Waktu dan Tempat Diagram Alir Penelitian Diagram Alir Pengujian

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