASTM Grain Size Number

Gambar 2.39 ASTM Brain Size Number


        Menentukan ukuran butir rumit oleh sejumlah faktor. Pertama, ukuran tiga-dimensi dari butir tidak konstan dan pesawat sectioning akan memotong melalui butir secara acak. Dengan demikian, pada bagian-lintas kita akan mengamati berbagai ukuran, tidak lebih besar dari penampang gandum terbesar sampel. Bentuk butir juga bervariasi, terutama sebagai fungsi dari ukuran butir. Salah satu bentuk studi awal butir dibuat oleh Lord Kelvin pada tahun 1887. Dia menunjukkan bahwa bentuk butir-mengisi ruang optimal, dengan luas permukaan minimum dan tegangan permukaan, adalah polyhedron dikenal sebagai tetrakaidecahedron, yang memiliki 14 wajah, 24 sudut, dan 36 sisi. Sementara bentuk ini memenuhi kriteria butir yang paling, tidak memenuhi sudut derajat yang dibutuhkan 120 dihedral antara butir di mana tiga butir berdekatan bertemu di tepi, kecuali wajah menunjukkan sejumlah kecil kelengkungan. Lain bentuk bulir yang ideal, pigura berduabelas segi pentagonal, setuju juga dengan pengamatan dari biji-bijian, tapi bukan merupakan bentuk ruang mengisi. Ini memiliki dua belas lima-sisi wajah. Namun, harus diakui bahwa kami sampling butir dengan berbagai ukuran dan bentuk. Dalam kebanyakan kasus, butir diamati pada pameran pesawat dipoles penampang berbagai ukuran sekitar pengukuran rata-rata dan individu sentral dari biji-bijian, diameter, atau panjang mencegat memperlihatkan distribusi normal. Pada sebagian besar kasus, kita hanya menentukan nilai rata-rata ukuran butir planar, daripada distribusi. Ada kasus di mana distribusi ukuran butir tidak normal, tetapi bimodal, atau "dupleks." Juga, bentuk biji-bijian kami dapat terdistorsi oleh prosedur pengolahan sehingga mereka diratakan dan / atau memanjang. Bentuk produk yang berbeda, dan prosedur pengolahan yang berbeda, dapat menghasilkan berbagai bentuk butiran non-sama-sumbu. Ini, tentu saja, tidak mempengaruhi kemampuan kita untuk mengukur ukuran butir.
Menentukan ukuran butir juga rumit oleh berbagai jenis biji-bijian yang dapat hadir dalam logam, meskipun bentuk dasar mereka adalah sama. Sebagai contoh, dalam tubuh berpusat logam kubik, seperti Fe, Mo, dan Cr, kami telah butir ferit, dalam berpusat muka logam kubik, seperti Al, Ni, Cu, dan baja tahan karat tertentu, kita memiliki butir austenit. Butir menunjukkan bentuk yang sama dan diukur dengan cara yang sama, tetapi kita harus berhati-hati dalam menjelaskan apa jenis biji-bijian kita ukur. Dalam menghadapi berpusat logam kubik, kita boleh mengamati batas kembar yang disebut dalam butir (lihat sidebar di jenis biji-bijian). Aluminium paduan, bagaimanapun, jarang kembar pameran. Ketika kembar hadir, mereka akan diabaikan jika kita mencoba untuk mendefinisikan ukuran butir. Namun, jika kita berusaha untuk membangun hubungan antara struktur mikro dan sifat, misalnya, kekuatan, kita harus mempertimbangkan batas kembar karena mereka mempengaruhi gerakan dislokasi, seperti batas butir lakukan. Oleh karena itu, kita harus mengakui maksud dari pekerjaan yang dilakukan.

Dalam baja panas dirawat, ia diakui bahwa ukuran butir hasil dari perlakuan panas, biasanya martensit, tidak diukur atau tidak dapat diukur. Untuk baja karbon rendah, bentuk martensit di paket dalam induk butir austenit. Dalam martensites tinggi karbon, kita tidak memperhatikan bentuk apapun struktural nyaman yang dapat diukur. Dalam kebanyakan kasus, kami mencoba untuk mengukur ukuran induk butir austenit yang terbentuk selama memegang suhu tinggi selama perawatan panas. Hal ini biasanya disebut sebagai "ukuran butir sebelumnya-austenit" dan telah banyak berhubungan dengan sifat baja perlakuan panas. Proses yang paling sulit di sini adalah prosedur etsa diperlukan untuk mengungkapkan batas-batas sebelumnya. Kadang-kadang mereka tidak dapat terungkap, terutama pada baja karbon rendah. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk mengukur karbon rendah reng ukuran paket martensit, yang merupakan fungsi dari ukuran butir sebelumnya-austenit.
















Tidak ada komentar:

Poskan Komentar