Gambar 3.3 Thermocouple
digital tipe K Spesifikasi :
Merk : KRISBOW
Made in : Japan
Type : Kw 06-278
Suhu max : 1100 ºC Keterangan Gambar :
1. Kabel thermocouple 2. Layar penunjuk pengukuran temperatur kabel thermocouple
3. Tombol ONOFF 4. Tombol pilihan jenis temperatur
3.2 Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini direncanakan selama sembilan bulan yang dimulai dari februari sampai dengan november 2013. Tempat dilaksanakan penelitian ini
adalah di Laboratorium Teknologi Mekanik, Laboratorium Metalurgi Fakultas
1
2
4 3
Universitas Sumatera Utara
Teknik Universitas Sumatera Utara dan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan BARISTAND INDUSTRI MEDAN.
3.3 Alat dan Bahan 3.3.1 Peralatan
Adapun peralatan yang di pergunakan selama penelitian ini adalah: 1. Tungku Pemanas Furnace Naber
2. Thermocouple Type-K 3. Jangka sorong
4. Penjepit spesimen 5. Mesin poles polisher
6. Mikroskop optic 7. Mikroskop VB
8. Teropong Indentor 9. Mesin Sekrap
10. Alat uji kekerasan Brinell 11. Mesin uji tarik Torsee Type AMU-10
12. Wadah cairan pendingin 13. Mesin Bubut
14. Mesin Uji Fatique
3.3.2 Bahan
Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
1. Baja HSS ASP 23 Sumber : PT. ASSAB STEEL INDONESIA 2. Kertas pasir dengan mesh 120, 220, 400, 600, 800, 1000, 1200 dan 1500.
3. Larutan etsa nital 10 4. Kain Panel
5. Larutan alumina Adapun banyaknya jumlah spesimen dalam penelitian ini berjumlah 23
spesimen, dengan perincian 13 spesimen uji kekerasan, 7 spesimen uji tarik, dan 3 spesimen uji fatique.
3.4 Spesifikasi Spesimen
Spesimen yang dipergunakan dalam pengujian ini yaitu spesimen uji kekerasan, uji tarik, uji fatique dan struktur mikro. Seperti yang diperlihatkan
pada spesimen kekerasan gambar 3.4, spesimen uji tarik dari ASTM E-8M gambar 3.5, specimen uji fatique 3.6 dan spesimen struktur mikro gambar 3.7.
3.4.1 Spesifikasi Spesimen Kekerasan
Sebelum diuji, pada masing-masing spesimen terlebih dahulu dipotong dengan menggunakan alat mesin gergaji dengan dimensi seperti terlihat pada
gambar 3.4
a b
Gambar 3.4 a Spesimen Kekerasan b Dimensi spesimen mm
Universitas Sumatera Utara
200 60
60
R12 .5
13 5
Spesimen kekerasan pada benda uji ini dilakukan pada beberapa titik secara acak untuk mengetahui kekerasan serta kekerasan rata-rata pada daerah
tersebut dengan metode Brinell atau BHN Brinell Hardness Number.
3.4.2 Spesifikasi Spesimen Uji Tarik
Sebelum diuji, pada masing-masing spesimen dipotong dan dibentuk dengan menggunakan mesin skrap sehingga sesuai dengan standar uji tarik
untuk baja sheet atau lembaran yaitu ASTM E-8M.
Sumber : ASTM E-8M, ASTM Handbook
Gambar 3.5 Spesimen Uji Tarik
Spesimen uji tarik pada benda uji ini dilakukan untuk mengetahui besarnya kekuatan tarik dan pertambahan panjang yang terjadi setelah di uji
tarik. Mengingat tingginya harga material HSS maka dalam penelitian ini spesimen uji tarik diskalakan menjadi 2 : 1.
Universitas Sumatera Utara
3.4.3 Spesifikasi Spesimen Uji Fatique
Sebelum diuji, pada masing-masing spesimen dipotong dan dibentuk dengan menggunakan mesin bubut sehingga sesuai dengan standar uji fatique
untuk baja HSS ASP 23 yaitu ASTM E 466.
a
b
Gambar 3.6
a Spesimen uji fatique b Dimensi Spesimen sesuai ASTM E 466
3.4.4 Spesimen Uji Metallografi
Spesimen untuk metallografi yang dipakai adalah dari specimen uji kekerasan yang digunakan untuk proses pe-molishan dan pengetsaan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Spesimen Metallografi
Pengamatan struktur mikro atau metallografi dalam pengujian ini sangat diperlukan untuk mengetahui besar atau diameter dari butiran spesimen.
3.5 Pengujian
Pengujian yang dilakukan terhadap baja HSS ASP 23 yang belum dan telah mengalami proses perlakuan panas meliputi uji kekerasan, uji tarik dan
metallografi.
3.5.1 Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan di Laboratorium Metallurgi, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Sebelum diuji kekerasannya, spesimen dibersihkan dan diratakan permukanya terlebih dahulu dengan mesin poles
dan kertas pasir. Setelah itu pengujian kekerasan dilakukan dengan alat brinell dengan pembebanan 3000 kg dan diameter jejak diukur mengunakan
teropong indentor. Setiap benda uji dilakukan pengujian kekerasan sebanyak 5 kali kemudian diambil rata-ratanya sesuai skala Brinell. Adapun alat uji
Brinell dapat dilihat pada gambar 3.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 Alat uji Brinell
Lab. Metallurgi USU, 2013 Spesifikasi:
Type : BH-3CF
Kapasitas max : 3500 Kg Bola indentasi : 3, 5, dan 10 mm
Keterangan Gambar : 1. Panel beban
2. Tuas Hidrolik 3. Indentorbola indentor
4. Katup hidrolik 5. Beban
6. Landasan uji
Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian kekerasan dengan metode Brinell :
1 2
3 4
5 6
Universitas Sumatera Utara
1. Spesimen dibersihkan permukaannya dengan mesin polish hingga permukaannya rata dan mengkilap.
2. Setelah bersih, spesimen diletakkan pada landasan uji dan bola indentor yang digunakan adalah bola dengan diameter 10 mm.
3. Spesimen dinaikkan hingga menyentuh bola indentor, kemudian katup hidrolik dikunci.
4. Tuas hidrolik ditekan berulang-ulang hingga skala pada panel menunjukkan angka 3000 kg kemudian ditahan selama 15 detik.
5. Setelah 15 detik katup hidrolik dibuka untuk mengembalikan beban ke posisi semula 0 kg.
6. Pengamatan diameter indentasi dilakukan dengan menggunakan teropong Indentor dan data diameternya disesuaikan dengan tabel kekerasan BHN.
7. Pengambilan data kekerasan diulang sebanyak 5 kali untuk masing-masing spesimen dan diambil data rata-ratanya.
3.5.2 Pengujian Tarik
Pada penelitian ini pengujian tarik dilakukan pada nilai kekerasan yang optimum setelah proses hardening dan tempering. Pada pengujian tarik dicari
tegangan luluh σ
y
, tengangan batas σ
u
dan regangan. Karena terjadi perbedaan kelunakan bahan akibat variasi suhu perlakuan panas maka perlu
dihitung kembali ketebalan bahan sebelum dilakukan pengujian. Pada penelitian ini pengujian tarik menggunakan alat uji tarik Torsee Type AMU-
10 dengan kapasitas 10 ton seperti yang diperlihatkan oleh gambar 3.9.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9 Alat uji
tarik Torsee Type AMU-10 Spesifikasi:
Type : AMU-10
Beban max : 10 Ton Force Tahun
:1989 Keterangan Gambar :
1. Panel beban 2. Pembaca grafik
3. Tombol ON 4. Tombol UP
5. Katup Unload Valve 6. Chuck atas
7. Chuck bawah
1 2
10 5
4 3
9 8
7 6
Universitas Sumatera Utara
8. Tombol Pump 9. Tombol DOWN
10. Katup Load Valve
Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian tarik dengan menggunakan
alat uji tarik Torsee Type AMU-10 : 1.
Spesimen dibentuk sesuai ukuran menurut standar ASTM E-8M, namun
dalam penelitian ini spesimen di skalakan menjadi 1 : 2 mengingat tingginya harga material yaitu panjang daerah uji 30 mm, panjang daerah
cekam 30 mm, tebal spesimen 2.5 mm. 2. Mesin uji tarik dihidupkan kemudian disetting alat pembaca grafik dan
jarum skala beban pada panel. 3. Spesimen dicekam pada chuck atas, kemudian chuck bawah dinaikkan
dengan menekan tombol UP hingga mencekam spesimen secara keseluruhan.
4. Katup hidrolik load valve dibuka kemudian mesin pompa hidrolikPUMP dijalankan sampai spesimen putus.
5. Setelah spesimen putus katup hidrolik load valve ditutup dan katup pembuka unload valve dibuka, kemudian chuck bawah diturunkan
dengan menekan tombol DOWN. 6. Spesimen yang putus dilepas dari chuck atas dan bawah, kemudian diukur
besar pertambahan panjangnya dan besar nilai regangan yang diperoleh dari grafik hasil uji tarik seperti yang terlihat pada lampiran uji tarik
kemudian dicatat data hasil pengujian.
Universitas Sumatera Utara
7. Prosedur yang sama dilakukan pada spesimen uji tarik yang lain.
3.5.3 Pengujian Fatique
Pada penelitian ini pengujian kelelahan dilakukan dari hasil pengujian tarik yaitu yield yang paling tinggi dan regangan yang paling
tinggi dari proses hardening
dan tempering. Pada pengujian kelelahan
dicari massa pakai kekuatan lelah dan yield strengh.
Berikut ini adalah metode percobaan untuk proses perlakuan panas atau heat treatment yang dilakukan dalam penelitian ini :
1. Benda uji yang sudah melalui proses heat treatment dan tempering diambil 2 spesimen yang paling tinggi dari uji tarik dan 1 spesimen
raw material yang kemudian dibentuk sesuai ASTM E 466 di letakkan
pada chuck poros pada posisi horizontal kemudian dikunci dengan rapat.
2. Benda uji diberi beban 7 Kg.
3. Motor pada mesin fatigue dihubungkan ke poros melalui pully dan
belt. 4.
Setelah semua sudah terpasang dengan baik kemudian mesin uji Fatigue
TECO 3-Phase Induction dengan putaran 1020 rpm
dihidupkan melalui tombol kontaktor. 5. Setelah mesin dihidupkan putaran mesin menjadi menurun sebesar
1020 rpm hal ini dikarenakan penambahan beban 7 Kg.
Universitas Sumatera Utara
6. Pada setiap perlakuan suhu optimal pada proses mechano heat treatment didapat umur lelah yang berbeda-beda.
Pada penelitian ini pengujian kelelahan menggunakan mesin uji
Fatigue TECO 3-Phase Induction
dengan putaran 1420 rpm seperti yang diperlihatkan oleh gambar 3.10.
b
Gambar 3.10 a Mesin uji Fatigue TECO 3-Phase Induction
b Beban yang digunakan
1
3 2
4
5 6
a
Universitas Sumatera Utara
Keterangan Gambar : 1. Motor
Berfungsi sebagai penggerak atau sebagai sumber daya putaran. 2. Pully dan Belt
Berfungsi sebagai penghubung dari motor dengan bantalan poros. 3. Bantalan Poros
Berfungsi sebagai penerus daya dari motor. 4. Poros
Berfungsi sebagai tempat benda uji dan tempat pully 5. Kontaktor
Berfungsi sebagai tempat off on untuk motor dan sebagai tempat melihat putaran pada motor.
6. Tempat beban Ber fungsi untuk meletakkan benda uji.
Spesifikasi: Type
: AEEBAC Tahun
: 1987 Putaran
: 1420 Rpm
Universitas Sumatera Utara
3.5.4 Pengujian Metallografi
Pengujian metallografi agar dapat diamati mikrostrukturnya, maka terlebih dahulu benda uji di bersihkan permukaannya. Berikut ini adalah langkah-
langkah dalam pembuatan spesimen metallografi : 1. Penghalusan grinding
Dilakukan pada spesimen untuk pengujian struktur mikro dengan jalan menghaluskan permukaan dengan mesin penghalus.
2. Pengampelasan Tujuan pengampelasan adalah untuk menghilangkan kotoran atau karat
yang terdapat pada spesimen uji. Pengampelasan dilakukan mulai dari nomor seri amplas yang paling kasar sampai dengan nomor seri
kekasaran yang cukup halus, yaitu dimulai dari grade 400, 600, 800, 1000, 1200 dan 1500. Nomor kecil menunjukkan kertas amplas kasar dan
nomor lebih besar menunjukkan kertas amplas lebih halus. 3. Pemolesan Polishing
Tujuan pemolesan adalah untuk memperhalus permukaan spesimen uji. Pada pengamatan struktur mikro, untuk menaikkan tingkat kehalusan
maka benda uji dipoles dengan kain panel, air dan almunium dioksida
bubuk alumina untuk didapat permukaan seperti cermin sehingga
struktur mikro dari benda uji ini nantinya dapat terlihat jelas dengan menggunakan mikroskop. Pemolesan ini ke benda uji dilakukan dengan
kain lembut agar permukaan yang diperolah benar-benar halus tanpa adanya goresan bekas pengerjaan. Setelah proses ini selesai, benda uji
Universitas Sumatera Utara
perlu diperiksa dengan mikroskop untuk mengetahui ada tidaknya goresan. Apabila ternyata masih ada goresan maka proses pemolesan
perlu dilanjutkan sampai goresan hilang. 4. Pengetsaan
Pengetsaan hanya dilakukan untuk benda uji yang akan dimati struktur mikronya. Bahan etsa benda uji ini menggunakan HNO
3
10 etsa nital yaitu campuran alkohol 90 ml dan asam nitrit 10 ml dengan waktu
pencelupan selama 5 - 30 detik. Tujuan dari proses ini yaitu untuk manampakkan batas butir atau struktur mikro dibawah mikroskop agar
nampak jelas dimana sangat tergantung dari lamanya proses pencelupan. Adapun langkah-langkah pengetsaan sebagai berikut :
1. Larutan etsa dituangkan secukupnya ke dalam cawan, sekitar 15 ml dari larutan HNO
3
10. 2. Permukaan benda uji dicelupkan kedalam larutan dengan memakai
tang penjepit. 3. Benda uji dibersihkan dengan alkohol yang bertujuan untuk
menghilangkan sisa larutan etsa yang masih menempel. 4. Benda uji kemudian dikeringkan dengan udara bebas atau agar lebih
cepat dengan menggunakan kipas angin agar alkohol pada proses pembersihan sebelumnya hilang.
Pengaruh reaksi dari larutan kimia terhadap benda uji adalah seluruh permukaan akan tampak seperti garis-garis tak beraturan yang menunjukkan
Universitas Sumatera Utara
batas antara butir –butir logam. Adapun corak antara butir-butir yang berbeda
jenisnya akan nampak jelas dilakukan dengan mikroskop optic kemudian dihitung besar butirannya
dengan metode planimetri. Adapun perbesaran yang dipergunakan adalah 500 X. Alat mikroskop optik seperti terlihat pada
gambar 3.11.
Gambar 3.11 Mikroskop optik
Lab. Metallurgi USU, 2012 Spesifikasi:
Merk : Rax Vision 3
Pembesaran Optik : 50X, 100X, 200X, 500X, dan 800X Keterangan Gambar :
1. Sambungan USB 2. Lensa mikroskop
3. Optik pembesaran mikroskop
1
3 2
4
5
Universitas Sumatera Utara
4. Bidang atau landasan uji 5. Pengatur fokus mikroskop
Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian Metallografi :
1. Spesimen dipolish dengan kertas pasir grade 100 selama 15 menit, kemudian dilanjutkan dengan grade 400, 600, 800, 1000,1200 dan 1500 selama 15
menit. 2. Setelah dipolish dengan kertas pasir, spesimen dipolish dengan bubuk
alumina sampai terbentuk kilatan seperti cermin. 3. Etsa nital 10 dituangkan dalam wadah atau cawan kemudian spesimen
dicelupkan kedalam etsa selama 5-30 detik. 4. Spesimen yang telah dietsa dibersihkan dengan cara dicelupkan lagi ke dalam
alkohol kemudian dikeringkan di udara bebas atau dikeringkan dengan kipas angin.
5. Pengamatan struktur mikro dilakukan dengan menggunakan alat mikroskop optik rax vision yang disambungkan ke program Rax Vision Plus 4.1 pada
komputer. 6. Spesimen diletakkan diatas bidang uji atau meja mikroskop kemudian
didekatkan dengan optic mikroskop. 7. Digunakan perbesaran 500X dan diambil photo dari masing-masing spesimen
pada titik tengah dari masing-masing spesimen. 8. Fokus pada mikroskop diputar untuk mendapatkan pengamatan yang baik
pada spesimen.
Universitas Sumatera Utara
9. Setelah didapatkan fokus dan pencahayaan yang yang pas, diambil photo dari spesimen dengan mengklik icon Capture frame pada program Rax Vision
plus 4.1. 10. Prosedur yang sama juga dilakukan untuk spesimen lainnya.
11. Setelah itu diukur diameter masing-masing spesimen dengan metode planimetri dan dicatat data hasil pengukuran.
Universitas Sumatera Utara
Proses Heat Treatment • Hardening Suhu 1050°C. 60 Menit
• Tempering Suhu 300°C,350°C,400°C, 450°C dan 500°C. 60 Menit
3.6 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.12 Diagram alir penelitian
Mulai Studi Literatur
Baja HSS ASP 23
Uji Tarik Struktur Mikro
Uji Kekerasan
Selesai Uji Fatique
Raw Material
Kesimpulan
Ya
Perbandingan Data Hasil Pengujian
Tidak
Persiapan Benda Uji
Universitas Sumatera Utara
Persiapan Benda Uji
Analisa Data Pengujian
3.7 Diagram Alir Pengujian
Gambar 3.13 Diagram Alir Pengujian
Mulai
Uji Kekerasan BHN
Uji Tarik Tegangan
Struktur Mikro Diameter Butir
1. Polishing 2. Indentor 10 mm
3. Pompa hidrolik 4. Pembebanan 3000
kg selama 15 detik.
5. Diameter Indentasi 6. Tabel BHN
1. Pembentukan spesimen ASTM
E-8M
2. Cekam chuck atas dan chuck bawah
3. Pompa hidrolik 4. Load Valve
5. Unload valve 6. Grafik uji tarik
Regangan 1. Pembentukan
spesimen ASTM E 466
2. diletakkan pada chuck poros
3. Benda uji diberi beban 7 Kg
4. Putaran motor
1020 rpm 5. Waktu hasil
patahan spesimen.
Selesai Uji Fatique
Kelelahan
1. Polishing 2. Pengetsaan
Nital 10 3. Mikroskop
optic Rax Vision
pembesaran 500x
4. Photo mikrobatas
butir 5. Diameter butir
Planimetri
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Dalam bab ini berisikan data angka, grafik dan foto-foto hasil penelitian setelah dilakukan heat treatment, yaitu pada kondisi suhu tertentu. Berikut ini
adalah data hasil pengujian sifat mekanis awal dari raw material tanpa perlakuan panas 30°C dapat dilihat pada tabel 4.1, komposisi kimia dari PT.Assab table 4.2
dan hasil dari uji komposisi kimia dapat dilihat pada tabel 4.3.
Tabel 4.1 Sifat Mekanis Raw Material
Spesimen Kekerasan
BHN σy
MPa σu
MPa ε
Diameter Butir
μm
Raw Material
212,00 1378,07
1553,25 5,80
10,00 Sumber : Laboratorium Metalurgi. USU
Tabel 4.2 Komposisi Kimia baja HSS ASP 23 dari PT.ASSAB STEEL
INDONESIA
Komposisi Kimia C
Cr Mo
V W
Others
1.28 4.2
5.0 3.1
6.4 -
Tabel 4.3 Hasil Uji Komposisi Kimia Baja HSS ASP 23
Unsur Rata-rata
Fe C
W 75,00
1,28 6,40
Universitas Sumatera Utara