Jenis Patahan Tempat dan Waktu Metode Pembuatan Spesimen

31

2.8 Jenis Patahan

Pada spesimen yang telah dilakukan pengujian impak, akan dapat diketahui jenis patahan yang dihasilkan. Adapun jenis-jenis patahan tersebut antaralain: 1. Patahan Getas Ciri-ciri patahan getas adalah memiliki permukaan rata dan mengkilap, apabila potongan ini disambung kembali maka kedua potongan ini akan menyambung dengan baik dan rapat. Hal ini disebabkan pada saat proses patahnya,spesimen tidak mengalami deformasi. Bahan yang memiliki jenis patahan ini mempunyai kekuatan impak yang rendah. 2. Patahan Liat Ciri-ciri permukaan patahan jenis ini tidak rata dan tampak seperti beludru, buram dan berserat. Jika potongan disambungkan kembali maka sambungan tidak akan rapat. Bahan yang memiliki jenis patahan ini mempunyai kekuatan impak yang tinggi, karena sebelum patah bahan mengalami deformasi terlebih dahulu. 3. Patahan Campuran Ciri-cirinya patahan jenis ini adalah permukaan patahan sebagian terdiri dari patahan getas dan sebagian yang lain adalah patahan liat. a b c Gambar 2.15 Sifat-sifat Patahan a Patahan getas, b Patahan liat, dan c Patahan campuran 32 2.9 Pengujian Hasil Pengelasan 2.9.1 Uji Impak Uji impak adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat rapit loading. Pada uji inpak terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang diserap material ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Tapi jika di mesin ujinya sudah menunjukkan energi yang dapat diserap material, tidak perlu menghitung manual. Proses penyerapan energi ini akan di ubah menjadi berbagai respon material, yaitu: 1. Depormasi plastis 2. Efek hysteresis 3. Efek inersia Standar ASTM uji impak Gambar 2.16 Standar ASTM Uji Impak Sumber : ASTM E-8M, ASTM Handbook 33 Ada dua macam pengujian impak, yaitu: 1. Charpy 2. Izod Perbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan menggunakan charpy lebih akurat karena pada izod, pemegang spesimen juga turut menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yang mampu diserap material seutuhnya. Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impak adalah: 1. Notch Notch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah yang lancip sehingga material lebih mudah patah. Selain itu notch juga akan menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat berbahaya karena tidak akan terjadi deformasi plastis dan menyebabkan material menjadi getas. Sehingga tidak ada tanda-tanda bahwa material akan mengalami kegagalan. 2. Temperatur Pada temperature tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya. 3. Strainrate Jika pembebanan di berikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka material akan sempat mengalami depormasi palstis, karena pergerakan atomnya dislokasi. Dislokasi akan bergerak menuju ke batas butir lalu 34 kemudian patah. Namun pada uji impak, strain rate yang di berikan sangat tingi sehingga dislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadi deformasi plastis, sehingga material akan mengalami patah transgranular, patahnya di tngah-tengah atom, bulan di batas butir. Karena dislokasi gak sempat gerak ke batas butir. Kemudian, dari hasil percobaan akan di dapatkan energi dan temperatur. Dari data tersebut, kita akan buat diagram harga impak terhadap temperature. Energi akan berbanding lurus dengan harga impak. Kemudian kita akan mendapatkan temperature transisi. Temperature transisi adalah range temperature di mana sifat material dapat berubah dari getas keulet jika material dipanaskan. 2.9.1.1 Mesin uji impak Mesin uji bentur impact yang digunakan untuk mengetahui harga impak suatu bahan yang di akibatkan oleh gaya kejut pada bahan uji tersebut. Tipe dan bentuk kontruksi mesin uji bentur beraneka ragam mulai dari jenis konvensional sampai dengan system digital yang lebih maju. Dalam pembebanan statis dapat juga terjadi laju deformasi yang tinggi kalau bahan di beri takikan, maka tajam kakikan makin besar deformasi yang terkonsentrasikan pada takikan, yang memunggkinkan meningkatkan laju regangan beberapa kali lipat, patah getas menjadi permasalahan penting pada baja dan besi. Pengujian impact charpy banyak di pergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Benda uji takikan berbentuk V yang mempunyai keadaan takikan 2 mm banyak dipakai. Permukaan benda uji pada inpact charpy dikerjakan halus 35 pada semua permukaan. Mesin uji inpact charpy ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Takikan dibuat dengan mesin freis atau alat nocth khusus takik. Semua dikerjakan menurut standar yang ditetapkan. Pada pengujian adalah suatu bahan uji yang ditakikan, dipukul oleh pendulum bandul yang mengayun. Dengan pengujian ini dapat diketahui sifat kegetasan suatu bahan . berikut ini merupakan salah satu mesin uji impak. Gambar 2.17 Mesin uji impak charpy Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU Cara ini dapat dilakukan dengan cara charpy, pendulum diarahkan pada bagian belakang takik dari batang uji. Sedangkan pada pengujian impact cara izod adalah pukulan pendulum diarahkan pada jarak 22 mm dari penjepit dan takikannya menghadap pendulum. Ada juga jenis Standar ASTM untuk pengujian impak. Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan harga impak. Harga impak lebih tinggi dari pada 36 aluminium menunjukkan bahwa ketangguhan baja lebih tinggi jika di bandingkan dengan aluminium. Ketangguhan adalah kemampuan material untuk menyerap energi dan berdeformasi plastis hingga patah. Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material adalah kadar karbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi akan lebih getas. Hal ini akan mempengaruhi harga impaknya dan temperature transisinya.material yang memiliki kadar karbon tinggi akan memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika di bandingkan dengan material yang memikiki kadar karbon rendah. Temperature transisi yang berbeda beda ini akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu. Material yang memiliki temperature transisi rendah maka material tersebut tidak akan tahan terhadap perubahn suhu. Untuk mencari nilai impak terlebih dahulu mencari ketinggian bandul sebelum dan setelah terjadi pemukulan. Dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut : h 1 = Sin α-90.s + s dimana : h 1 = ketinggian bandul sebelum terjadi pemukulan. Sin α = sudut awal bandul 147 s = jarak lengan pengayun 0.75 m Setelah didapat nilai ketinggian bandul maka dicari nilai kecepatan akhir setelah terjadi pemukulan dengan menggunakan rumus sebagia berikut : 37 Ep = Ek m.g.h 2 = 1 2 m.v 2 2 dimana : Ep = Energi potensial Ek = Energi Kinetik Pada pembebanan impak ini terjadi proses penyerapan energi yang besar. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau energi yang diserap benda uji patah didapat rumus yaitu E = Ep 1 – Ep 2 = m.g.h 1 – m.g.h 2 = m.gh 1 -h 2 = m.gλ1- cos α – λ cos β – cos α = m.g λ cos β – cos α Keterangan: Ep = energi potensial, Em = energi mekanik m = berat pendulum Kg g = Gravitasi 9,81 ms² h 1 = jarak awal antara pendulum dengan benda uji m h 2 = jarak akhir antara pendulum dengan benda uji m λ = jarak lengan pengayun m cos α = sudut posisi awal pendulum cos β = sudut posisi akhir pendulum 38 Dari persamaan di atas dapat diketahui harga impak yaitu : I = E A Dimana : I = Nilai ketangguhan impak Jmm² E = Energi yang diserap J A = Luas penampang di bawah takikan mm² Takik notch dalam benda uji standar ditujukan sebagai suatu konsentrasi segangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian tersebut. Selain berbentuk V dengan sudut 45º, takik dapat pula dibuat dengan bentuk lubang kunci key hole

2.9.2 Uji Kekerasan Hardness

Kekerasan Hardness adalah salah satu sifat mekanis dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mengalami pergesekan frictional force dan deformasi plastis. Deformasi plastis adalah suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal. Lebih ringkasnya kekerasan itu dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahanmaterial untuk menahan beban induksi atau penetrasi penekanan. Di dunia teknik umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian : 39 1. Brinnel HBBHN Jenis pengujian ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu bahanmaterial dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja identor yang ditekankan penetrasi pada permukaan bahanmaterial tersebut. Uji kekerasan Brinnel dapat dirumuskan sebagai berikut : HB = 2F �2.DD− D 2 −d 2 Dimana : D = diameter bola mm d = impression diameter mm F = Load beban Kgf HB = Brinnel Result HB Gambar 2.18 Brinnell Test Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU 2. Rockwell HRRHN Pengujian kekerasan dengan metode ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu bahanmaterial dalam bentuk daya tahan material terhadap 40 indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Rumus yang digunakaan yaitu, HR = E – e Dimana : HR = besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness E = jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line. e = jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002 mm 3. Vikers HVVHN Metode ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu bahanmaterial dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometric berbentuk pyramid. Beban yang digukan juga jauh lebih kecil dibangding yang digunakan pada pengujian Rockwell dan brinnel yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Rumus yang digunakan adalah HV = �. sin 136°2 d²2 HV = 1,854 Fd² Dimana: HV = angka kekerasan Vickers F = beban d = diagonal mm 41 4. Micro Hardness knoop hardness Metode ini bertujuan untuk pengujian material yang tingkat nilai kekerasannya rendah. Knoop biasanya digunakan untuk mengukur material yang getas seperti keramik. Rumus perhitungannya yaitu HK = 14,2 F I² Dimana: HK = angka kekerasan knoop F = Beban kgf I = panjang dari indentor mm Setelah kita mengetahui macam-macam pengujian untuk uji kekerasan maka segera ditentukan metode apa yang akan dipakai dalam penelitian ini yaitu dengan cara memperhatikan permukaan material, jenis dan dimensi material, jenis data yang diinginkan, dan ketersediaan alat uji.

2.9.3 Uji Struktur Mikro

Suatu logam mempunyai sifat mekanik yang tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada struktur mikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki struktur mikro yang berbeda, dan sifat mekaniknyapun akan berbeda. Ini tergantung pada proses pengerjaan dan proses laku-panas yang diterima selama proses pengerjaan. Pengamatan struktur mikro dapat menggunakan mikroskop. 42 Gambar 2.19 Mikroskop Optik Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU Struktur bahan dalam orde kecil sering disebut struktur mikro. Struktur ini dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi harus menggunakan alat pengamat struktur mikro. Penelitian ini menggunakan mikroskop cahaya. Persiapan yang dilakukan sebelum mengamati struktur mikro adalah pemotongan specimen, pengampelasan, pemolesan, dan pengetsaan. Setelah dipilih, bahan uji diratakan permukaannya dengan menggunakan kikir. Setelah rata digosok dengan menggunakan ampelas mulai dari yang kasar sampai yang halus. Arah pengampelasan tiap tahap harus diubah, pengampelasan yang lama dan penuh kecermatan akan menghasilkan permukaan yang halus dan rata. Bahan yang halus dan rata diberi autosol untuk membersihkan noda yang menempel pada bahan. Langkah terakhir sebelum dilihat struktur mikro adalah dengan mencelupkan specimen kedalam larutan etsa dengan penjepit tahan karat dan permukaan menghadap keatas. Kemudian specimen dicuci, dikeringkan dan dilihat struktur mikronya. 43 Untuk mendapatkan kemampuan resolusi dari lensa objektif yang digunakan, kontras bayangan haruslah mencukupi. Kontras bayangan bergantung pada persiapan spesimen dan optika. Perbedaan pada pemantulan sinar dari permukaan spesimen mengakibatkan adanya amplitudo bentuk yang dapat dilihat oleh mata setelah adanya perbesaran. Perbedaan fase yang ditimbulkan oleh pemantulan sinar pasti dapat dilihat dengan penggunaan fase kontras atau dengan menambahkan alat interferensi kontras pada mikroskop. 1. Penyinaran Daerah Terang Penyinaran daerah terang , merupakan cara pengujian yang paling banyak digunakan. Dalam operasinya, sinar dilewatkan melalui lensa objektif dan menumbuk permukaan spesimen secara tegak lurus. Bentuk permukaan yang normal terhadap sinar datang akan memantulkan sinar itu kembali melalui lensa objektif menuju mata. Permukaan yang miring akan memantulkan sinar lebih sedikit ke lensa objektif dan kelihatan lebih gelap, tergantung pada sudutnya. 2. Penyinaran Miring Pada beberapa mikroskop, dapat dipasangi dngan kondensator atau cermin sehingga sinar yang lewat melalui lensa objektif menumbuk permukaan spesimen pada sudut yang tidak tegak lurus. Kekasaran permukaan spesimen akan membentuk bayangan –bayangan, menghasilkan tampilan tiga dimensi. Hal ini memungkinkan kita untuk menentukan bentuk relif atau lekukan. Namun hanya sedikit tingkat kemiringan yang dapat digunakan, karena cara ini menyebabkan penyinaran menjadi tidak seragam dan mengurangi resolusi. 44 3. Penyinaran Daerah Gelap Sinar yang dipantulkan oleh bentuk yang miring, dikumpulkan, dan sinar yang dipantulkan dari bentuk yang normal terhadap pancaran sinar datang diblok. Oleh karena itu kontras merupakan kebalikan dari penyinaran daerah terang; dimana bentuk yang terang pada penyinaran daerah terang kelihatan gelap. Ini akan menghasilkan kontras bayangan yang sangat kuat, dengan adanya kemiringan benda akan kelihatan berkilauan. Pada beberapa kondisi, mungkin tidak bisa melihat bentuk dengan menggunakan penyinaran daerah terang. Cara penyinaran daerah gelap sangatlah praktis untuk digunakan dalam mempelajari struktur-struktur butir, namun intensitas cahaya yang rendah akan membuat fotomikroskop menjadi lebih rumit, namun masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan alat pengatur cahaya otomatis. Prinsip Kerja Mikroskop Optik Secara umum prinsip kerja mikroskop optik adalah sinar datang yang berasal dari sumber cahaya melewati lensa kondenser, lalu sinar datangitu menuju glass plane yang akan memantulkan sinar datang itu menuju spesimen. Sebelum mencapai spesimen sinar datang itu melewati beberapa lensa pembesar. Kemudian sinar datng tersebut sebagian akan dipantulkan kembali, sedangkan sebagian lagi akan menyimpang akibat mengenai permukaan yang telah terkorosi pada saat pengetsaan. Sinar datang yang dipantulkan kembali ke mikroskop optik akan diteruskan ke lensa okuler sehingga dapat diamati. 45

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

3.1.1 Tempat Penelitian ini dilakukan di Laboratorim Proses Produksi dan Laboratorium Ilmu Logam Fisik. Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3.1.2 Waktu Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Juli-September 2014.

3.2 Metode Pembuatan Spesimen

3.2.1 Persiapan Alat dan Bahan Pada tahap ini dilakukan atau dipersiapkan bahan-bahan dan alat-alat yang diperlukan untuk pengujian. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Gergaji saw Mesin gergaji yang digunakan Merk Viebahn 220 V dengan kecepatan potong 10 mm. Gergaji ini digunakan sebagai alat pemotong benda uji. ` Gambar 3.1 Gergaji besi Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU 46 Spesifikasi: Tipe : TNW ART No : Model 200 K Item No : ME 1 7 Tegangan : 38050 V Umin : 2860 P.K : 1.10 AV 220 – Amp 2.33 YV 380 – Amp 1.35 2. Gerinda tangan Dalam penelitian ini gerinda tangan digunakan untuk merapikan hasil las an pada pesawat tanpa awak. Batu gerinda merupakan komposisi aluminium oksida. gerinda ini dapat mengahsilkan putaran sekitar 11.000- 15.000 rpm. Gambar 3.2 gerinda tangan Sumber : Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU Spesifikasi: Syle No : S1M-DY01-100B Wheel specification : 100x16x4 Tegangan : 110220240 V Frekuensi : 5060 Hz Daya Input : 550 W 47 Kecepatan : 11000 rmin Berat : 2 kg Ukuran gerinda : 290x120x100 3. Mesin las Mesin las yang digunakan yaitu mesin las listrik. Gambar 3.3 Mesin las Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU Spesifikasi: Tipe : LEGS 225 No : 3433613 Tegangan : 380220 V Cos φ . bei A Cos φ bei A DB 100 ED 150 A 26 V HSB 60 ED 200 A 28 V HSB 35 ED 225 A 29 V 48 4. Mesin sekrap Mesin sekrap yang digunakan adalah type L-450, mesin sekrap digunakan sebagai proses pembentukan benda uji pada uji tarik dan uji impak. Mesin ini menggunakan mata pahat sebagai media pemakanan. Bentuk mata pahat dapat disesuaikan dengan bentuk benda yang diinginkan. Gambar 3.4 Mesin Skrap Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU Type : L-450 5. Mikroskop optic Mikroskop optic digunakan unutk melihat bentuk mikrostruktur daerah lasan. Adapun perbesaran yang digunakan adalah 100,200, dan 500X. Gambar 3.5 mikroskop optik Sumber: Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin USU 49 Spesifikasi : Merk : Rax Vision No.545491 Perbesaran optic : 50X, 100X, 200X, 500X dan 800X 3.3 Metodologi Penelitian Adapaun beberapa proses pelaksanaan pengujian sebagai berikut: 1. Proses pengujian dilaksanakan sepenuhnya, terhadap variabel-variabel yang mempengaruhi pemakaian elektroda, dalam hal ini dengan menggunakan elektroda yang berdiameter berbeda yang ditinjau dengan pengujian impak, pengujian kekerasan, dan uji mikro. 2. Teknik pengumpulan data yang diperoleh dari proses pengelasan yang dilakukan dari hasil pengujian impak terhadap benda uji sebanyak 9 spesimen, masing-masing 3 spesimen dengan diameter elektroda sebesar 2,6 mm, 3 spesimen dengan elektroda berdiameter 3,0 mm, dan 3 spesimen dengan elektroda berdiameter 4,0 mm. Pengumpulan data dari hasil pengujian kekerasan terhadap benda uji sebanyak 3 spesimen, dimana tiap- tiap specimen diambil tiga titik pembebanan. Dan untuk pengumpulan data mikto sebanyak 3 spesimen. 3. Metode analisa dan evaluasi data yang diperoleh dari pengujian yang dilakukan di laboraturium pada masing-masing spesimen adalah kualitatif. Dari data inilah akan dicari harga untuk sifat mekanis dari masing-masing spesimen dan merupakan nilai yang dicapai dari uji impak dan kekerasan berdasarkan variasi diameter elektroda yang dipakai. 50 4. Dari sinilah penelitian akan mendapatkan kesimpulan yang sebenarnya bagaimana pengaruh variasi diameter elektroda terhadap sifat mekanisnya dari material St37 didalam standar pengujian yang berlaku. 5. Penyusunan laporan, yang termasuk didalamnya kesimpulan dari hasil yang dicapai serta pengambilan langkah-langkah yang berhubungan terhadap hasil kekuatan sambungan las pada material uji lebih ditekankan, sehingga pada akhirnya tujuan penelitian dapat sepenuhnya tercapai.

3.4 Variabel-Variabel Pengujian