Metalografi LAS

I.  TUJUAN

Mengetahui struktur mikro logam (metal) dan perubahan struktur mikro yang mempengaruhi sifat-sifat mekanis logam pada struktur las.

 

II.  TEORI DASAR

Las fusi atau “fusion welding” merupakan salah satu cara penyambungan logam, dimana potongan logam yang akan disambungkan mengalami peleburan parsial disusul oleh pembekuan. Disini dapat pula ditambahkan bahan pengisi atau “filler material”, dengan pass tunggal atau lebih.

Dengan istilah lasan atau “weld” dimaksud daerah penyambungan yang dihasilkan oleh pengelasan tersebut. Sambungan las terdiri dari tiga daerah:

a)        Daerah fusi atau “fusion zone”

b)        Daerah terpengaruh panas atau “heat affected zone”, HAZ

c)        Daerah logam induk yang tidak terpengaruh atau “base metal”

Daerah fusi meliputi material yang mengalami peleburan dan dibatasi oleh garis fusi atau “fusion line”. Umumnya komposisi kimia daerah fusi setara dengan logam induk. Di daerah HAZ terjadi siklus termal yang dapat mengubah struktur mikro material. Pada pengelasan multi pass, baik daerah fusi maupun HAZ mengalami siklus termal berulang kali sehingga struktur yang terjadi pada pass sebelumnya mungkin mengalami perubahan. Daerah seperti ini disebut daerah pemanasan ulang atau “reheat zone”.

Untuk memahami bentuk struktur mikro hasil lasan perlu diketahui pengaruh parameter las terhadapnya, antara lain:

a)        Weld pool mengandung kotoran (impurities)

b)        Volum logam cair di weld pool relatif sedikit

c)        Terjadi dilution

d)       Komposisi logam cair dan logam induk dapat dikatakan setara

e)        Ada gradien temperatur yang sangat besar sepanjang logam cair – logam induk

f)         Solidifikasi lasan adalah proses dinamis karena sumber panas bergerak, jadi kecepatan pengelasan sangat menentukan

Pengelasan (WELDING) adalah salah satu teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau tanpa logam tambahan dan menghasilkan sambungan yang kontinu. Dari definisi tersebut terdapat 4 kata kunci untuk menjelaskan definisi pengelasan yaitu mencairkan sebagian logam, logam pengisi, tekanan dan sambungan kontinu.

Pengelasan merupakan salah satu bagian yang tak terpisahkan dari proses manufaktur. Proses manufaktur lainnya yang telah dikenal antara lain proses-proses pengecoran (metal casting), pembentukan (metal forming), pemesinan (machining), dan metalurgi serbuk (powder metallurgy). Produk dengan bentuk-bentuk yang rumit dan berukuran besar dapat dibuat dengan teknik pengecoran. Produk-produk seperti pipa, pelat dan lembaran, baja-baja konstruksi dibuat dengan proses pembentukan. Produk-produk dengan dimensi yang ketat dan teliti dapat dibuat dengan pemesinan. Proses pengelasan yang pada prinsipnya adalah menyambungkan dua atau lebih komponen, lebih tepat ditujukan untuk merakit (assembly) beberapa komponen menjadi suatu bentuk mesin. Komponen yang dirakit mungkin saja berasal dari produk hasil pengecoran, pembentukan atau pemesinan, baik dari logam yang sama maupun berbeda-beda.

Cara penyambungan lain yang telah dikenal lama selain pengelasan adalah penyambungan dengan cara BRAZING dan SOLDERING. Perbedaannya dengan pengelasan adalah pada brazing dan soldering tidak sampai mencairkan logam induk hanya logam pengisinya saja. Sedangkan perbedaan antara brazing dan soldering terletak pada titik cair logam pengisinya. Titik cair logam pengisi proses brazing berkisar 450C – 900C. Sedangkan untuk soldering, titik cair logam pengisinya kurang dari 450C.
Dari bagan diatas, dapat dilihat bahwa proses pengelasan dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu pengelasan mencair (fusion welding), pengelasan tidak mencair (solid state welding) dan soldering/brazing. Dengan demikian, dalam melaksanakan pengelasan diperlukan alat untuk mencairkan logam dan atau alat untuk memanaskan dan menekankan kedua bagian logam yang akan disambungkan. Peralatan pencair dan atau pemanas logam dapat didasarkan pada penggunaan energi listrik, energi gas atau energi mekanik.

Langkah-langkah metalografi adalah sebagai berikut.

1)   Cutting (Pemotongan)

Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pada umumnya bahan komersil 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 atau kondisi di tempat-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.

 

2)   Mounting

Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan akan sulit untuk ditangani khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan pemolesan akhir. Sebagai contoh adalah spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran metal tipis, potongan yang tipis, dll. Untuk memudahkan penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media (media mounting).

Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan mounting adalah :
* Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa)
* Sifat eksoterimis rendah
* Viskositas rendah
* Penyusutan linier rendah
* Sifat adhesi baik
* Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel
* Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan yang terdapat pada sampel
* Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus kondusif

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Penggunaan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak memiliki sifat mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok untuk material-material yang keras. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin dengan menggunakan material bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam. Thermosetting mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan aplikasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas (1490C) pada mold saat mounting.

 

3)   Grinding (Pengamplasan)

Sampel yang baru saja dipotong, atau sampel yang telah terkorosi memiliki permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan agar pengamatan struktur mudah untuk dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas yang ukuran butir abrasifnya dinyatakan dengan mesh. Urutan pengamplasan harus dilakukan dari nomor mesh yang rendah ke nomor mesh yang tinggi. Ukuran grit pertama yang dipakai tergantung pada kekasaran permukaan dan kedalaman kerusakan yang ditimbulkan oleh pemotongan.

Hal yang harus diperhatikan pada saat pengamplasan adalah pemberian air. Air berfungsi sebagai pemidah geram, memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian kertas amplas. Hal lain yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan perubahan arah pengamplasan, maka arah yang baru adalah 450 atau 900 terhadap arah sebelumnya.

 

4)   Polishing (Pemolesan)

Setelah diamplas sampai halus (600#), sampel harus dilakukan pemolesan. Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel hingga orde 0.01 μm. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar-benar rata. Apabila permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan sulit untuk dilakukan karena cahaya yang datang dari mikroskop dipantulkan secara acak oleh permukaan sampel.
Tahap pemolesan dimulai dengan pemolesan kasar terlebih dahulu kemudian dilanjutkan dengan pemolesan halus. Ada 3 metode pemolesan antara lain yaitu sebagai berikut :
a. Pemolesan Elektrolit Kimia
Hubungan rapat arus & tegangan bervariasi untuk larutan elektrolit dan material yang berbeda dimana untuk tegangan, terbentuk lapisan tipis pada permukaan, dan hampir tidak ada arus yang lewat, maka terjadi proses etsa. Sedangkan pada tegangan tinggi terjadi proses pemolesan.
b. Pemolesan Kimia Mekanis
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.
c. Pemolesan Elektro Mekanis (Metode Reinacher)
Merupakan kombinasi antara pemolesan elektrolit dan mekanis pada piring pemoles. Metode ini sangat baik untuk logam mulia, tembaga, kuningan, dan perunggu.

 

5)   Etching (Etsa)

Etsa merupakan proses penyerangan atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk beberapa material, mikrostruktur baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat.
a. Etsa Kimia
Merupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia dimana zat etsa yang digunakan ini memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang akan diamati. Contohnya antara lain : nitrid acid / nital (asam nitrit + alkohol 95%), picral (asam picric + alkohol), ferric chloride, hydroflouric acid, dll. Perlu diingat bahwa waktu etsa jangan terlalu lama (umumnya sekitar 4 – 30 detik), dan setelah dietsa, segera dicuci dengan air mengalir lalu dengan alkohol kemudian dikeringkan dengan alat pengering.

b. Elektro Etsa (Etsa Elektrolitik)
Merupakan proses etsa dengan menggunakan reaksi elektoetsa. Cara ini dilakukan dengan pengaturan tegangan dan kuat arus listrik serta waktu pengetsaan. Etsa jenis ini biasanya khusus untuk stainless steel karena dengan etsa kimia susah untuk medapatkan detil strukturnya.

Pengamatan metalografi dengan mikroskop dapat dibagi dua, yaitu :
1. Metalografi makro, yaitu pengamatan struktur pembesaran 10 – 100 kali
2. Metalografi mikro, yaitu pengamatan struktur pembesaran di atas 100 kali

 

Dalam proses pengelasan, ada berbagai jenis cacat yang biasa terjadi. Jenis-jenis cacat yang biasanya dijumpai antara lain:

  1. Retak (Cracks).

Keretakan pada proses pengelasan Cast Iron, ada beberapa faktor yang saling dukung mendukung sehingga memudahkan terjadinya retak. Faktor utamanya adalah :

  1. Komposisi kimia : %C = karbon terlalu tinggi. Unsur C yang tinggi memang akan menurunkan Titik Lebur baja (Mesti dibahas juga Diagram Fe-Fe3C) sehingga antara proses peleburan dan penuangan di cetakan lebih mudah. Tetapi karena sifatnya yang lunak akan menjadi sumber keretakan di paduan besi cor, apalagi yang C nya berbentuk flake (Besi cor mempunyai karbon bebas, mungkin seperti radikal bebas di tubuh kita). %P= Posphor dan %S= Sulphur Tinggi. Dalam paduan Fe, kadar P dan S tidak boleh lebih besar dari keteentuan. Karena lebih dari itu akan menyebabkan sumber keretakan (kalau di proses rolling pembuatan besi beton bisa pecah) . Dalam proses pengecoran, unsur P dan S sangat diperlukan untuk meningkatkan mampu alir dari cairan besi.
    1.  Faktor-faktor lain seperti bentuk yang kompleks dan lain tidak banyak berpengaruh, karena

kebanyakan pada proses pengelasan cast iron, keretakan terjadi pada daerah HAZ.
2. Pengotor seperti oli, lebih banyak berpengaruh terhadap terjadinya porosity pada weld

metal.

Untuk menghindari terjadinya keretakan pada pada proses pengelasan Cast Iron maka ditempuhlah langkah-langkah di bawah ini.
1. Gunakan kawat las Nickel.
2. Kontrol heat input dan Cooling rate.
3. Sebelum mengelas harus dibersihkan terlebih dulu dari misalnya oli, cat dan lainnya.

Jenis cacat ini dapat terjadi baik pada logam las (weld metal), daerah pengaruh panas (HAZ) atau

pada daerah logam dasar (parent metal).

Cacat retak dibagi atas:

a. Retak panas: umumnya terjadi pada suhu tinggi ketika proses pembekuan berlangsung.

b. Retak dingin: umumnya terjadi dibawah suhu 2000 C setelah proses pembekuan.

Bentuk retakan dapat dibagi menjadi:

a. Retakan memanjang (longitudinal crack).

b. Retakan melintang (transverse crack).

 

  1. Voids.

Voids atau porositas merupakan cacat las berupa lubang-lubang halus atau pori-pori yang biasanya terbentuk di dalam logam las akibat terperangkapnya gas yang terjadi ketika proses pengelasan. Disamping itu, porositas dapat pula terbentuk akibat kekurangan logam cair karena penyusutan ketika logam membeku. Porositas seperti itu disebut: shrinkage porosity. Jenis porositas dapat dibedakan menurut pori-pori yang terjadi yaitu:

• Porositas terdistribusi merata.

• Porositas terlokalisasi.

• Porositas linier.

  1. Inklusi

Cacat ini disebabkan oleh pengotor (inklusi) baik berupa produk karena reaksi gas atau berupa unsur-unsur dari luar, seperti: terak, oksida, logam wolfram atau lainnya. Cacat ini biasanya terjadi pada daerah bagian logam las (weld metal).

 

  1. Kurangnya fusi atau penetrasi (lack of fusion or penetration).

Kurangnya Fusi

Cacat ini merupakan cacat akibat terjadinya ”discontinuity” yaitu ada bagian yang tidak menyatu   antara logam induk dengan logam pengisi. Disamping itu cacat jenis ini dapat pula terjadi pada pengelasan berlapis (multipass welding) yaitu terjadi antara lapisan las yang satu dan lapisan las yang lainnya.

Kurangnya Penetrasi

Cacat jenis ini terjadi bila logam las tidak menembus mencapai sampai ke dasar dari sambungan.

 

5. Bentuk yang tak sempurna (imperfect shape).

Jenis cacat ini memberikan geometri sambungan las yang tidak baik (tidak sempurna). Morfologi

geometri dari cacat ini biasanya bervariasi.

 

 

III.  ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

  1. Sepasang spesimen baja karbon sedang ST – 37 yang telah dilas.
  2. Raisin, katalis.
  3. Tabung rol film.

 

 

IV.  PROSEDUR PERCOBAAN

a)    Potonglah specimen yang telah dilakukan proses heat treatment sesuai dengan instruksi asisten.

b)   Tuangkan cairan raisin secukupnya ke dalam tabung yang telah disediakan lalu tuangkan cairan katalis  kurang lebih 3 tetes, aduk dan ratakan.

c)    Tuangkan cairan tersebut ke dalam tabung rol film. Ratakan permukaan benda uji dengan amplas no: 180, 220, 320, 400, 600, 800, 1000, 1500 secara berurutan. Pengamplasan dimulai dari no. 180 dalam satu arah, sehingga goresannya uniform dan searah. Bila goresan telah uniform, bersihkan dari geram-geram, lalu lanjutkan dengan amplas no. 220 dengan arah goresan tegak lurus arah goresan semula. Hal tersebut diulangi tanpa gores seperti cermin. Yang harus diingat adalah pengamplasan dilakukan dengan terus diberi pelumas/pelican berupa air agar geram-geram yang terbentuk dari permukaan yang diamplas segera terbuang oleh air yang terus mengalir. Tiap kali ganti amplas, permukaan benda uji yang diamplas dan amplas yang harus dibasahi dengan air terlebih dahulu agar sisa-sisa geram dari amplas sebelumnya yang menenmpel pada permukaan benda uji dapat terbuang oleh siraman air. Jangan sekali-kali memegang permukaan benda uji yang telah terbentuk seperti cermin karena akan menggores kembali permukaan yang telah terbentuk sehingga hasil kerja anda selama berjam-jam akan sia-sia. Besarnya gaya penekanan saat pengamplasan tergantung dari keras lunaknya bahan/benda uji yang digunakan.

d)   Tahap selanjutnya, permukaan dipoles dengan mesin pemoles. Pemolesan ini dikategorikan menjadi dua, yaitu:

  1. Rough polishing: menghaluskan permukaan setelah pengeringan atau pengamplasan.
  2. Final polishing: pemolesan tahap akhir.

e)    Setelah didapatkan permukaan tanpa gores yang mengkilap seperti cermin, lakukan etsa dengan larutan yang cocok (HNO3 dan etil alkohol), lalu cucikan berturut-turut dengan air dan alkohol, kemudian keringkan dengan udara panas lalu teteskan dengan larutan etsa.

f)    Letakkan benda uji di bawah lensa mikroskop, kemudian aturlah pembesarannya dan lakukan analisa struktur.

4 thoughts on “Metalografi LAS

  1. iban berkata:

    salam kenal mas.

    las kn bisa dipake bwt nyambung 2 material. nah di tempat gw, fork punya forklift dikasih las2n buat nandain level naro pallet, jadi kondisi fork masih OK, gak ada patah.

    ada info, katanya ktika pengelasan, trjadi prubahan struktur mikro Fe di spanjg fusi zone dn HAZ, akibatnya atom Fe pada menjauh dr spanjg titik pngelasan, prubhnya brsift irreversible, jadi ada potensi metal fatigue. dikahawatirkan justru akan mnimbulkan crack.
    smntra ada info lain jg yg bilang, hasil metal yg di las, itu struktur nya 2-3 x lebih kaut ktimbg struktur aslinya.
    minta referensi dnk.

    tq ya..

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s