Home >Documents >Jurnal Darwin

Jurnal Darwin

Date post:16-Apr-2015
Category:
View:115 times
Download:3 times
Share this document with a friend
Transcript:

PENGARUH PROSES MECHANO HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT KELELAHAN BAJA KARBON SEDANG UNTUK MATA PISAU PEMANEN SAWITDarwin Rustiansyah Hsb Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

ABSTRAKTelah dilakukan penelitian pengaruh proses mechano heat treatment terhadap sifat kelelahan baja karbon sedang untuk mata pisau pemanen sawit. Tujuan penelitian ini adalah Mengetahui pengaruh perlakuan pada material baja karbon sedang terhadap kekuatan fatigue. Perbaikan sifat mekanis baja karbon sedang dengan proses mechano heat treatment pada suhu yang optimal dari setiap masingmasing perlakuan. Proses Mechano Heat Treatment adalah kombinasi (gabungan) antara proses 0 0 pengerjaan panas pada temperatur 800 C 10 % - 20% dan 950 C 20%, pengerjaan dingin dibawah 0 0 temperatur rekristalisasi pada suhu 600 C 5% dan 650 C 5% - 10%, serta perlakuan panas pada 0 0 0 temperatur 550 C 1 jam (air es-udara), 550 C 2 jam (air es-udara), 550 C1 jam (udara-udara). Hasil pengujian memperlihatkan bahwa nilai kekerasan maksimum adalah pada pengerjaan panas 420 0 BHN pada suhu 800 C dan deformasi 20%. Sedangkan pengujian kelelahan diperoleh pada proses pengerjaan panas diperoleh kekuatan lelah maksimum pada siklus 2584400 N selama 1820 menit dengan beban 7 kg. Kesimpulan hasil penelitian ini menunjukan bahwa pengaruh perlakuan panas pada baja karbon sedang terhadap kelelahan adalah semakin tinggi kekerasan bahan maka semakin meningkat umur kelelahan pada baja karbon sedang. Hubungan struktur mikro dengan umur fatigue memperlihatkan bahwa semakin kecil diameter butir maka semakin meningkat umur lelahnya dan sebaliknya semakin besar diameter butir maka semakin rendah umur lelahnya. Keywords: Mechano Heat Treatment, Fatigue, Baja Karbon Sedang, Diameter Butiran, Struktur Mikro

1. Pendahuluan Untuk meningkatkan kwalitas produk yang ada didalam dunia industri keteknikan khususnya dalam pembuatan mata pisau pemanen sawit maka dalam skripsi ini saya membahas cara untuk memperbaiki atau meningkatkan sifat mekanis pada mata pisau pemanen sawit.Seiring dengan perkembangan yang ada maka dibutuhkan baja dengan sifat dan karakteristik yang sesuai terhadap kondisi pada saat diaplikasikan. Hal yang mendasari penelitian ini adalah sifat mekanis dari mata pisau pemanen sawit yang kurang baik, salah satunya kekerasan yang tidak merata akibat proses penempaan konvensional, dan sifat tangguh yang masih rendah menyebabkan sering terjadinya patah atau lecetnya mata pisau sehingga umur masa pakai mata pisu lebih singkat. Alasan yang mendasari penelit mengambil baja per karena baja tersebut banyak dipergunakan dalam bidang keteknikan atau industri. Baja ini memiliki kekerasan yang tinggi sehingga cocok untuk komponen yang membutuhkan kekerasan, keuletan, ketahanan terhadap gesekan, serta umur pakai yang tinggi. Untuk mendapatkan sifat mekanis baja yang baik maka dikembangkan baja dengan penambahan unsur paduan seperti silicon, mangan, chromium, nickel, aluminium, copper, vanadium dan sebagainya. Masalah mechano heat treatment dipakai untuk memperbaiki sifat mekanis baja karbon sedang untuk mempertahankan kekerasan bahan tersebut karena didalam proses mechano heat treatment tedapat proses pengerjaan panas, pengerjaan dingin dan perlakuan panas yang dimana proses-proses ini dapat meningkatkan kekerasan pada baja karbon rendah. Dengan mengetahui tingkat kelelahan dan masa pakai suatu material,maka kita dapat mengetahui ketangguhuan dan masa pakai setelah pengujian fatigue. Pengujian ini amat penting dalam menentukan ketahanan suatu

material dan masa pakainya. Kelelahan material merupakan penyebab utama kegagalan komponen/struktur baja yang menerima pembebanan dinamis, disamping sebab lain seperti keausan, korosi, impact dan karena rancangan/model yang telah kadaluarsa. Kelelahan didefinisikan sebagai proses perubahan struktur dalam material yang terjadi secara permanen sejalan dengan periode waktu, yang disebabkan oleh tegangan atau regangan yang mengakibatkan terjadinya retak atau patah setelah beberapa kali pengulangan pembebanan. Permasalahan yang akan menjadi pokok bahasan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat kelelahan dari prose mechano heat treatment pada baja karbon sedang yang digunakan sebagai per belakang mobil (per daun) yang dijual di pasaran yang diaplikasikan pada mata pisau pemanen sawit serta menganalisa massa pakai ( life time) pada benda uji terhadap sifat mekanik seperti kekerasan bahan, struktur mikro bahan dan bentuk patahan yang terjadi setelah pengujian fatigue. Per daun adalah per atau pegas yang berbentuk lempengan yang memeliki lebar yang sama namun berbeda-beda panjangnya pada mobil yang terletak dibagian belakang mobil yang tersusun bertingkat. Ruang lingkup penelitian ini menitik beratkan pada sifat ketangguhan baja terhadap pengujian fatigue. Adapun batasan masalah pada skripsi ini yaitu : 1) Material yang digunakan adalah baja karbon sedang yang digunakan pada per mobil. 2) Setelah proses mechano heat treatment dilakukan pengujian fatigue untuk mengetahui sifat kelelahan dan masa pakai baja karbon sedang. 3) Pengujian fatigue hanya dilakukan pada nilai-nilai optimal dari proses mechano heat treatment. 2. Tinjauan Pustaka

2.2 Klasifikasi Baja Berdasarkan tinggi rendahnya presentase karbon di dalam baja, baja karbon diklasifikasikan sebagai berikut: a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel) mengandung karbon antara 0,10 s/d 0,30 %. Baja karbon ini dalam perdagangan dibuat dalam plat baja, baja strip dan baja batangan atau profil. b. Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel) mengandung karbon antara 0,30% - 0,60% C. Baja karbon menengah ini banyak digunakan untuk keperluan alatalat perkakas bagian mesin. c. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel) mengandung kadar karbon antara 0,60% - 1,7% C dan setiap satu ton baja karbon tinggi mengandung karbon antara 70 130 kg. 2.3 Proses Mechano Heat Treatment Proses Mechano Heat Treatment adalah proses pengerjaan pada suatu material yang menggunakan metode perpidahan panas dengan mengkombinasi (gabungan) antara proses pengerjaan panas, pengerjaan dingin, dan perlakuan panas. Dimana hasil pengujian dari proses mechano heat treatment ini yang diambil hasil optimalnya. a. Proses Pengerjaan Panas Pengerjaan panas adalah proses pembentukan logam yang mana proses deformasinya dilakukan dibawah kondisi temperatur dan laju regangan dimana proses rekritalisasi dan deformasi terjadi bersamaan. b. Proses Pengerjaan Dingin Proses pengrjaan dingin didefinisikan sebagai proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperatur dibawah temperatur rekristalisasi. Dalam praktek memang pada umumnya pangerjaan dingin dilakukan pada temperatur kamar, atau dengan lain perkataan tanpa pemanasan benda kerja. c. Perlakuan Panas (Heat Treatment) Perlakuan panas dari Metals Handbook dapat diartikan sebagai Kombinasi dari pengerjaan panas dan dingin, dalam waktu tertentu yang diaplikasikan ke sebuah logam pada kondisi padat dengan cara tertentu pula dengan tujuan untuk memperoleh sifat material yang diinginkan. 2.4 Pengujian Kekerasan Kekerasan logam didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi, dan memberikan indikasi cepat mengenai perilaku deformasi (Smallman, 2000). Alat uji kekerasan menekankan bola kecil, piramida atau kerucut ke permukaan logam dengan

2.1 Baja Baja adalah logam paduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0,1% hingga 1,7% sesuai tingkatannya. Dalam proses pembuatan baja akan terdapat unsur-unsur lain selain karbon yang akan tertinggal di dalam baja seperti mangan (Mn), silikon (Si), kromium (Cr), vanadium (V), dan unsur lainnya. Berdasarkan komposisi dalam prakteknya baja terdiri dari beberapa macam yaitu: Baja Karbon ( Carbon Steel ), dan Baja Paduan ( Alloy Steel )

beban tertentu, dan bilangan kekerasan (Brinell atau piramida Vickers) diperoleh dari diameter jejak. Kekerasan dapat dihubungkan dengan kekuatan luluh atau kekuatan tarik logam, Karena sewaktu indentasi, material di sekitar jejak mengalami deformasi plastis mencapai beberapa persen regangan tertentu. Bilangan kekerasan Vickers (VPN) didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan jejak piramida dan dinyatakan 2 dalam satuan kgf/mm dan besarnya sekitar tiga kali tegangan luluh untuk material yang tidak mengalami pengerasan kerja yang berarti. Bilangan kekerasan Brinell (BHN) diberikan oleh persamaan (2.4). Dimana bilangan Brinell didefinisikan sebagai tegangan 2 P/A, dalam satuan kgf/mm , diamana P adalah beban dan A adalah luas permukaan kutub bola yang membentuk indentasi. Jadi dimana d adalah diameter jejak dan D adalah diameter indentor. Agar diperoleh hasil yang kosisten maka rasio d/D harus kecil dan diusahakan agar tetap konstan. Dengan begini nilai BHN untuk material lunak adalah sama. Pengujian kekerasan penting, baik untuk pengendalian kerja maupun penelitian, khususnya bilamana diperlukan informasi mengenai getas pada suhu tinggi.

Dimana pengali Jeffries yang dipergunakan tergantung pada perbesaran yang digunakan pada saat melihat struktur mikro dan dapat ditetukan melalui tabel 1. Untuk selanjutnya setelah diperoleh nilai NA maka ukuran butir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut d = (3,322 log NA) 2,95 Tabel 1. Hubungan antara perbesaran yang digunakan dengan pengali Jeffries Perbes Pengali Jefrries( f) untuk aran 2 menetukan butiran/mm (M) 1 0.0002 10 0.02 25 0.125 50 0.5 75 1.125 100 2.0 150 4.5 200 8.0 250 12.5 300 18.0 500 50.0 750 112.5 1000 200.0 Sumber: ASTM E 112-96, 2000 2.6 Metode-Metode Pengujian Fatigue Batas lelah merupakan batas tegangan suatu spesimen saat spesimen tersebut masih dapat menerima tegangan bolak-balik yang tak hingga tanpa terjadi patah. Batas lelah material dapat ditentukan dari pengujian lelah lentur putar (rotary bending fatique test) terhadap beberapa specimen uji. Beban yang d