Pengaruh Konsentrasi Pospor (P) Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Rendah

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Oleh

DERITA SITUMORANG

097026008/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 1 1

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Oleh

DERITA SITUMORANG

097026008/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 1 1

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana

Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

DERITA SITUMORANG

097026008/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 1 1

Telah diuji pada

Tanggal 23 Juni 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua

:

Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

Anggota

:

1. Dra. Justinon, M.Si

2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng., Sc

3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S.

4.

Drs.

Herli

Ginting,

M.S.

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, Mei 2011

Derita Situmorang

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

N a m a : Derita Situmorang

N I M : 097026008

Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, meyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royaliti Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royaliti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, Mei 2011

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap : Derita Situmorang, S.Pd. Tempat dan tanggal lahir : Mogang, 24 Oktober 1962

Alamat Rumah : Jl. Binjai km. 10 Komplek Abdul Hamid Nst. No. F45B Medan

Telepon/HP : 085275344477

Instansi : SMA Neg. 6 Medan Alamat : Jl. Ansari No. 34 Medan Telepon : 061 7367580 DATA PENDIDIKAN Pendidikan Tahun lulus SD : SD Negeri 1 Palipi 1975

SMP : SMP Negeri 1 Palipi 1979

SMA : SMA Negeri 5 Medan 1982

D3 : FKIE IKIP Neg. Medan 1985

Strata1 : FMIPA IKIP Neg. Medan 2005

Strata2: Program Studi Magister Fisika 2011 Sekolah Pasca Sarjana USU

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya penulisan tesis ini dapat diselesaikan, yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

Tesis ini dibuat dalam bidang keahlian Manufaktur dengan judul:

“PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH ”.

Dengan tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K), Direktur Sekolah Pascarjana, Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairul Nisa B., M.Sc atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan S2 di Program Magister Fisika SPs-USU.

Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Bapak Dr.Sutarman, atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan S2 di Program Magister Fisika SPs-USU.

Ketua Program Studi Magister Fisika Bapak Dr. Nashruddin M.N., M.Eng.Sc. Sekretaris Program Magister Fisika SPs-USU Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring,M.S. beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Eddy Marlianto,M.Sc,Ph.D sebagai Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan, bimbingandan arahan demikian juga kepada Ibu Dra. Justinon, M.Si. selaku Pembimbing Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.

Bapak Dr. Nashruddin M.N., M.Eng.Sc.,dan Bapak Dr. Anwar Darma Sembiring,M.S. dan Bapak Drs. Herli Ginting,MS selaku dosen penguji yang banyak memberikan saran dan masukan terhadap pada penulis dalam penyusunan tesis ini. Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya diucapkan kepada Sahat Hamonangan Pangaribuan dan semua rekan-rekan mahasiswa S2 program magister Fisika angkatan 09 yang selalu memotivasi penulis dalam penyelesaian tesis ini.

Bapak Ir. Azriadi,Pg,Dip.Sc selaku kepala pelaksana harian Baristand Industri

Medan yang memberikan izin penelitian di Baristand Industri Medan Bapak Ir. Pander Tindaon, Bapak Ir. Haposan Situngkir, M.Si, dan Ibu Ir. Rosmaida Panjaitan pembimbing dan pengarah yang sangat setia dilapangan.

Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Drs. H. Sufrizal Tanjung, M.Si dan Dra. Hj. Erlinda, selaku kepala SMA Negeri 6 Medan dan seluruh staf guru dan pegawai di SMA Negeri 6 Medan.

Ucapan terimakasih juga kepada semua keluarga yang mendukung penulis dalam penyelesaian tesis ini. Istimewa kepada suami tercinta Drs. Sustoni Silaban dan ananda tersayang Ivana Grace Monica, Irma Shinta Roulia, dan Mea Fitri Kartika Sari yang telah banyak mengorbankan waktu dan kasih sayang mereka dan dukungan yang selalu mendoakan penulis selama pendidikan dan penyelesaian tesis ini.

Medan, Juni 2011 Penulis,

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah dengan cara memvariasikan presentasi unsur Pospor (P). Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tanur listrik induksi kemudian presentasi unsur Pospor (P) divariasikan sebanyak lima variasi, yaitu: v1=0,02%, v2=0,03%, v3=0,04%, v4=0,05%, dan v5=0,06%, masing-masing dicor pada cetakan pasir. Sampel yang dihasilkan melalui variasi presentase unsur Pospor (P) diuji untuk melihat sifat mekaniknya dilakukan pengujian tarik, kekerasan, impact, dan metalograpi. Data yang diperoleh dari hasil pengujian kemudian dianalisa, sehingga dapat diketahui pengaruh presentase unsur Pospor (P) pada baja karbon rendah. Dari hasil pengujian tarik diketahui bahwa kuat tarik paling rendah pada konsentrasi 0,02% adalah 361,91 kN/mm2 dan yang paling berat pada konsentrasi 0,06%, yaitu 459,79 kN/mm2. Untuk uji kekerasan konsentrasi 0,02% adalah 58,7 HRB dan konsentrasi 0,06% adalah 77,3 HRB. Untuk impact konsentrasi 0,02% bernilai impact 0,2622 joule/mm2 dan konsentrasi 0,06% bernilai impact 0,1869 joule/mm2. Untuk metalograpi perbesaran 200x yang dietsa dengan Nital 3% pada konsentrasi 0,02% bagian struktur perlit gelap dan struktur ferit terang dan konsentrasi 0,06% jumlah perlit semakin banyak dan ferit sedikit.

THE EFFECT OF PHOSPHORUS (P) ON MECHANICAL PROPERTIES

OF LOW CARBON STEEL

ABSTRACT

Has done research on the influence of phosphorus (P) on the mechanical properties of low carbon steels by varying the presentation of the element phosphorus (P). Raw materials with the composition of SC 37 is melted in electric induction furnaces and presentation elements phosphorus (P) was varied as much as five variations, namely: v = 0.02%, v = 0.03%, v = 0.04%, v = 0.05%, and v = 0.06%, respectively 1 2 3 4 5 casted in sand molds. Samples are produced through the variation of the percentage of the element phosphorus (P) tested to see its mechanical properties tensile testing, hardness, impact, and metalography. Data obtained from the test results were analyzed, so that can know the influence of the percentage of the element phosphorus (P) on low carbon steel. From the results of tensile testing is known that the lowest tensile strength at a concentration of 0.02% is 361.91 kN/mm and most severe at 2 concentrations of 0.06%, is 459.79 kN/mm . To test the hardness concentration of 2 0.02% was 58.7 HRB and the concentration of 0.06% was 77.3 HRB. Concentration of 0.02% for the impact value is 0.2622 joule/mm and concentration of 0.06% for the 2 impact value is 0.1869 joule/mm . To metalography 200x magnification is etched 2 with Nital 3% at a concentration of 0.02% the dark pearlite structure and the structure of ferrite and concentration of 0.06% light the amount of pearlite and ferrite little more.

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Klasifikasi Logam 4

2.2 Struktur dan Sifat Baja Cor 4

2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon 4

2.2.2 Sifat-Sifat Coran Baja Karbon 5

2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus 6

2.4 Baja Cor Tahan Karat 7

2.4.1 Sruktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Tahan Panas 8 2.4.2 Struktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Pospor (P) Tinggi 8

2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan 9

2.5.1 Uji tarik 9

2.5.1 Kuat tarik maksimum 9

2.5.2 Perpanjangan (elongation) 10

2.5.2 Uji Kekerasan 10

2.5.3 Uji Impact 11

2.5.4 Struktur Mikro 12

BAB III METODE PENELITIAN 13

3.1 Lokasi Penelitian 13

3.2 Bahan dan Alat 13

3.2.1 Bahan 13

3.3 Variabel Penelitian 16

3.3.1 Variabel Tetap 16

3.3.2 Variabel Berubah 16

3.4 Prosedur Penelitian 16

BAB. IV HASIL DAN PEMBAHASAN 19

4.1 Pembuatan Sampel Uji 19

4.2 Pengujian Tarik 20

4.3 Pengujan Kekerasan 24

4.4 Pengujian Impact 26

4.5 Uji Metalografi 28

BAB. V KESIMPULAN DAN SARAN 33

5.1 Kesimpulan 33

5.2 Saran 33

DAFTAR PUSTAKA 34

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

Tabel

4.1 Tabel Data Pengujian Tarik 21

4.2 Tabel Hasil Perhitungan Pengujian Tarik 22

4.3 Tabel Hasil Perhitungan Pengujian Tarik Rata-rata 22

4.4 Tabel Data Pengujian Kekerasan 25

DAFTAR

GAMBAR

No. Gambar

Judul Gambar Halaman

3.1 Presision Catting Machine 14

3.2 Mesin Gerinda 15

3.3 Mesin Poles 15

3.4 Metallurgical microscope 16

3.5 Diagram Alir Penelitian 18

4.1 Keel Block a) Tampak Samping, b) Tampak Atas 19

4.2 Sampel uji tarik 20

4.3 Benda Uji Setelah Putus 20

4.4 Grafik Kuat tarik (kN/mm2) vs konsentrasi P (%) 23 4.5 Grafik Regangan (%) vs Konsentrasi Pospor (%) 23

4.6 Grafik perpanjangan vs konsentrasi Pospor (P) 24

4.7 Sampel uji Kekerasan 24

4.8 Kekerasan vs Konsentrasi unsur P 25

4.9 Sampel uji impact 26

4.10 Nilai Impact (J/ mm2) vs persentase Pospor (%) 27

4.11 Spesimen Uji Metalografi 28

4.12 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,02 % 29

4.13 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,03 % 30

4.14 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,04 % 30

4.15 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,05 % 31

4.16 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,06 % 32

DAFTAR LAMPIRAN

No. Lampiran

Judul Halaman

A Tabel Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975) L-1

PENGARUH KONSENTRASI POSPOR (P) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah dengan cara memvariasikan presentasi unsur Pospor (P). Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tanur listrik induksi kemudian presentasi unsur Pospor (P) divariasikan sebanyak lima variasi, yaitu: v1=0,02%, v2=0,03%, v3=0,04%, v4=0,05%, dan v5=0,06%, masing-masing dicor pada cetakan pasir. Sampel yang dihasilkan melalui variasi presentase unsur Pospor (P) diuji untuk melihat sifat mekaniknya dilakukan pengujian tarik, kekerasan, impact, dan metalograpi. Data yang diperoleh dari hasil pengujian kemudian dianalisa, sehingga dapat diketahui pengaruh presentase unsur Pospor (P) pada baja karbon rendah. Dari hasil pengujian tarik diketahui bahwa kuat tarik paling rendah pada konsentrasi 0,02% adalah 361,91 kN/mm2 dan yang paling berat pada konsentrasi 0,06%, yaitu 459,79 kN/mm2. Untuk uji kekerasan konsentrasi 0,02% adalah 58,7 HRB dan konsentrasi 0,06% adalah 77,3 HRB. Untuk impact konsentrasi 0,02% bernilai impact 0,2622 joule/mm2 dan konsentrasi 0,06% bernilai impact 0,1869 joule/mm2. Untuk metalograpi perbesaran 200x yang dietsa dengan Nital 3% pada konsentrasi 0,02% bagian struktur perlit gelap dan struktur ferit terang dan konsentrasi 0,06% jumlah perlit semakin banyak dan ferit sedikit.

THE EFFECT OF PHOSPHORUS (P) ON MECHANICAL PROPERTIES

OF LOW CARBON STEEL

ABSTRACT

Has done research on the influence of phosphorus (P) on the mechanical properties of low carbon steels by varying the presentation of the element phosphorus (P). Raw materials with the composition of SC 37 is melted in electric induction furnaces and presentation elements phosphorus (P) was varied as much as five variations, namely: v = 0.02%, v = 0.03%, v = 0.04%, v = 0.05%, and v = 0.06%, respectively 1 2 3 4 5 casted in sand molds. Samples are produced through the variation of the percentage of the element phosphorus (P) tested to see its mechanical properties tensile testing, hardness, impact, and metalography. Data obtained from the test results were analyzed, so that can know the influence of the percentage of the element phosphorus (P) on low carbon steel. From the results of tensile testing is known that the lowest tensile strength at a concentration of 0.02% is 361.91 kN/mm and most severe at 2 concentrations of 0.06%, is 459.79 kN/mm . To test the hardness concentration of 2 0.02% was 58.7 HRB and the concentration of 0.06% was 77.3 HRB. Concentration of 0.02% for the impact value is 0.2622 joule/mm and concentration of 0.06% for the 2 impact value is 0.1869 joule/mm . To metalography 200x magnification is etched 2 with Nital 3% at a concentration of 0.02% the dark pearlite structure and the structure of ferrite and concentration of 0.06% light the amount of pearlite and ferrite little more.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Baja adalah paduan antara besi (Fe) dan karbon (C) dengan penambahan paduan lainnya. Baja paling banyak digunakan sebagai produk akhir seperti komponen otomotif, tranformer listrik dan untuk proses manufaktur lainnya seperti proses pembuatan lembaran besi, proses ekstrusi dan lain-lain. Dasar pemilihan pemakaian baja ini seiring dengan terus berkembangnya industri otomotif dan kebutuhan masyarakat akan kendaraan bermotor, komponen permesinan dan bidang lainnya terutama didasarkan pada sifat mekaniknya (Tri Harya Wijaya, 2010).

Sifat mekanik ini sangat ditentukan oleh kandungan paduan yang terdapat di dalamnya. Kandungan unsur ini akan membentuk struktur mikro pada baja, sehingga dengan merubah komposisi maka struktur mikro juga berubah dan perubahan ini akan mempengaruhi sifat mekaniknya. Selain itu, perubahan struktur mikro juga dilakukan dengan cara perlakuan panas dengan merubah kecepatan pendinginan Kemampuan pengerasan baja (hardenability) memiliki rentangan yang besar sehingga dapat disesuaikan dengan sifat mekanik yang sesuai dengan keinginan dan sifat dari baja.

Paduan logam baja karbon rendah yang terdiri besi (Fe) dan unsur-unsur karbon (C), silikon (Si), mangan (Mn), pospor (P) dan unsur lainnya (Wikipedia, 2010a). Salah satu tujuan terpenting dalam pengembangan material adalah menentukan apakah struktur dan sifat-sifat material optimum agar daya tahan dicapai maksimum (Taufikkurrahman, dkk., 2005).

Pada pengecoran dengan cetakan pasir, laju pembekuan tergolong lambat sehingga karakteristik paduan yang dihasilkan cenderung memiliki butiran yang kasar yang mengakibatkan kuat tarik dan kekerasan coran yang relatif rendah. Selain itu pada pengecoran statik dengan cetakan pasir sering terjadi rongga penyusutan dalam (internal sringkage) dan pengotor bukan logam (non metallic inclusions) terdapat pada coran (Tata Surdia, 1975). Pengaturan komposisi bahan pada tanur kupola sulit dilakukan karena pada proses peleburan berlangsung, material yang mempunyai titik lebur yang lebih rendah akan mencair terlebih dahulu dan material yang mempunyai titik cair yang lebih tinggi mencair belakangan, sehingga ketika pengeluaran cairan logam dari tanur (tapping) dilakukan, komposisinya dapat berubah dari tapping yang pertama ke tapping selanjutnya. Komposisi dari logam cair juga dapat berubah karena tanur kupola menggunakan bahan bakar kokas karena bahan bakar ini bersentuhan langsung dengan logam cair, sehingga dapat terjadi penambahan karbon pada logam cair akibat pemakaian kokas tersebut (Haposan Situngkir, 2009)

Mikrostruktur dari suatu material (yang secara umum dapat digolongkan kedalam logam, polimer, keramik, dan komposit) dapat juga mempengaruhi sifat-sifat mekanik dari suatu material (Wikipedia, 2007b). Aspek terpenting dari setiap bahan rekayasa strukturnya, karena struktur suatu material berkaitan dengan komposisinya, sifatnya, sejarahnya, dan kinerja pengolahannya. Analisis mikrostruktur digunakan untuk memperoleh informasi tentang bagaimana bahan tersebut diproduksi dan kualitas bahan yang dihasilkan (Microstrukture, 2007a).

1.2. Perumusan Masalah

Pada penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap sifat mekanik dan struktur mikro baja karbon rendah SC 37.

1.3 Batasan Masalah

Mengingat banyaknya perlakuan yang dapat dilakukan pada baja karbon rendah maka penulis membatasi penelitian yaitu bagaimana pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah dengan variasi mulai 0,02% sampai 0,06% dengan kuat tarik ≥37 kgf/mm2, pertambahan panjang ≥26%.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah.

2. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap karakteristik struktur mikro baja karbon rendah.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Memberikan informasi kepada industri pengecoran logam tentang pengaruh persentasi Pospor (P) pada baja karbon rendah terhadap sifat mekanik dan struktur mikro.

2. Membantu mengatasi masalah pada industri pembentukan baja karbon rendah dan menjadi acuan nasional dalam mengembangkan industri.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi Logam

Logam cor diklasifikasikan menurut kandungan karbon yang terkandung di dalamnya yaitu kelompok baja dan besi cor. Logam cor yang memiliki persentase karbon maksimum 2,11 % disebut baja dan jika kadar karbon lebih besar dari 2,11 % karbon disebut dengan besi cor. Besi cor komersial secara umum memiliki persentasi karbon (2,5 – 4,3) %. Menurut persentase karbon, baja cor komersial diklasifikasikan dalam tiga jenis yaitu (Heine Richad.W.et.al.,1967):

1. Baja karbon rendah memiliki kadar karbon lebih kecil dari 0,20 % 2. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,20 sampai dengan 0,50 % 3. Baja karbon tinggi memiliki kadar karbon di atas 0,50 %

Selain ketiga klasifikasi di atas, baja juga diklasifikasikan menurut total kandungan unsur yang terdapat di dalamnya yaitu:

1. Baja paduan rendah (low alloy steels), total kandungan unsur kurang dari 8 % 2. Baja paduan tinggi (high alloy steels), total kandungan unsur di atas 8 %

2.2 Struktur dan Sifat Baja Cor 2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon

Baja karbon adalah panduan dari sistem besi-karbon. Kadar karbonnya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi coran biasanya kurang dari 1,0 % C. Sebagai unsur- unsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai 0,70 % Si, 0,50

sampai 1,0 Mn, pospor dibawah 0,06 % dan belerang dibawah 0,06 % . Karakteristik baja karbon rendah adalah mudah ditempa dan mudah di mesin.

Struktur mikro dari baja cor yang mempunyai kadar karbon kurang dari 0,8 % terdiri dari ferit dan perlit. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit. Dalam hal ini apabila kadar karbon diatas 0,80 % , baja terdiri dari perlit dan sementit yang terpisah. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.

2.2.2 Sifat - Sifat Coran Baja Karbon

Jika kadar karbon dari baja cor karbon bertambah, kekuatannya bertambah, sedangkan perpanjangannya, pengecilan luas dan harga benturnya berkurang dan menjadi sukar dilas. Penambahan pospor juga memberikan kekuatan tarik yang lebih tinggi, tetapi pengaruhnya kurang dibandingkan karbon. Cor baja karbon biasanya dilunakkan, dinormalkan dan distemper sebelum dipakai. Dibanding dengan melunakkan, menormalkan coran baja karbon memberikan butir-butir halus dan memberikan harga yang lebih tinggi untuk batas mulur serta kekuatan tarik. Perpanjangan dan pengecilan luasnya juga diperbaiki dengan jalan menormalkan. Perbaikan dari sifat-sifat baja cor dengan jalan menormalkan sangat jelas apabila kadar karbonnya lebih tinggi. Kalau coran baja ditemper pada 6500 setelah dilunakkan, maka batas mulur, kekuatan tariknya menurun sedangkan perpanjangan dan pengecilan luasnya lebih baik.

Harga bentur baja cor turun sesuai dengan turunya temperatur. Temperatur transisi didefenisikan sebagai temperatur di mana harga bentur turun cepat sekali. Ini merupakan indeks yang paling tinggi untuk keuletan dari logam yang dipergunakan pada temperatur rendah. Sebagai penggantinya, biasa dipakai temperatur transisi 15 ft-1b. Temperatur transisi sangat dipengaruhi oleh kadar karbon. Kalau kadar karbon bertambah 0,1%, maka Tr 15 meningkat 130C untuk kandungan karbon kurang dari 0,3% dan 280C untuk daerah kadar karbon antara 0,3% sampai 0,57%.

Untuk mengukur sifat-sifat mekanis dari baja cor karbon, batang uji diambil dari bagian-bagian yang berhubungan dengan badan utama atau dari coran yang terpisah dicor bersama-sama yang kemudian dilunakkan, dinormalkan dan ditemper sebelum pengujian.

2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus

Baja cor khusus terdiri dari baja cor paduan rendah dan baja cor paduan tinggi yang dibuat menambahkan macam-macam unsur paduan kepada baja cor karbon. Pospor dan juga silisium biasanya tidak dapat dihindarkan selalu tercampur waktu pengolahan baja, sehingga dalam hal ini baja cor ini tidak disebut baja cor khusus, kecuali kalau unsur-unsur tersebut ditambahkan sebagai unsur paduan.

Baja ini disebut baja paduan rendah apabila unsur paduannya ditambahkan 1% sampai 2% kabon, dan disebut baja paduan menengah apabila unsur paduannya ditambahkan 2% sampai 5%, dan disebut baja paduan tinggi apabila unsur paduannya diatas harga-harga 5%, tetapi dalam hal ini tidak dibedakan secara tepat. Baja cor khusus biasanya baru dipergunakan setelah melalui pencelupan dingin penormalan dan penemperan untuk memperbaiki sifat-sifatnya.

Baja cor paduan rendah baja cor karbon dikeraskan dan dikuatkan dengan pencelupan dingin tetapi mampu keraskan agak buruk dan hanya kulitnya saja yang keras. Lapisan yang mengeras menjadi lebih tebal dengan menambah Cr, Mo atau Ni. Baja ini tersebut boleh dikatakan mempunyai mampu keras yang tinggi. Hal itu disebabkan karena karbon larut dalam austenit yang menyebabkan baja menjadi keras dengan pencelupan dingin.

Dalam penormalan, walaupun baja mempunyai mampu keras tinggi akan terdapat perbedaan kekerasan yang kecil antara kulit dan bagian tengahnya. Tetapi kalau baja karbon dikeraskan dengan menambah unsur paduan maka kekerasan baja yang dinormalkan bertambah sebanding dengan kekuatannya (Tata Surdia).

Pada umumnya, sifat-sifat baja cor menjadi lebih buruk jika masanya bertambah. Karena masanya besar bagian tengahnya mempunyai kekuatan dan keuletan yang lebih buruk dibanding dengan kulitnya. Hal ini disebabkan oleh perbedaan dan perbandingan pembekuan. Kalau masa menjadi lebih besar, di bagian yang lebih dekat ke tengah, pembekuannya menjadi lebih lambat dan strukturnya menjadi lebih lemah.

Baja cor paduan rendah terdiri dari beberapa macam diuraikan seperti ini: Baja cor pospor rendah dan baja cor khrom pospor mempunyai mampu-keras lebih tinggi daripada baja cor karbon biasa, sehingga dengan pengolahan panas yang cocok didapat baja yang murah dan ulet. Baja cor paduan karbon rendah dipergunakan untuk bagian-bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan keuletan, dan baja cor paduan karbon tinggi dipakai gigi dan roda karena sangat baik ketahanan ausnya (Metalurgi of Steel).

2.4 Baja Cor Tahan Karat

Baja cor tahan karat adalah baja yang diperbaiki tahanan korosinya dengan menambah nikel atau khrom, dan ini akan memberikan ketahanan korosi, katahanan panas dan ketahanan dingin yang baik sekali dibandingkan dengan baja cor karbon biasa. Baja di dalam air atau udara akan berkarat oleh oksidasi, sedangkan baja paduan dengan kandungan khrom lebih dari harga tertentu mempunyai sifat pasif terhadap oksidasi dan bebas karat. Kandungan khrom yang banyak cenderung untuk membuat sifat pasif, dan kebanyakan baja tahan karat mengandung khrom lebih dari 12%. Selanjutnya apabila nikel ditambahkan, maka ketahanan korosi, keuletan pada temperatur rendah, mampu olah dan mampu lasya diperbaiki. Baja tahan ini dapat digolongkan menjadi baja tahan karat martensit, austenite dan ferit sesuai dengan struktur mikronya.

2.4.1 Sruktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Tahan Panas

Umumnya, bahwa baja cor tahan panas adalah nama umum untuk baja cor yang dipakai pada temperatur tinggi yaitu di atas 6500C. Logam tersebut terdiri dari baja cor paduan tinggi dengan khrom tinggi dan baja cor paduan tinggi dengan nikel tinggi sesuai dengan komposisi kimianya. Perbedaannya dengan baja cor tahan karat ialah kandungan karbonnya lebih tinggi dan kekuatannya yang tinggi pada temperatur tinggi. Sifat-sifat yang harus dipunyai oleh baja cor tahan panas ialah sebagai berikut:

1. Kestabilan permukaan (tahan korosi dan tahan asam yang baik) 2. Kekuatan jalar pada temperatur tinggi

3. Keuletan pada temperatur tinggi

4. Tahanan yang tinggi terhadap kegetasan karena pengarbonan 5. Tahanan yang tinggi terhadap kelelahan panas

6. Tahan aus yang baik dan deformasi yang kecil

Baja cor tahan panas dipakai untuk baggian-bagian tungku pelebur logam aparat pengolah minyak, klin untuk semen, ketel uap, mesin jet, turbin gas, aparat pembuat gelas, aparat pembuat karet sintesis, dan tungku pemanas logam.

2.4.2 Struktur dan Sifat-sifat dari Baja Cor Pospor (P) Tinggi

Dari semua unsur-unsur yang umum ditemukan dalam baja, pospor berdiri unggulan. Hal ini pantas di rolling mill, untuk itu cenderung menghasilkan kristalisasi kasar, dan karenanya menurunkan suhu yang aman untuk panas baja, dan untuk alasan ini logam phosphoritic harus selesai pada suhu lebih rendah dari baja murni, untuk mencegah pembentukan struktur kristal selama pendinginan.

Baja cor pospor (P) mengandung pospor 11% sampai 14% dan karbon 0,9 sampai 1,2% dimana harga perbandingan antara pospor (P) dan C kira-kira 10. Struktur setelah di cor sangat getas karena karbid mengendap pada batas butir austensit, sedangkan struktur yang dicelup dingin dalam air dari 10000C menjadi austensit seluruhnya dan keuletannya jauh lebih baik. Kadar pospor menentukan beberapa bagian dari karbon yang terikat dengan besi, dan beberapa bagian yang

berbentuk grifit (karbon bebas) setelah tercapai keadaan yang seimbang. Kelebihan pospor akan membentuk ikatan yang keras dengan besi, sehingga dapat dikatakan bahwa pospor diatas 3,2 % akan meningkatkan kekerasan (Iqbal,2007).

2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan

Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respons atau reformasi bahan terhadap benda yang bekerja. Sifat-sifat mekanik yang dilakukan terhadap baja carbon SC 37 meliputi kuat tarik, kekerasan, dan impact struktur mikro.

2.5.1 Uji tarik

Melalui uji tarik akan didapat kuat tarik maksimum dan pertambahan panjang (elongation).

2.5.1.1 Kuat tarik maksimum

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah kuat tarik maksimum dan perpanjangan. Kuat tarik suatu bahan dapat ditentukan dengan menarik bahan tersebut sampai beban maksimum. Keterangan-keterangan yang diperoleh pada penarikan bahan dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran benda uji sesuai dengan standard yang digunakan.

Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum (UTS), yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995).

UTS, σTS = (2.1)

Dimana: σTS = kuat tarik maksimum (N/m2)

Pmax = beban maksimum pada watu pengujian (N) A0 = luas penampang (m2)

Kenaikan tegangan dari titik luluh sampai kuat tarik maksimum menunjukan bahwa bahan mengalami pengerasan pengerjaan, sehingga pada logam terjadi deformasi plastis. Kuat tarik maksimum sampai kuat tarik putus mengakibatkan luas penampang bahan mereduksi (mengecil) dan terjadi lokalisasi pertambahan panjang hingga akhirnya putus.

2.5.1.2 Perpanjangan (elongation)

Pertambahan panjang suatu bahan setelah mengalami uji tarik disebut elongation. Nilai keuletan suatu bahan biasanya ditunjukan oleh harga elongation ini. Apabila harga elongation besar maka bahan tersebut dikatakan ulet (ductility). Keuletan (ductility) adalah kemampuan logam untuk berdeformasi plastis sebelum putus. Persetase elongation dinyatakan dengan persamaan berikut.

% elongation = (2.2)

Dimana:

L0 = panjang mula-mula (mm)

L = panjang setelah bahan putus (mm)

Panjang mula-mula diukur pada dua batas bagian tengah sampel uji tarik dan panjang akhir sampel diukur pada batas yang sama setelah kedua bagian yang putus disatukan kembali.

2.5.2 Uji Kekerasan

Kekerasan didefenisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi permukaan, yang disebabkan oleh penekanan oleh benda tekan yang berbentuk tertentu karena pengaruh gaya tertentu. Pengujian kekerasan sangat berguna sekali untuk mengetahui kualitas suatu bahan yang akan dipergunakan pada produk-produk logam seperti komponen mesin. Beberapa metode pengujian kekerasan logan, yaitu:

- Metode gores

- Metode kekerasan Rockwell - Metode kekerasan Vickers - Metode kekerasan Vickers mikro

Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah metode kekerasan Brinell Metode ini sangat cocok untuk mengukur bahan-bahan yang tidak homogen seperti baja cor karbon rendah. Brinnell menggunakan indentor bola baja sebagai alat untuk mengukur kekerasan logam. Besarnya nilai uji kekerasan Brinnell dinyatakan dengan persamaan berikut (Gordonengland, 2009e)

BHN =

(2.3)

Dimana: BHN = Nilai Kekerasan Brinnell F = Beban Penekan

D = Diameter Indentor / Pemukul (mm) Di = Diameter Indentasi / Jejak (mm)

2.5.3 Uji Impact

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi. Sampel uji disesuaikan dengan standar ASTM E 23-56 T.

Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur pospor (P) yang berbeda. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charphy Impact Machine. Uji impact dirancang untuk mengukur ketahanan bahan terhadap pembebanan tiba-tiba atau gaya kejut dan yang diukur adalah energi impact atau energi yang diserap sebelum bahan patah. Metode yang paling umum untuk mengukur energi impact adalah: Material yang kuat membutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkannya dan material yang getas

membutuhkan energi yang lebih kecil untuk mematahkannya, dengan kata lain bahwa makin kecil nilai impact menandakan bahan material semakin getas.

- Test Impact Charpy - Test Impact Izod

Dalam penelitian ini test yang digunakan adalah Metode Charpy.

2.5.4 Struktur Mikro

Struktur mikro merupakan butiran-butiran suatu benda logam yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang sehingga perlu menggunakan metalurgical microscope untuk pemeriksaan butiran-butiran logam tersebut. Struktur material berkaitan dengan komposisi, sifat, sejarah dan kinerja pengolahan, sehingga dengan mempelajari struktur mikro akan memberikan informasi yang menghubungkan komposisi dan pengolahan sifat dan kinerjanya.

Analisis struktur mikro digunakan untuk menentukan apakah parameter struktur berada dalam spesifikasi tertentu dan didalam penelitian digunakan untuk menentukan perubahan-perubahan struktur mikro yang yang terjadi sebagai akibat variasi komposisi (Tri Harya Wijaya, 2010).

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Pelaksanaan penelitian direncanakan di lokasi Balai Riset dan Standardisasi Industri Medan, Jl. Sisingamangaraja No. 24 Medan.

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan

Adapun bahan yang digunakan adalah:

- Baja lunak

- Carburizer

- Ferro Silicon (FeSi) - Ferro Mangan (FeMn)

- Pospor

- Pasir cetak

- CO2 gas

- Water glass

3.2.1 Alat

Adapun alat yang digunakan adalah: - Tanur listrik induksi (melebur) - Termocoply (mengukur suhu)

- Spectrometer (menguji komposisi kimia) - Ladel (transportasi logam cair)

- Pattern (pola)

- Mesin uji tarik (universal testing maehine) - Mesin uji impact

- Hardness tester (rockmell hardness tester)

Peralatan yang digunakan pada pengujian umumnya terdiri dari: 1. Mesin potong

Pemotongan sampel uji dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai macam alat potong, yang paling penting di sini adalah pencegahan pengaruh panas pada sampel uji ketika proses pemotongan berlangsung. Panas yang terjadi pada saat pemotongan dapat merubah struktur mikro dari sampel yang akan diuji.

Gambar 3.1 Presision Catting Machine 2. Mounting press

Mounting press digunakan untuk membuat pegangan sampel uji yang terlalu kecil dan tipis. Sampel uji yang kecil ditanamkan dalam bahan termoset dengan cara memanaskan termoset pada suhu sekitar 70 0C , dipress lalu didinginkan dengan cara ini maka sampel uji yang kecil dapat dipegang pada saat memolesnya.

3. Mesin gerinda

Mesin gerinda digunakan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan dari sampel uji, permukaan sampel uji hasil penggerindaan tergolong masih sangat kasar, untuk memperoleh hasil yang lebih halus, selanjutnya diproles pada mesin poles.

Gambar 3.2 Mesin Gerinda 4. Mesin poles

Mesin poles digunakan untuk memoles permukaan sampel uji, kehalusan permukaan sampel ditentukan dari penggunaan kertas pasir, semakin besar nomor kertas pasir maka permukaan sampel semakin halus. Pada mesin ini dapat dipakai pemolesan dengan memakai bubu alumina dengan besar butir satu mikron. Setelah selesai pemolesan dengan bubuk alumina maka sampel sudah dapat difoto dengan memekai metalurgical microscope.

Gambar 3.3 Mesin Poles 5. Stand press

Untuk memperoleh gambar yang jelas saat pengamatan stuktur mikro pada

metallurgical microscope, maka permukaan sampel uji tegak lurus terhadap cahaya yang berasal dari mikroskop, sehingga pencahayaan mikroskop dapat difokuskan dengan baik pada permukaan yang diamati.

6. Meta

amera digital sehingga gambar struktur mikro dari sampel dapat difoto dengan jelas.

llurgical microscope

Mikroskop ini dilengkapi dengan beberapa lensa dengan pembesaran 50X, 100 X, 200 X, dan 1000 X, oleh karena itu dapar dipilih pembesaran yang sesuai dengan kebutuhan. Mikroskop ini juga dilengkapi dengan k

Gambar 3.4 Metallurgical microscope

.3 Variabel Penelitian

variasi yaitu: v1= 0,02 %, v2 = 0,03 %, v3 = ,04 %, v4 = 0,05 %, dan v5 = 0,06 %.

ifat mekanik, Kuat Tarik, Kekerasan, Kuat Impact. 3

3.3.1 Variabel Tetap

Pospor (P) divariasikan sebanyak lima 0

3.3.2 Variabel Berubah S

3.4 Prosedur Penelitian

Bahan baku yang digunakan dalam penetian adalah baja karbon rendah dengan komposisi C,Si, Mn, P, dan S. Bahan ini dilebur pada tanur listrik induksi sampai pada suhu 14000C. Pada saat peleburan akan terjadi kehilangan unsur akibat reaksi

kimia

ur listrik induksi kemudian

persent

4, dan 5. Tiap-tiap sampel dibuat benda uji (specim n) untuk masing-masing pengujian, kemudian diperoleh data kemudian data ini dianalisis lalu diperoleh kesimpulan.

tersebut dengan oksigen. Kekurangan unsur ini dapat ditambah (dikoreksi) dengan menambah unsur paduan seperti Fe Si75, Carburizar, dan FeP75.

Untuk mengetahui pengaruh Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah tersebut dibuat 5 (lima) sampel deagan memvariasikan persentase Pospor (P). Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tan

ase unsur Pospor (P) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: v1= 0,02 %, v2 = 0,03 %, v3 = 0,04 %, v4 = 0,05 %, dan v5 = 0,06 %.

Cetakan dibuat dengan pasir cetak sesuai dengan standard. Logam cair sesuai dengan komposisi sampel 1, 2, 3, 4,dan 5 dituangkan kedalam cetakan dan dibiarkan sampai logam tersebut membeku. Setelah cetakan dingin (suhu kamar), cetakan dibongkar dan diperoleh sampel 1, 2, 3,

Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Diagram Alir

Memulai

Tanur Listrik Induksi Bahan Baku

Persiapan Peleburan

Logam Cair

Bahan Paduan PeralatanPeleburan

BAB IV

koreksi

Variasi Komposisi

ya

Penuangan

Sampel uji 1, 3, 2, 4, & 5

Uji tarik Uji Kekerasan Uji impact Uji Metalografi

Data Analisa

Kesimpulan

Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian Cetakan

4. 1 Pembuatan Sampel Uji

Pembuatan sampel uji dilakukan dengan cara melebur bahan baku berupa skrap baja karbon rendah pada tanur listrik induksi. Konsentrasi unsur Pospor (P) divariasikan

i dengan standar STM E 8 M – 04, seperti yang ditujukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 4.1 Keel Block a) Tampak Samping, b) Tampak Atas

uah untuk setiap variasi Pospor (P),seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.

sebanyak lima variasi yaitu: 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, dan 0,06%. Sampel dicor dalam bentuk Keel block pada cetakan pasir sesua

A

a

b

4.2 Pengujian Tarik

Sampel uji tarik dibuat dari keel block dengan cara memotongnya dengan memakai mesin gergaji lalu dibentuk dengan memakai mesin bubut sesuai dengan bentuk dan ukuran benda uji tarik sesuai dengan standar ASTM E 8M – 04. Sampel uji tarik dibuat masing-masing tiga b

Gambar 4.2 Sampel uji tarik

Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi Pospor (P) pada baja karbon rendah ini, dilakukan pengujian tarik terhadap sampel uji untuk masing-masing variasi Pospor (P). Penarikan sampel uji dilakukan pada mesin uji tarik Universal Testing Machine sampai sampel uji tersebut putus. Sebelum pengujian dilakukan terlebih dahulu dilakukan pengukuran sampel uji seperti panjang ukur (lo), diameter mula-mula (do). sampel diikat pada kedua ujungnya pada mesin uji tarik lalu dilakukan pembebaanan. Pada saat pengujian berlangsung dilakukan pengamatan dan pencatatan besarnya beban pada saat batas elastis (yelt), beban maksimum dan beban pada saat spesimen putus. Setelah pengujian selesai, spesimen dikeluarkan dari mesin uji tarik dan dilakukan pengukuran. Pengukuran yang dilakukan adalah: panjang ukur setelah putus (lf), diameter ukur setelah putus (df). Gambar benda uji setelah selesai pengujian ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Benda Uji Setelah Putus

Tabel 4.1 Data Pengujian Tarik Variasi

P lo do lf df Py Pu Pf

No

(%) (mm) (mm) (mm) (mm) kN kN kN

45 9.00 58.60 7.10 17162 24615 23046

45 9.00 58.30 7.08 17358 24909 23242

1 0.02

45 9.02 58.40 7.10 17162 24320 22849

45 9.02 57.80 7.12 18927 27066 25693

45 9.00 58.00 7.10 18731 26870 25497

45 9.02 57.60 7.16 19123 27361 26380

45 9.02 57.70 7.16 19221 27262 26282

3 0.04

45 9.00 57.40 7.18 19319 27557 26478

45 9.02 57.00 7.22 19711 28341 27851

45 9.02 56.50 7.24 19907 28537 27949

4 0.05

45 9.00 56.00 7.24 20006 28635 28047

45 9.02 56.00 7.22 20104 28635 28733

45 9.02 55.80 7.34 20692 29518 28832

5 0.06

45 9.00 55.90 7.44 20888 29812 28930

Berdasarkan data pengujian pada Tabel 4.2, dilakukan perhitungan untuk mengetahui pertambahan panjang (l), luas penampang benda uji sebelum patah (A0), luas penampang benda uji setelah putus (Af), tegangan luluh (σy), tegangan maksimum (σu), tegangan pada saat patah (σf ), regangan ( ), dan reduction area (R).

Pada variasi Pospor (P) 0,02 % diperoleh: Pertambahan panjang (l),

l = lf – lo = 58,60 – 45 = 13,60 mm luas penampang benda uji mula-mula A0 = /4 d02 = 3,14/4 x 9,002 = 63,585 mm Luas penampang benda uji setelah putus Af = /4 df = 3,14/4 x 7.102 = 39,572 mm

Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan untuk semua variasi Pospor (P), hasil perhitungan ditabelkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Pengujian Tarik

Variasi

P l Ao Af σy σu σf R

No

(%)

(mm) (mm2) (mm2)

(kN/mm2 ) (kN/mm2 ) (kN/mm2 ) (%) (%)

13.6 63.585 39.572 269.901 387.115 362.438 30.2 37.8

13.3 63.585 39.349 272.985 391.742 365.523 29.6 38.1

1 0.02

13.2 63.585 40.019 286.866 417.961 397.911 29.3 37.1

12.8 63.868 39.795 296.343 423.786 402.290 28.4 37.7

2 0.03

13.0 63.585 39.572 294.577 422.587 400.995 28.9 37.8

12.6 63.868 40.243 299.414 428.393 413.038 28.0 37.0

12.7 63.868 40.243 300.950 426.857 411.503 28.2 37.0

3 0.04

12.4 63.585 40.469 303.831 433.383 416.418 27.6 36.4

12.0 63.868 40.921 308.627 443.747 436.070 26.7 35.9

11.5 63.868 41.148 311.698 446.818 437.606 25.6 35.6

4 0.05

11.0 63.585 41.148 314.627 450.349 441.095 24.4 35.3

11.0 63.868 40.921 314.769 448.354 449.889 24.4 35.9

10.8 63.868 42.292 323.982 462.173 451.425 24.0 33.8

5 0.06

10.9 63.585 43.453 328.508 468.856 454.976 24.2 31.7

Hasil perhitungan pengujian tarik pada tabel 4.2, dibuat harga rata-rata dan ditabelkan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Pengujian Tarik Rata-rata

Variasi P

σ

_y

σ

_u

σ

_f

_{l R}

No

(%) _(kN/mm2

) (kN/mm2) (kN/mm2) (%) (mm) (%)

1 0.02 270.53 386.55 361.91 29.85 13.43 37.97

2 0.03 292.60 421.44 400.40 28.89 13.00 37.51

3 0.04 301.40 429.54 413.65 27.93 12.57 36.78

4 0.05 311.65 446.97 438.26 25.56 11.50 35.60

5 0.06 322.42 459.79 452.10 24.22 10.90 33.79

Hasil perhitungan pengujian tarik pada tabel 4.3 dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara kuat tarik dengan konsentrasi Pospor (P) (Gambar4.4), regangan dengan konsentrasi Pospor (P) (Gambar4.5), dan perpanjangan dengan konsentrasi Pospor (P) (Gambar4.6) seperti gambar berikut:

Gambar 4.4 Grafik Kuat tarik vs konsentrasi Pospor (P)

Gambar 4.4 memperlihatkan bahwa pertambahan konsentrasi Pospor (P) mengakibatkan kuat tarik yang semakin besar, mulai 0,02% sampai 0,06% mengakibatkan kuat tarik yang semakin besar. Kuat tarik yang paling kecil terjadi pada komposisi P 0,02% dan kuat tarik yang paling tinggi terdapat pada komposisi P 0,06%. Tingkatan kekuatan tarik ini mengikuti persamaan y = 704.2x0.151.

Hasil perhitungan pengujian tarik dapat dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara regangan dengan konsentrasi Pospor (P) seperti Gambar 4.5

Gambar 4.5 Grafik regangan vs Pospor (P)

Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pertambahan konsentrasi Pospor (P) mengakibatkan regangan semakin kecil mulai 0,02% sampai 0,06%.

Hasil perhitungan pengujian tarik daapt dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara perpanjangan dengan konsentrasi Pospor (P) (Gambar 4.6) seperti gambar berikut:

Gambar 4.6 Grafik perpanjangan vs konsentrasi Pospor (P)

Dari gambar 4.6 dapat dilihat bahwa pertambahan konsentrasi Pospor (P) mengakibatkan perpanjangan semakin kecil mulai 0,02% sampai 0,06%.

4.3 Pengujian Kekerasan

Sampel uji kekerasan dibuat berbentuk silinder dan kedua ujungnya diratakan dengan memakai mesin bubut dan dihaluskan dengan memakai kertas pasir no.600. Seperti pada gambar 4.7.

Gambar 4.7

Pengujian kekerasan dilakukan pada alat uji Rockwell Hardness Tester Pengujian kekerasan dilakukan pada tiga titik. data hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Data Pengujian Kekerasan

Variasi P _{Kekerasan (HRB)}

No

(%) _{individu rata-rata}

61.1 64.9

1 0.02

50.2

58.7

62.1 65.2

2 0.03

69.3

65.5

61.5 68.3

3 0.04

63.5

64.4

68.8 70.0

4 0.05

65.5

68.1

74.7 79.3

5 0.06

78.0

77.3

Secara Grafik data tersebut dapat digambarkan seperti gambar 4.7

Gambar 4.8

Grafik diatas memperlihatkan pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap baja karbon rendah pada uji kekerasan jika konsentrasi Pospor (P) dinaikan mulai 0,02 % sampai 0,06 % maka kekerasan baja karbon rendah juga semakin tinggi atau semakin keras.

4.4 Pengujian Impact

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi.

Sampel uji disesuaikan dengan standar ASTM E 8M – 04

Gambar 4.9 Sampel uji impact

Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur Pospor (P) yang berbeda. Jadi, spesimen ujpi dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama dengan menggunakan mesin Charpy Impact Machine.

Tabel 4.5 Data pengujian Impact seperti pada tabel berikut:

Variasi P

Dimensi

Luas

Patahan Energi (joule) Nilai Impak (joule/mm2)

No

(%)

l (mm) t (mm) (mm2) individu

Rata-rata individu Rata-rata

10.00 8.00 80.0000 24 0.3000

10.00 8.01 80.1000 20 0.2497

1 0.02

10.02 8.00 80.1600 19

21.00

0.2370

0.2622

10.02 8.00 80.1600 18 0.2246

10.01 8.01 80.1801 22 0.2744

2 0.03

10.00 8.02 80.2000 16

18.67

0.1995

0.2328

10.01 8.00 80.0800 16 0.1998

10.00 8.02 80.2000 18 0.2244

3 0.04

10.00 8.00 80.0000 18

17.33

0.2250

0.2164

10.02 8.00 80.1600 16 0.1996

10.02 8.01 80.2602 14 0.1744

4 0.05

10.00 8.00 80.0000 18

16.00

0.2250

0.1997

10.02 8.01 80.2602 14 0.1744

10.02 8.02 80.3604 16 0.1991

5 0.06

10.01 8.00 80.0800 15

15.00

0.1873

0.1869

Data diatas secara grafik dapat digambarkan seperti gambar 4.10

Grafik diatas memperlihatkan pengaruh konsentrasi mangan terhadap baja karbon rendah pada uji impact jika konsentrasi Pospor (P) dinaikkan mulai 0,02 % sampai 0,06 % maka nilai impactnya semakin kecil.

4.5 Uji Metalografi

Sampel uji struktur mikro diambil dari keel block, masing-masing satu buah untuk setiap variasi Pospor (P). Untuk mempermudah proses persiapan sampel maka sampel uji dibuat dalam bentuk silinder dan kedua ujungnya diratakan dengan memakai mesin bubut. Sebelum dilakukan pengamatan struktur mikro pada

metalurgical microscope, dilakukan beberapa persiapan seperti pemolesan dengan menggunakan kertas pasir, pemolesan dengan memakai alumina powder, dan pengetsaan. Pemolesan dilakukan dengan menggunakan kertas pasir mulai dari ukuran yang paling kasar sampai kepada ukuran yang paling halus. Kertas pasir yang digunakan berturut-turut adalah kertas pasir ukuran 240, 320, 400, 500, 600, 800, dan 1000. Setelah pemolesan dengan kertas pasir selesai lalu dilanjutkan dengan pemolesan dengan menggunakan alumina powder ukuran satu mikron. Spesimen Uji Metalografi ditunjukkan pada Gambar 4.11.

Spesimen uji metalografi yang telah dietsa dengan Nital 3 % (Alkohol 97 % dan HNO3 3 %), diletakkan di bawah metalurgical mikroscope dan dilakukan pengamatan terhadap struktur mikro yang terjadi pada spesimen tersebut lalu diambil fotonya pada pembesaran 200x. Foto struktur mikro untuk setiap variasi Pospor (P) ditunjukkan pada Gambar 4.12 sampai pada Gambar 4.16.

perlit

ferit

Gambar 4.12 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,02 %,

100 m

dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dengan konsentrasi pospor (P) 0,02 % terlihat jumlah perlit sedikit dibandingkan jumlah ferit karena karbida pospor (P) mengendap pada batas butir austensit. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impact menurun.

perlit

ferit

Gambar 4.13 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,03 % 100 m dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dengan penambahan konsentrasi pospor (P) menjadi 0,03 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah ferit pada konsentrasi 0,02 % karena karbida pospor (P) mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impact menurun.

perlit

ferit

100 m

Gambar 4.14 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,04 % dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dengan penambahan konsentrasi pospor (P) menjadi 0,04 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah ferit pada konsentrasi 0,03 % karena karbida pospor (P) mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impact menurun.

100 m

ferit

perlit

Gambar 4.15 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,05 % dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dengan konsentrasi pospor (P) 0,05 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah ferit pada konsentrasi 0,04 % karena karbida pospor (P) mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impact menurun.

perlit

ferit

100 m

Gambar 4.16 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi P 0,06 % dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dari gambar struktur mikro diatas dapat dilihat penambahan konsentrasi pospor (P) mulai 0,02 % sampai 0,06 % mengakibat batas butiran perlit dan ferit semakin halus hal ini terjadi karena partikel pospor (P) dapat mengisi kekosongan antara partikel baja karbon rendah SC 37 yang mengakibatkan kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impact menurun. Struktur setelah dicor sangat getas karena karbid mengendap pada batas butir austensit. Pospor (P) merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Pengaruh konsentrasi pospor terhadap baja karbon rendah pada uji tarik, konsentrasi Pospor (P) dinaikkan mulai 0,02 % sampai 0,06 % kuat tarik baja karbon rendah juga semakin tinggi atau semakin keras, sedangkan regangan dan pertambahan panjangnya berkurang atau turun.

2. Pengaruh konsentrasi pospor terhadap baja karbon rendah pada uji kekerasan konsentrasi Pospor (P) dinaikan mulai 0,02 % sampai 0,06 % kekerasan baja karbon rendah juga semakin tinggi atau semakin keras.

3. Pengaruh konsentrasi pospor terhadap baja karbon rendah pada uji impact konsentrasi Pospor (P) dinaikkan mulai 0,02 % sampai 0,06 % nilai impactnya semakin kecil dan dari gambar struktur mikro memperlihatkan logam yang paling keras jumlah perlit semakin banyak.

5.2 Saran

Agar dilakukan penelitian lanjutan maupun modifikasi bentuk lain mengenai pengaruh konsentrasi Pospor (P) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah sehingga diketahui batas - batas maksimum dan minimum.

Annual book of ASTM ASTM Standard E 8M – 04, Standard Test Method for Tension Testing of Metallic Materials

Annual book of ASTM ASTM Standard E 10-08, Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials

Annual book of ASTM ASTM Standard E 23-07, Standard Test Method for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials

Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan, Jakarta: PT. Bumi Aksara.

Faridah N, Edi M, Yustinon, Reza F, Se2007, Sekolah Pasca Sarjana, FMIPA, USU.

Fundamental Microstruktur Mapping of the Headfield Manganese Steell During the treatment in (α + ) Region CADME 25 th – 26 th Oct 2007, Kuala Perlis

Perlis Malaysia

International Metallurgy Conference (IMC) – Perlis Kangar Putra Palace – Malaysia 9 th – 10 th Des 2006 No. Po 9

Khairul Sakti,2009, Pembuatan Komposit Metal Al Alloy Nano Keramik SiC Dan Karakteristiknya, Tesis,Universitas Sumatera Utara

Microstruktural Mapping of Headfield Manganese Steell 3401 in Aging Treatment 5 th International Mathbils Technology Conference Exhibition (IMICE) Mutiara Crown Plaza-KL 17 th – 20 th Juli 06 Paper No. OMG 09.

Microstruktural Mapping of Headfield Manganese Steell 3401 in Aging Treatment 9 th – 10 th Dec 2006 International Metalurgi Conference 2006

Suherman. W, 1987. Pengetahuan Bahan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Situngkir Haposan,2010, Pengaruh Putaran Cetakan Terhadap sifat Mekanik Besi cor Kelabu Pada Pembuatan Silinder Linier Mesin Otomotif Dengan Pengecoran Sentrifugal Mendatar,Tesis FT USU,Medan

Sukmawati,2008, Perbandingan Frakai Baja Mangan Dengan Beberapa Counting Meyhods,Tesis FMIPA USU, Medan

Sri Nitiswati,dkk, Pengaruh Fosfor Terhadap Kuat Tangguh Baja Feritik Sebagai Matarial Bejana Tekan Reaktor nuklir, Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir – BATAN, Gedung 80 PUSPIPTEK Serpong, 15310

Triharya Wijaya,2010, Analisis Struktur Paduan Akibat Pengaruh Temperatur Pemanasan Dan Pendinginan Terhadap SiFat Mekanik Dan Espansi Termal Paduan CuPbSn Sebagai Bussing, Tesis FMIPA USU, Medan

Tata Surdia, Kenji Chijiiwa, , 1975 Tehnik Pengecoran Logam, Tokyo Japan

Tata Surdia, Kenji Chijiiwa, 1975, Teknik Pengecoran Logam, P. Paramita, Jakarta

Taufikurrahman dan Safei, Ian Hardianto, S., 2005, Analisa Sifat Mekanik Bahan Paduan Tenbaga - Seng Sebagai Alternatif Pengganti Bantalan Gelinding Pada LoriPengangkut Buah Sawit, Jurnal Tehnik Mesin, Vol.7.77-84

..., Foundry Enginneering,Nagoya International Training Centre Japan International Cooperation Agency (JICA)

………, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials http://www:astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/E8-04.htm ASTM E8-04 (diakses 19 Desember 2010, 1700)

………,2009 e. Gordonengland. The Brinell Hartness, http://www.Gordonengland.co.uk. hartness / brinell.htm (diakses 17 Januari 2011, 1700)

---, 2010a. Wikipedia. Broze, http://www.en.Wikipedia.org/wiki. (diakses 10 Pebruari 2011, 1700)

---, 2010b.Wikipedia. Bushing (bearing),

http://www.en.Wikipedia.org/wiki. (diakses 10 Pebruari 2011, 2300 )

---, 2007b.Wikipedia. Microstructure,

http://www.en.Wikipedia.org/wiki/ Microstructure (diakses 10 Pebruari 2011, 2300 )

Lampiran A

Cast steel is classified by the following ten standards in accordance with uses. Carbon Steel Casting

Table Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975 )

Yield *

point kgf/mm2

Tensile* strength Kg .f/mm2

Elongation %

Reduction of area %

Use

SC 37 ≥ 18 ≥37 ≥26 ≥35

Parts of electronikmotive

machine

SC 42 ≥ 21 ≥42 ≥24 ≥35

SC 46 ≥ 23 ≥46 ≥22 ≥30

SC 49 ≥25 ≥49 ≥20 ≥25

For ordinary structuralpurposes

Table Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975 )

Yield *

point (kN/mm2)

Tensile* strength (kN/mm2)

Elongation %

Reduction of area %

Use

SC 37 ≥ 176.5197 ≥362.8461 ≥26 ≥35

Parts of electronikmotive

machine

SC 42 ≥ 205.9397 ≥411.8793 ≥24 ≥35

SC 46 ≥ 225.553 ≥451.1059 ≥22 ≥30

SC 49 ≥245.1663 ≥480.5259 ≥20 ≥25

For ordinary structuralpurposes

Table Chemical Composition of Carbon Steel Casting (Komposisi kimia baja karbon) JIS G 5101 (1975)

C  Si  Mn  P  S 

SC 37   0.08 ~ 0.15  0.35 ~ 0.45   0.35 ~ 0.50  < 0.050  < 0.050   SC 42    0.15 ~ 0.23   0.35 ~ 0.45   0.60 ~ 0.80  < 0.050  < 0.050  SC 46  0.20 ~ 0.25   0.35 ~ 0.45   0.60 ~ 0.80  < 0.050  < 0.050  SC  49  0.25 ~ 0.30   0.35 ~ 0.45   0.60 ~ 0.80  < 0.050   < 0.050 

Lampiran B Foto Kegiatan Penelitian

Gambar 1. Kegiatan membentuk cetakan di Balai Penelitian Logam di Tanjung Morawa

Gambar 2. Kegiatan membuka cetakan di Balai Penelitian Logam di Tanjung Morawa

Gambar 4. Kegiatan Mengukur suhu Peleburan Bahan Baku di Tanjung Morawa

Gambar 5. Kegiatan penuangan leburan pada cetakan di Tanjung Morawa

Gambar 6. Keel Block a) Tampak Samping, b) Tampak Atas a

Gambar 7. Kegiatan pembentukan sampel uji (memotong)

Gambar 9. Kegiatan pembentukan sampel uji tarik

Gambar 11. Kegiatan pengujian uji tarik

Gambar 7. Kegiatan pembentukan sampel uji (memotong)

Gambar 9. Kegiatan pembentukan sampel uji tarik

Gambar 11. Kegiatan pengujian uji tarik