Perpustakaan Digital ITB

Baja perkakas X38CrMo16 telah digunakan sebagai material cetakan injeksi plastik yang digunakan untuk komponen plastik yang membutuhkan surface finish yang baik serta memiliki ketahanan korosif dan abrasif. Selain itu, X38CrMo16 memiliki kadar karbon di kisaran 0,30% - 0,40% yang serupa dengan baja performa tinggi seperti AISI 4130 dan 32CrMoV12-10 yang digunakan untuk komponen performa tinggi seperti laras senjata, bejana bertekanan, dan komponen struktural yang membutuhkan kekuatan tinggi lainnya. Baja X38CrMo16 umumnya digunakan pada kekerasan 30 HRC yang mampu diperkeras hingga 49 HRC menggunakan perlakuan panas konvensional seperti austenitisasi dan penemperan dengan mengorbankan ketangguhan. Belakangan ini, telah muncul metode perlakuan panas yang mampu meningkatkan kekuatan dan ketangguhan secara simultan. Perlakuan panas singkat yang meliputi austenitisasi singkat dan penemperan singkat diketahui mampu menghasilkan baja dengan mikrostruktur halus yang disertai peningkatan simultan dari kekuatan dan ketangguhan secara simultan, suatu kualitas langka untuk perlakuan panas. Hingga kini, baru ada satu penelitian yang meneliti pengaruh pemaparan panas singkat kepada baja yang serupa (AISI 420) terkait pemaparan panas akibat pengelasan pada turbin uap. Oleh karena itu, dilakukan penelitian untuk menginvestigasi transformasi fasa pada mikrostruktur X38CrMo16 terhadap pengaruh austenitisasi singkat dan penemperan singkat. Serta, menginvestigasi respons perubahan sifat mekanik kekerasan dan ketangguhan dari aplikasi perlakuan panas tersebut. Studi literatur menunjukkan bahwa austenitisasi singkat dan penemperan singkat secara konsisten menghasilkan peningkatan kekuatan dan ketangguhan secara simultan. Hal ini umumnya disebabkan oleh mikrostruktur yang diperhalus, kompleks, dan heterogen. Tinjauan fundamental dari radius inti kritis, driving force termodinamis, dan pertumbuhan butiran menunjukkan bahwa penghalusan fitur mikrostruktural itu memungkinkan dari segi faktor suhu perlakuan tinggi dan waktu perlakuan yang rendah. Mekanisme peningkatan simultan dari ketangguhan dan kekuatan ditemukan berkaitan erat dengan penghalusan butiran dari persamaan Hall-Petch dan Cotrell-Petch. Selebihnya, penghalusan karbida dapat memberikan efek yang sama melalui turunnya jarak antar partikel berdasarkan penguatan Orowan dan menurunnya ukuran crack-like defect melalui linear elastic fracture mechanics. Penelitian dilakukan menggunakan baja X38CrMo16 yang didapatkan secara komersial yang dipotong menjadi sampel subsized-Charpy 5 mm x 10 mm yang kemudian akan dipanaskan pada tanur induksi dengan lilitan 12 mm x 8 mm. Perlakuan panas austenitisasi singkat dilakukan dengan variasi daya: 4, 6, dan 7,38 kW; variasi waktu pemanasan: 10, 22, dan 30 detik. Perlakuan panas penemperan singkat dilakukan secara ganda dengan daya 2 kW pada variasi waktu pemanasan: 4, 8, dan 12 detik. Pendinginan cepat dilakukan menggunakan air kecuali pada satu variasi 30 detik di 6 kW yang menggunakan pendinginan udara. Variasi yang dilakukan meliputi kondisi as quenched, as quenched tempered, dan as cyclic quenched tempered. Pengujian sifat mekanik dilakukan dengan pengujian kekerasan Vickers dan impak Charpy pada kondisi unnotched dan notched. Preparasi untuk pengamatan metalografi dilakukan dengan pengamplasan dan pemolesan hingga didapatkan mirror-like finish yang kemudian dietsa dengan dua larutan, yaitu etsa A: 1 g asam pikrat, 5 mL HCl, dan 95 mL alkohol; dan etsa B 2,3 g asam pikrat, 17 mL HCl, dan 83 mL alkohol. Pengamatan metalografi meliputi penggunan mikroskop optik dan mikroskop elektron JEOL JCM-7000 untuk pengamatan resolusi sedang, analisis komposisi kimia, dan pemetaan unsur. Serta, Field emission scanning electron microscope Thermo Fisher Apreo 2C digunakan untuk pengamatan resolusi tinggi (10.000-20.000x). Pengamatan fraktografi dilakukan hanya menggunakan JEOL JCM-7000 di perbesaran kecil 27-30x dan perbesaran sedang 100-3.000x. Penelitian menemukan bahwa austenitisasi singkat dapat memperhalus ukuran butiran dari 25 ± 4 ?m pada variasi as received menjadi 9 ± 2 ?m pada variasi waktu pemanasan 10 detik di 7,38 kW. Ditemukan bahwa batas bawah dari austenitisasi singkat adalah kurangnya pelarutan karbida sebagai akibat dari rendahnya daya dan waktu pemanasan. Batas atas dari austenitisasi singkat berupa munculnya fasa delta ferit sebagai akibat dari efek pemerkayaan kromium lokal dari proses pelarutan karbida primer akibat terlalu tingginya daya dan waktu pemanasan. Penemperan singkat ditemukan mempresipitasi berbagai jenis karbida hingga karbida nano dan secara progresif melarutkan substruktur blok martensit rounded. Kombinasi dari austenitisasi singkat dan penememperan singkat ditemukan mampu menghasilkan dua variasi unggul: 10 detik di 7,38 kW dan di temper dua kali pada 8 detik di 2 kW yang menghasilkan kekerasan 523 HV dengan ketangguhan impak 8,5 J/cm2, dan 22 detik di 6 kW dan di temper dua kali pada 12 detik di 2 kW yang menghasilkan kekerasan 474 HV dan ketangguhan impak 53,3 J/cm2. Ketangguhan tinggi dari variasi kedua ditemukan diakibatkan oleh mekanisme patahan campuran yang disertai retakan sekunder divider-type yang berjumlah banyak. Baja X38CrMo16 menunjukkan respons berupa peningkatan sifat mekanik yang positif dan mikrostruktur yang bervariasi terhadap aplikasi perlakuan panas singkat.