PENGARUH VARIASI JARAK PENEMBAKAN SHOT PEENING TERHADAP STRUKTUR MIKRO, STRUKTUR MAKRO, KEKASARAN, KETEBALAN DAN KEKERASAN MENGGUNAKAN STEEL BALL 0.7 MM PADA MATERIAL STAINLESS STEEL AISI-304
PENGARUH VARIASI JARAK PENEMBAKAN SHOT PEENING TERHADAP STRUKTUR MIKRO
DAN KEKERASAN MENGGUNAKAN STEEL BALL 0,7 MM PADA MATERIAL BIOMEDIK PLAT
PENYAMBUNG TULANG STAINLESS STEEL AISI 304
Wahyudin1,a, Aris Widyo Nugroho1,b, Sunardi1,c
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Teknik Mesin, Yogyakarta 55183, Indonesia
[email protected]
INTISARI
Stainless steel AISI 304 telah banyak digunakan pada peralatan di bidang kedokteran, karena material
jenis ini memiliki sifat seperti, tahan korosi, ulet, tangguh, mudah di bentuk, murah dan mudah dipasaran. Akan
tetapi material jenis ini masih rentan terhadap retak permukaan. Sehingga perlu adanya perlakuan permukaan
untuk memperbaiki kekurangan dari material stainless steel AISI 304. Salah satu metode untuk perbaikan
permukaannya adalah shot peening. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi jarak shot peening
terhadap struktur mikro, struktur makro, kekasaran, kekerasan dan ketebalan pada stainless steel AISI 304.
Proses shot peening AISI 304 dimulai dengan penyiapan sampel dengan cara memotong plat spesimen
dengan ukuran panjang 20 mm, lebar 15 mm, dan tebal 4 mm, kemudian dilakukan pembersihan dan
pengampelasan dengan no mesh 600, 1000, 1500, dan 2000, selanjutnya dibersihkan dengan autosol. Shot
peening dilakukan dengan tekanan penyemprotan 6 bar, dan waktu penyemprotan 10 menit, variasi jarak yang
digunakan adalah 80, 90, 100, 110 dan 120 mm. Spesimen yang telah diproses dilakukan karakterisasi meliputi
struktur mikro, struktur makro dengan alat Optical microscope, kekasaran dengan alat MR 110, kekerasan dengan
alat Vickers hardness dan ketebalan dengan alat mikro meter sekrup.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses shot peening mengubah ukuran butir struktur mikro
permukaan menjadi lebih halus dan pipih dan struktur makro menjadi lebih kasar. Perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan dari kekasaran awal 0,1065 µm menjadi 1,34475 µm. Perlakuan shot
peening mengurangi ketebalan plat sampel SS 304 menjadi 3,70 mm dari ketebalan sebelum di shot peening 3,96
mm. Hasil uji kekerasan menjadi meningkat, kekerasan meningkat dari 222,5 kg/mm² menjadi 596,9 kg/mm².
Kata kunci: Shot peening, Stainless Steel AISI 304, Struktur Mikro, Kekasaran, Ketebalan, Kekerasan.
1. PENDAHULUAN
lelah atau fatique (Amin dan Yavari dkk, 2008),
Dalam bidang kedokteran banyak digunakan
kekasaran permukaan bertambah dan lebih tahan
implan untuk membantu proses penyembuhan patah
terhadap korosi (Arivianto dkk, 2009). Stainless steel
tulang. Implan merupakan sebuah perangkat medis
AISI 304 tidak dapat diberi perlakuan panas (heat
yang dibuat untuk mendukung struktur biologis yang
treatment) dan hanya dapat dikeraskan dengan
perlu diperbaiki atau diganti. Implan ini terbuat dari
perlakuan dingin (cool worked).
beberapa jenis material seperti, logam, keramik,
Prinsip dari perlakuan dingin adalah untuk
titanium, stainless steell dan komposit karbon. Salah
mengubah sifat mekanik material dengan cara
satu material yang sering digunakan adalah stainless
penekanan terhadap material sehingga menyebabkan
steel AISI 304. Karena material tersebut harganya
deformasi plastis. Ada banyak perlakuan dingin (cool
murah, mudah di dapat dan banyak dipasaran.
worked) yang bisa dilakukan untuk meningkatkan
Stainless steel AISI 304 memiliki sifat seperti, ulet,
sifat material stainless steel AISI 304 seperti, shot
tangguh dan mudah dibentuk. Akan tetapi perlu
peening, Surface Mechanical Attrition Treatment
adanya perlakuan permukaan. Karena dengan
(SMAT), dan sandblasting (Mukhsen, 2012).
perlakuan permukaan implan menjadi lebih tahan
[1]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Shot peening adalah teknik yang akan terus
dikembangkan secara efektif dengan tujuan membuat
permukaan material lebih kasar. Prinsip dari shot
peening adalah proses penyemburan bola-bola baja
(steel ball) bertekanan tinggi dengan bantuan
kompresor secara merata pada permukaan sampel.
bola-bola baja (steel ball) yang berukuran kecil
menumbuk
permukaan
material
sehingga
menyebabkan terjadinya deformasi plastis dan
penghalusan butir permukaan. Tumbukan partikel
pada permukaan akan menyebabkan peningkatan
kekerasan permukaan. Selain itu juga menyebabkan
permukaan menjadi lebih kasar. Hasil penelitian
Saputra (2016), Sunardi (2013) dan Ahqiyar (2011)
menunjukan peningkatan nilai kekerasan pada
material uji karena deformasi plastis dan terjadi
perubahan ukuran butiran struktur mikro. Peningkatan
kekerasan mikro paling tinggi terjadi pada
perrmukaan sampel kemudian semakin dalam
semakin menurun.
Saat ini penelitian shot peening dengan variasi
jarak masih sangat terbatas, sebagian besar penelitian
masih berkisaran pada variasi waktu dan tekanan
dengan jarak konstan 88-150 mm. Oleh karena itu
penelitian ini menggunakan variasi jarak penembakan
shot peening terhadap kekerasan dan struktur mikro
stainless steel
AISI 304. Sehingga diharapkan
penelitian ini dapat meningkatkan kualitas dari
stainlees steel AISI 304.
2. METODE PENELITIAN
Tahapan proses penelitian ini berdasarkan
diagram alir penelitian yang terdapat didalam Gambar
2.1 dibawah ini.
Proses pembuatan sampel uji SS-304 ini dari plat
SS-304 dengan dimensi 2440 mm x 1440 mm dan
tebal 4 mm, kemudian plat tersebut dipotong dan
dibentuk dengan ukuran panjang 20 mm, lebar 15 mm
dan tebal 4 mm sebanyak 18 buah sampel. Selanjutnya
salah satu permukaan sampel tersebut dihaluskan
dengan amplas dengan nomor mesh 600, 1000, 1500,
2000 dan dipoles dengan autosol. Tujuan dari
pengampelasan dan autosol plat sampel tersebut
adalah untuk memastikan bahwa setiap plat sampel
memiliki kondisi awal yang sama.
Setelah semua sampel telah melalui tahapan
pemolesan, dari 18 sampel tersebut hanya 15 sampel
yang dilakukan proses shot peening. Pada proses shot
peening tekanan kerja pada kompresor sebesar 6 bar
dengan waktu 10 menit. Variasi yang digunakan yakni
variasi jarak 80, 90, 100, 110, dan 120 mm.
Setelah itu, semua sampel uji baik yang raw
material (tanpa perlakuan shot peening) dan sampel
dengan perlakuan shot peening dengan variasi jarak
80, 90, 100, 110, dan 120 mm dilakukan pengujian
struktur mikro, struktur makro dengan alat Optical
microscope merk Wrexham, U.K. Ltd, kekasaran
dengan alat MR 110, Ketebalan dengan alat mikro
meter skrup dan pengujian kekerasan dengan alat
Vickers hardness merk shimadsu hmf-m3 yang
dilakukan di Laboratorium Material dan Bahan
Jurusan D3 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada
sehingga akan diperoleh foto struktur mikro, struktur
makro, kekasaran, ketebalan dan kekerasan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Proses Shot Peening
Pengaruh perlakuan shot peening pada plat SS
304 dapat dilihat pada Gambar 2. Dimana pada
kondisi awal Gambar 2.a, permukaan spesimen
terlihat cukup mengkilap dengan ada goresa–goresan
hasil
pengampelasan. Proses pengampelasan
dilakukan pada plat sampel AISI 304 untuk
memastikan bahwa kondisi awal permukaan sampel
sama, rata, dan datar. Gambar 2.b-2.f menunjukkan
kondisi permukaan setelah proses shot peening.
Permukaan plat sampel terlihat lebih buram dan
timbul deformasi akibat perlakuan shot peening.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
[2]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Gambar 2 Sampel sebelum dan sesudah perlakuan
shot peening (a) Raw material, variasi jarak shot
peening (b) 80 mm, (c) 90 mm, (d) 100 mm, (e) 110
mm, dan (f) 120 m
Hasil Uji Struktur Mikro
Gambar 3 Foto struktur mikro permukaan
penampang melintang pada sampel SS 304. sebelum
dan sesudah shot peening (a) Raw material, variasi
jarak shot peening (b) 80 mm, (c) 90 mm, (d) 100 mm,
(e) 110 mm, dan (f) 120 mm
Dalam mengamati struktur mikro, sampel diamati
menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran
200 kali. Sebelum melakukan pengamatan sampel di
bersihkan menggunakan cairan etsa dengan tujuan
untuk menghilangkan goresan pada permukaan
spesimen sehingga butiran struktur mikro terlihat
lebih jelas. Adapun cairan etsa yang digunakan yaitu
Hidrocloric Acid (HCl) dan Nitrid Acid (HNO3)
dengan perbandingan 1:1.
Pada Gambar 3 merupakan struktur mikro
sampel sebelum dan sesudah shot peening. Gambar
3.a memperlihatkan struktur mikro sampel sebelum di
shot peening, dimana ukuran butiran struktur mikro
seragam. Gambar 3.b memperlihatkan struktur mikro
sampel setelah di shot peening dengan jarak 80 mm.
Pada jarak ini permukaan sampel terlihat lebih pipih
dan halus ukuran butiran struktur mikro sampel SS
304. Kemudian pada Gambar 3.c-3.f. Terlihat ukuran
butiran struktur mikro semakin halus dan semakin
dalam jarak dari permukaan sampel SS 304 seiring
dengan bertambahnya jarak penembakan shot peening.
Hal tersebut merupakan efek dari tumbukan bola-bola
baja (steel ball). Bola-bola baja menumbuk
permukaan sampel dengan kecepatan tinggi sehingga
menyebabkan deformasi plastis pada permukaan.
Kekuatan tumbukan bola-bola baja (steel ball) yang
tinggi menimbulkan penekanan pada struktur
sehingga struktur menjadi semakin rapat dan
berpotensi meningkatkan kekerasan bahan. Fenomena
yang sama juga terjadi pada penelitian sebelumnya
Hidayat (2013). Dimana hasil penelitian tersebut
menunjukkan adanya perubahan struktur mikro, sifat
dan properti bahan dari proses shot peening.
Hasil Uji Struktur Makro
Pada pengamatan struktur makro, sampel diamati
dengan mikroskop optik perbesaran 30x. Gambar 4
merupakan struktur makro sampel setelah diberi
perlakuan shot peening dengan variasi jarak. Gambar
4.a menunjukkan kondisi sampel setelah diberi
perlakuan shot peening dengan variasi jarak
penyemprotan 80 mm, terlihat batas butir yang lebih
kecil. Permukaan tampak jauh lebih kasar bila
dibandingkan dengan permukaan plat sebelum di shot
peening. Timbul cekungan-cekungan menyerupai
kawah. Hal tersebut merupakan efek dari tumbukan
bola-bola baja pada permukaan. Partikel abrasif ini
menumbuk permukaan dengan kecepatan tinggi dan
menyebabkan permukaan mengalami deformasi
plastis sehingga menimbulkan cekungan-cekungan
pada permukaan sampel. Cekungan inlah yang
menyebabkan permukaan sampel menjadi kasar.
Gambar 4.b dan 4.c menunjukkan struktur makro
sampel setelah mendapatkan perlakuan shot peening
dengan variasi jarak 90 mm dan 100 mm. Pada jarak
ini butiran kecil menjadi semakin banyak dan merata,
sehingga permukaan sedikit jauh lebih kasar bila
dibandingkan dengan jarak 80 mm. Hal ini
kemungkinan dikarenakan pada jarak ini tumbukan
bola-bola baja semakin cepat sehingga menyebabkan
[3]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
cekungan kawah pada permukaan menjadi lebih
banyak dan menyebabkan permukaan menjadi lebih
kasar. Gambar 4.d dan 4.e menunjukkan struktur
makro sampel setelah perlakuan shot peening dengan
variasi jarak 110 mm dan 120 mm. Pada jarak ini,
butiran kecil terlihat semakin merata sehingga
permukaan lebih halus bila di bandingkan jarak
sebelumnya. Hal ini kemungkinan dikarenakan
tumbukan secara berulang–ulang pada jarak ini
mampu meratakan kembali butiran-butiran kasar dan
cekungan kawah pada permukaan plat yang terbentuk
sebelumnya. Selain itu, kekuatan penumbukan
bola-bola baja yang tinggi menimbulkan penekanan
pada struktur menjadi semakin rapat dan berpotensi
meningkatkan kekerasan bahan. Penembakan
bola-bola baja secara berulang-ulang menyebabkan
cekungan kawah yang terbentuk sebelumnya menjadi
pecah dan semakin banyak sehingga mampu
meratakan kembali/menghaluskan permukaan yang
kasar yang ditimbulkan oleh deformasi sebelumnya.
Hal ini membuat nilai kekasaran permukaan pada
tekanan jarak ini menurun bila dibandingkan jarak
sebelumnya.
Gambar 4 Hasil uji struktur makro permukaan
sesudah perlakuan shot peening dengan variasi jarak
(A) 80 mm (B) 90 mm (C) 100 mm (D) 110 mm (E)
120 mm.
Hasil Uji Kekasaran
Pengaruh perlakuan shot peening terhadap
kekasaran permukaan plat sampel SS 304 di tampilkan
dengan nilai rata-rata kekasaran (Ra) tiap sampel,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Pada
Gambar tersebut menunjukkan grafik perbandingan
antara nilai kekasaran rata-rata Ra (µm) dengan
variasi jarak penyemprotan shot peening selama 10
menit. Terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai
kekasaran permukaan dari sampel sebelum perlakuan
shot peening dan sesudah perlakuan shot peening.
Menurut Peneliti terdahulu seperti Saputra (2016),
Sunardi (2013), Setiawan (2013), Hidayat (2013),
Anugerah (2013), Iqbal dkk (2011), dan Karo (2002)
menyimpulkan bahwa perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan pada suatu
spesimen.
Dalam penelitian ini menggunakan parameter Ra
sebagai nilai kekasaran. Ra adalah nilai tinggi
rata-rata dari kekasaran permukaan dan merupakan
nilai absolut kekasaran rata-rata permukaan aritmatik
pada sebuah peningkatan kekasaran permukaan yang
dapat terjadi setelah perlakuan permukaan. Besar nilai
kekasaran suatu benda sangat tergantung pada
besarnya nilai Ra yang di simbolkan dengan µm.
Gambar 5 Grafik nilai rata-rata kekasaran permukaan
sebelum dan sesudah perlakuan shot peening dengan
varisasi jarak.
Pada Gambar 5 terlihat bahwa perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan plat sampel SS
304. Nilai kekasaran permukaan meningkat drastis
dari kekasaran sebelum perlakuan shot peening (Raw
material), yaitu 0,1060 µm dan sesudah perlakuan
shot peening menjadi 0,9545 µm pada jarak 80 mm.
Pada jarak 90 mm peningkatan nilai kekasaran tidak
[4]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
terlalu signifikan yaitu, 1,094 µm, begitu pula pada
jarak 100 mm, yaitu 1,34475 µm. Selanjutnya pada
jarak 110 mm dan 120 mm terjadi penurunan nilai
kekasaran permukaan yaitu 1,19225µm dan
1,0735µm.
Fenomena yang terjadi pada permukaan ini
terbagi menjadi 2 tahap. Tahap I terjadi peningkatan
nilai kekasaran yang sangat signifikan, yaitu akibat
terbentuknya cekungan (kawah) baru dan tumpukan
material pada bagian bibir kawah seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 5. Timbulnya cekungan
(kawah) baru meningkatkan ketinggian puncak
sehingga menyebabkan kekasaran permukaan
meningkat. Fenomena ini seperti terjadi pada jarak
shot peening 80 mm, 90 mm dan 100 mm.
Tahap II terjadi ketika seluruh permukaan
sudah ditutupi oleh cekungan dan permukaan puncak
tersebut tertumbuk kembali oleh bola-bola baja.
Fenomena ini terjadi pada jarak shot peening 110 mm
dan 120 mm, dimana nilai kekasaran mengalami
penurunan bila dibandingkan dengan nilai kekasaran
pada jarak sebelumnya. Penurunan ini diakibatkan
oleh penumbukan bola-bola baja yang lebih kuat pada
permukaan yang sama sehingga terjadi penumbukan
berulang dan pemadatan butiran pada permukaan.
Selain itu, tumbukan pada jarak yang lebih jauh
mampu meratakan kembali bukit-bukit permukaan
sampel yang terbentuk karena daya hancurnya yang
tinggi. Setelah daya tahan material tersebut mencapai
titik fatiknya, maka struktur puncak dan lembah terus
tertumbuk. Akibatnya perbedaan lembah dan
puncaknya semakin menipis dan ini menyebabkan
terjadinya pengecilan dan penghalusan butiran di
sekitar permukaan akibat perlakuan shot peening.
Penghancuran bukit dan pemadatan terlihat jelas pada
grafik kekasaran permukaan yang mengalami
penurunan.
Hasil Uji Ketebalan
Pengukuran ketebalan plat sampel dilakukan
menggunakan alat mikrometer skrup yang bertujuan
untuk menunjukkan deformasi plastis yang dihasilkan
setelah di shot peening. Hasil pengukuran tersebut
menunjukkan bahwa sampel setelah di shot peening
selama 10 menit dengan variasi jarak nilai
ketebalannya semakin menurun.
Gambar 6 Grafik nilai rata-rata hasil pengukuran
ketebalan plat sebelum dan sesudah perlakuan shot
peening
Pada Gambar 6 merupakan grafik hasil
pengukuran ketebalan rata-rata setiap sampel terhadap
variasi jarak penyemprotan shot peening. Adapun
hasil pengukuran tersebut menunjukkan plat sampel
setelah di shot peening selama 10 menit dengan
variasi jarak mengalami penurunan ketebalan. Sampel
sebelum di shot peening (raw material) memiliki nilai
ketebalan sekitar 3,96 mm. Kemudian sampel sesudah
di shot peening dengan jarak 80 mm nilai
ketebalannya menurun sebesar 3,90 mm begitu pula
pada jarak 90 mm nilai ketebalan sampel mengalami
pengurangan mencapai 3,85 mm. Selanjutnya pada
jarak 100 mm nilai ketebalan plat berkurang mencapai
3,81 mm dan pada jarak 110 mm nilai ketebalan plat
berkurang mencapai 3,73 mm. Pada jarak 120 mm
terjadi penurunan terbesar nilai ketebalan plat
mencapai 3,70 mm. Mungkin dengan jarak
penyemprotan yang semakin jauh dapat menyebabkan
deformasi permukaan material yang lebih dalam lagi.
Pada bagian permukaan sampel terjadi pemadatan dan
pemipihan ukuran butir permukaan. Efek deformasi
ini disebabkan oleh tumbukan bola-bola baja pada
permukaan plat.
Hasil Uji Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan dengan metode mikro
Vickers pada bagian permukaan sampel menggunakan
beban 200 gf dengan waktu 5 detik ditunjukkan pada
Gambar 4, dimana nilai kekerasan permukaan sampel
sebelum perlakuan shot peening (raw material) SS
304 adalah 222,5 kg/mm². Kemudian setelah
perlakuan shot peening menggunakan variasi jarak 80,
[5]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
90, 100, 110, dan 120 mm. Terjadi peningkatan
maksimum pada jarak 120 mm sebesar 596,9 kg/mm².
Gambar 7 Grafik nilai rata-rata uji kekerasan
permukaan sebelum dan sesudah perlakuan shot
peening dengan variasi jarak.
Meningkatnya nilai kekerasan pada permukaan
sampel seiring dengan jarak yang diberikan saat
penembakan bola-bola baja pada proses shot peening.
Hal ini disebabkan karena semakin jauh jarak
penembakan pengaruh gaya gravitasi bumi akan
semakin besar sehingga bola-bola baja yang
ditembakan akan mengalami peningkatan kecepatan,
dan akibat dari peningkatan kecepatan bola-bola baja
yang ditembakan kekuatan tumbuknya semakin tinggi
sehingga mengakibatkan deformasi plastis pada
permukaan sampel. Tumbukan inilah yang
mendorong partikel permukaan terluar mendorong
partikel yang lebih dalam, sehingga menyebabkan
nilai kekerasan bertambah. Pada Gambar 4 juga
menunjukkan nilai kekerasan optimum diperoleh pada
jarak 80 mm. Sedangkan setelah jarak 80 mm
peningkatan kekerasan tidak terlalu signifikan, hal ini
karena setelah perlakuan shot peening sebelumnya
partikel terdalam sampel sudah terjadi pemadatan.
Dimana diketahui tekanan kerja shot peening konstan
dan diameter bola-bola baja yang ditembakan
kepermukaan spesimen sudah tidak mampu lagi
menghasilkan deformasi plastis yang sama besar pada
saat permukaan sebelum dilakukan perlakuan shot
peening. beberapa peneliti terdahulu seperti Saputra,
(2016), Setiawan (2013), Anugerah (2013), Sunardi
(2013) menyimpulkan bahwa perlakuan shot peening
dapat meningkatkan kekerasan permukaan pada suatu
sampel.
meningkatkan kekerasan pada permukaan sampel.
kekerasan terbesar terjadi pada permukaan dan secara
bertahap mulai menurun menjauhi permukaan.
Peneliti terdahulu seperti Multigner dkk (2009),
Arifvianto dkk (2011), Ishak (2011) memiliki
pendapat yang sama bahwa kekerasan akan
mengalami penurunan menjauhi permukaan. Metode
pengujian distribusi kekerasan pada penelitian ini
dengan cara menguji kekerasan pada penampang
sampel setelah perlakuan shot peening. pengujian
kekerasan dimulai dari permukaan sampai kedalaman
2 mm dengan beban 200 gf dengan waktu 5 detik.
Pada Gambar 5 menunjukkan nilai distribusi
kekerasan pada penampang sampel setelah perlakuan
shot peening terjadi penurunan kekerasan seiring
dengan semakin jauh jarak dari permukaannya. Hal ini
disebabkan pengaruh shot peening akan menghasilkan
pengecilan ukuran butir pada permukaan sampel,
tetapi semakin jauh dari permukaan ukuran butir
semakin membesar dan seragam. Dari nilai distribusi
kekerasan pada Gambar 5 juga ditunjukkan semakin
jauh jarak shot peening menghasilkan kekerasan yang
lebih tinggi pada jarak kedalaman yang sama dari
permukaan, hal ini karena bertambahnya jarak proses
shot peening akan menghasilkan deformasi yang lebih
besar sehingga menghasilkan pengerasan permukaan
yang lebih tebal.
Gambar 8 Grafik nilai rata-rata uji distribusi
kekerasan sampel sebelum dan sesudah perlakuan
shot peening.
Proses perlakuan shot peening secara umum
[6]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
4. KESIMPULAN
Dari data, grafik, gambar, dan pembahasan
sebelumnya maka dapat disimpulkan sebagai
berikut:
a. Perlakuan shot peening dengan variasi jarak
terhadap baja tahan karat AISI 304 dapat
merubah ukuran butir struktur makro menjadi
kasar dan merubah ukuran butir struktur
mikro permukaan menjadi lebih halus dan
pipih.
b. Perlakuan shot peening dengan variasi jarak
terhadap baja tahan karat AISI 304 dapat
meningkatkan nilai kekasaran permukaan
dari kekasaran awal 0,1060 µm menjadi
1,34475µm.
c. Perlakuan shot peening mengurangi ketebalan
plat dari ketebalan awal 3,96 menurun
menjadi 3,70 mm.
d. Perlakuan shot peening terhadap baja tahan
karat AISI 304
meningkatkan nilai
kekerasan jika dibandingkan sampel tanpa
perlakuan shot peening. Nilai kekerasan
permukaan raw material di peroleh sebesar
222,5 kg/mm², kemudian setelah perlakuan
shot peening dengan variasi Jarak 80 mm nilai
kekerasannya 453,8 kg/mm², 90 mm nilai
kekerasannya 454,3 kg/mm², 100 mm nilai
kekerasannya 483,9 kg/mm²,110 mm nilai
kekerasannya 573,3 kg/mm², dan 120 mm
nilai kekerasannya mencapai 596,9 kg/mm².
5. SARAN
1. Sebaiknya dilakukan perlakuan shot peening
dengan variasi jarak dibawah 80 mm untuk
mengetahui kekerasan dan struktur mikronya.
2. Sebaiknya sampel yang diuji lebih banyak
supaya dalam pengambilan data bisa lebih
akurat.
6. DAFTAR PUSTAKA
Ahqiyar, E. 2011.Pengaruh Proses Sandblasting
terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan pada Baja AISI 316L
dengan
Variasi
Ukuran
Butir
Pasir.
Skripsi.Jurusan Teknik Mesin dan Industri
Fakultas
Teknik
Universitas
Gadjah
Mada.Yogyakarta.
Amin-Yavari,
S.
Ziaei-Moayed,
A.A.,
Madaah-Hoseini H.R.2008.Influence of Shot
Peening Treatment on the Fatigue Life of
Ti6Al4V ELI Biomedical Alloy. Proceedings
of 10th International Conference of Shot
Peening. Tokyo.
Anugerah, B. 2013. Pengaruh Perlakuan Sandblasting
pada Baja AISI 316L Berbentuk Silindris
terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan. Universitas Gadjah
Mada. Yogyakarta.
Arifvianto, B., Suyitno, Paraga, A.W. 2009. Effect of
Surface Mechanical Attrition Treatment on
Roughness and Wettability of AISI-316L.
International Conference on Materials and
Metallurgical
Technology
(ICOMMET).
Surabaya.
Arifvianto, B., Suyitno, dan Mahardika, M. 2011a.
Effect of Sandblasting and Surface
Mechanical Attrition Treatment on Surface
Roughness Wettability, and Microhardness
Distribution AISI 316L. Engineering
Materials. Vol 462-463, pp 738-743.
Ishak,
2011.
Pengaruh
Sandblasting
dan
Electropolishing
terhadap
Kekasaran
Permukaan, Kekerasan, Struktur Mikro dan
Ketahanan Korosi Baja Tahan Karat AISI
316L. Tesis. Program Studi S2 Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas
Teknik Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
[7]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Jiang, X.P., Wang, X.Y., Li, J.X., Man, C.S., Shepard,
M.J., dan Zhai, T. 2006. Enhancement of
Fatigue and Corrosion Properties of Pure Ti
by Sandblasting. Materials Science and
Engineering: A. Vol 429, issues 1-2, pp 30-35.
Mukhsen, M.I. 2012.Pengaruh Sandblasting dan
Electropolishing
terhadap
Kekasaran
Permukaan, Struktur Mikro, dan Kekerasan,
Sekrup Implan Baja Tahan karat AISI 316L.
Tesis. Jurusan Teknik Mesin dan Industri
Fakultas
Teknik
Universitas
Gadjah
Mada.Yogyakarta.
Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
Sunardi, 2013. Pengaruh Waktu Shot Peening
Terhadap
Kekerasan
dan
Kekasaran
Permukaan Stainless Steel AISI 304. Jurnal.
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Yogyakarta.
Multigner, M. Frutos, E., Gonzales-Carrasco, J.L.,
Jimenez, J.A. Marin, P., dan Ibanez, J. 2009.
Influence of the Sandblasting on the Subsurface
Microstructure of AISI 316LVM Stainless
Steel: Implications on the Magnetic and
Mechanical Properties. Materials Science and
Engineering. Vol 29, pp 1357-1360.
Saputra, Y. R. 2016. Pengaruh Variasi Tekanan
Perlakuan
Shot
Peening
Terhadap
Karakteristik
Permukaan
Dynamic
Compresson Plate Berbahan Stainless Steel
316L. Skripsi. Universitas Muhammadiyah
Yogyakarta. Yogyakarta.
Setiawan, T.A. 2013. Pengaruh Perlakuan Shot
Peening pada Baja AISI 316L Berbentuk
Silindris Menggunakan Bahan Abrasive Slag
Ball terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan. Skripsi. Jurusan
[8]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
DAN KEKERASAN MENGGUNAKAN STEEL BALL 0,7 MM PADA MATERIAL BIOMEDIK PLAT
PENYAMBUNG TULANG STAINLESS STEEL AISI 304
Wahyudin1,a, Aris Widyo Nugroho1,b, Sunardi1,c
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Teknik Mesin, Yogyakarta 55183, Indonesia
[email protected]
INTISARI
Stainless steel AISI 304 telah banyak digunakan pada peralatan di bidang kedokteran, karena material
jenis ini memiliki sifat seperti, tahan korosi, ulet, tangguh, mudah di bentuk, murah dan mudah dipasaran. Akan
tetapi material jenis ini masih rentan terhadap retak permukaan. Sehingga perlu adanya perlakuan permukaan
untuk memperbaiki kekurangan dari material stainless steel AISI 304. Salah satu metode untuk perbaikan
permukaannya adalah shot peening. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi jarak shot peening
terhadap struktur mikro, struktur makro, kekasaran, kekerasan dan ketebalan pada stainless steel AISI 304.
Proses shot peening AISI 304 dimulai dengan penyiapan sampel dengan cara memotong plat spesimen
dengan ukuran panjang 20 mm, lebar 15 mm, dan tebal 4 mm, kemudian dilakukan pembersihan dan
pengampelasan dengan no mesh 600, 1000, 1500, dan 2000, selanjutnya dibersihkan dengan autosol. Shot
peening dilakukan dengan tekanan penyemprotan 6 bar, dan waktu penyemprotan 10 menit, variasi jarak yang
digunakan adalah 80, 90, 100, 110 dan 120 mm. Spesimen yang telah diproses dilakukan karakterisasi meliputi
struktur mikro, struktur makro dengan alat Optical microscope, kekasaran dengan alat MR 110, kekerasan dengan
alat Vickers hardness dan ketebalan dengan alat mikro meter sekrup.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses shot peening mengubah ukuran butir struktur mikro
permukaan menjadi lebih halus dan pipih dan struktur makro menjadi lebih kasar. Perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan dari kekasaran awal 0,1065 µm menjadi 1,34475 µm. Perlakuan shot
peening mengurangi ketebalan plat sampel SS 304 menjadi 3,70 mm dari ketebalan sebelum di shot peening 3,96
mm. Hasil uji kekerasan menjadi meningkat, kekerasan meningkat dari 222,5 kg/mm² menjadi 596,9 kg/mm².
Kata kunci: Shot peening, Stainless Steel AISI 304, Struktur Mikro, Kekasaran, Ketebalan, Kekerasan.
1. PENDAHULUAN
lelah atau fatique (Amin dan Yavari dkk, 2008),
Dalam bidang kedokteran banyak digunakan
kekasaran permukaan bertambah dan lebih tahan
implan untuk membantu proses penyembuhan patah
terhadap korosi (Arivianto dkk, 2009). Stainless steel
tulang. Implan merupakan sebuah perangkat medis
AISI 304 tidak dapat diberi perlakuan panas (heat
yang dibuat untuk mendukung struktur biologis yang
treatment) dan hanya dapat dikeraskan dengan
perlu diperbaiki atau diganti. Implan ini terbuat dari
perlakuan dingin (cool worked).
beberapa jenis material seperti, logam, keramik,
Prinsip dari perlakuan dingin adalah untuk
titanium, stainless steell dan komposit karbon. Salah
mengubah sifat mekanik material dengan cara
satu material yang sering digunakan adalah stainless
penekanan terhadap material sehingga menyebabkan
steel AISI 304. Karena material tersebut harganya
deformasi plastis. Ada banyak perlakuan dingin (cool
murah, mudah di dapat dan banyak dipasaran.
worked) yang bisa dilakukan untuk meningkatkan
Stainless steel AISI 304 memiliki sifat seperti, ulet,
sifat material stainless steel AISI 304 seperti, shot
tangguh dan mudah dibentuk. Akan tetapi perlu
peening, Surface Mechanical Attrition Treatment
adanya perlakuan permukaan. Karena dengan
(SMAT), dan sandblasting (Mukhsen, 2012).
perlakuan permukaan implan menjadi lebih tahan
[1]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Shot peening adalah teknik yang akan terus
dikembangkan secara efektif dengan tujuan membuat
permukaan material lebih kasar. Prinsip dari shot
peening adalah proses penyemburan bola-bola baja
(steel ball) bertekanan tinggi dengan bantuan
kompresor secara merata pada permukaan sampel.
bola-bola baja (steel ball) yang berukuran kecil
menumbuk
permukaan
material
sehingga
menyebabkan terjadinya deformasi plastis dan
penghalusan butir permukaan. Tumbukan partikel
pada permukaan akan menyebabkan peningkatan
kekerasan permukaan. Selain itu juga menyebabkan
permukaan menjadi lebih kasar. Hasil penelitian
Saputra (2016), Sunardi (2013) dan Ahqiyar (2011)
menunjukan peningkatan nilai kekerasan pada
material uji karena deformasi plastis dan terjadi
perubahan ukuran butiran struktur mikro. Peningkatan
kekerasan mikro paling tinggi terjadi pada
perrmukaan sampel kemudian semakin dalam
semakin menurun.
Saat ini penelitian shot peening dengan variasi
jarak masih sangat terbatas, sebagian besar penelitian
masih berkisaran pada variasi waktu dan tekanan
dengan jarak konstan 88-150 mm. Oleh karena itu
penelitian ini menggunakan variasi jarak penembakan
shot peening terhadap kekerasan dan struktur mikro
stainless steel
AISI 304. Sehingga diharapkan
penelitian ini dapat meningkatkan kualitas dari
stainlees steel AISI 304.
2. METODE PENELITIAN
Tahapan proses penelitian ini berdasarkan
diagram alir penelitian yang terdapat didalam Gambar
2.1 dibawah ini.
Proses pembuatan sampel uji SS-304 ini dari plat
SS-304 dengan dimensi 2440 mm x 1440 mm dan
tebal 4 mm, kemudian plat tersebut dipotong dan
dibentuk dengan ukuran panjang 20 mm, lebar 15 mm
dan tebal 4 mm sebanyak 18 buah sampel. Selanjutnya
salah satu permukaan sampel tersebut dihaluskan
dengan amplas dengan nomor mesh 600, 1000, 1500,
2000 dan dipoles dengan autosol. Tujuan dari
pengampelasan dan autosol plat sampel tersebut
adalah untuk memastikan bahwa setiap plat sampel
memiliki kondisi awal yang sama.
Setelah semua sampel telah melalui tahapan
pemolesan, dari 18 sampel tersebut hanya 15 sampel
yang dilakukan proses shot peening. Pada proses shot
peening tekanan kerja pada kompresor sebesar 6 bar
dengan waktu 10 menit. Variasi yang digunakan yakni
variasi jarak 80, 90, 100, 110, dan 120 mm.
Setelah itu, semua sampel uji baik yang raw
material (tanpa perlakuan shot peening) dan sampel
dengan perlakuan shot peening dengan variasi jarak
80, 90, 100, 110, dan 120 mm dilakukan pengujian
struktur mikro, struktur makro dengan alat Optical
microscope merk Wrexham, U.K. Ltd, kekasaran
dengan alat MR 110, Ketebalan dengan alat mikro
meter skrup dan pengujian kekerasan dengan alat
Vickers hardness merk shimadsu hmf-m3 yang
dilakukan di Laboratorium Material dan Bahan
Jurusan D3 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada
sehingga akan diperoleh foto struktur mikro, struktur
makro, kekasaran, ketebalan dan kekerasan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Proses Shot Peening
Pengaruh perlakuan shot peening pada plat SS
304 dapat dilihat pada Gambar 2. Dimana pada
kondisi awal Gambar 2.a, permukaan spesimen
terlihat cukup mengkilap dengan ada goresa–goresan
hasil
pengampelasan. Proses pengampelasan
dilakukan pada plat sampel AISI 304 untuk
memastikan bahwa kondisi awal permukaan sampel
sama, rata, dan datar. Gambar 2.b-2.f menunjukkan
kondisi permukaan setelah proses shot peening.
Permukaan plat sampel terlihat lebih buram dan
timbul deformasi akibat perlakuan shot peening.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
[2]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Gambar 2 Sampel sebelum dan sesudah perlakuan
shot peening (a) Raw material, variasi jarak shot
peening (b) 80 mm, (c) 90 mm, (d) 100 mm, (e) 110
mm, dan (f) 120 m
Hasil Uji Struktur Mikro
Gambar 3 Foto struktur mikro permukaan
penampang melintang pada sampel SS 304. sebelum
dan sesudah shot peening (a) Raw material, variasi
jarak shot peening (b) 80 mm, (c) 90 mm, (d) 100 mm,
(e) 110 mm, dan (f) 120 mm
Dalam mengamati struktur mikro, sampel diamati
menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran
200 kali. Sebelum melakukan pengamatan sampel di
bersihkan menggunakan cairan etsa dengan tujuan
untuk menghilangkan goresan pada permukaan
spesimen sehingga butiran struktur mikro terlihat
lebih jelas. Adapun cairan etsa yang digunakan yaitu
Hidrocloric Acid (HCl) dan Nitrid Acid (HNO3)
dengan perbandingan 1:1.
Pada Gambar 3 merupakan struktur mikro
sampel sebelum dan sesudah shot peening. Gambar
3.a memperlihatkan struktur mikro sampel sebelum di
shot peening, dimana ukuran butiran struktur mikro
seragam. Gambar 3.b memperlihatkan struktur mikro
sampel setelah di shot peening dengan jarak 80 mm.
Pada jarak ini permukaan sampel terlihat lebih pipih
dan halus ukuran butiran struktur mikro sampel SS
304. Kemudian pada Gambar 3.c-3.f. Terlihat ukuran
butiran struktur mikro semakin halus dan semakin
dalam jarak dari permukaan sampel SS 304 seiring
dengan bertambahnya jarak penembakan shot peening.
Hal tersebut merupakan efek dari tumbukan bola-bola
baja (steel ball). Bola-bola baja menumbuk
permukaan sampel dengan kecepatan tinggi sehingga
menyebabkan deformasi plastis pada permukaan.
Kekuatan tumbukan bola-bola baja (steel ball) yang
tinggi menimbulkan penekanan pada struktur
sehingga struktur menjadi semakin rapat dan
berpotensi meningkatkan kekerasan bahan. Fenomena
yang sama juga terjadi pada penelitian sebelumnya
Hidayat (2013). Dimana hasil penelitian tersebut
menunjukkan adanya perubahan struktur mikro, sifat
dan properti bahan dari proses shot peening.
Hasil Uji Struktur Makro
Pada pengamatan struktur makro, sampel diamati
dengan mikroskop optik perbesaran 30x. Gambar 4
merupakan struktur makro sampel setelah diberi
perlakuan shot peening dengan variasi jarak. Gambar
4.a menunjukkan kondisi sampel setelah diberi
perlakuan shot peening dengan variasi jarak
penyemprotan 80 mm, terlihat batas butir yang lebih
kecil. Permukaan tampak jauh lebih kasar bila
dibandingkan dengan permukaan plat sebelum di shot
peening. Timbul cekungan-cekungan menyerupai
kawah. Hal tersebut merupakan efek dari tumbukan
bola-bola baja pada permukaan. Partikel abrasif ini
menumbuk permukaan dengan kecepatan tinggi dan
menyebabkan permukaan mengalami deformasi
plastis sehingga menimbulkan cekungan-cekungan
pada permukaan sampel. Cekungan inlah yang
menyebabkan permukaan sampel menjadi kasar.
Gambar 4.b dan 4.c menunjukkan struktur makro
sampel setelah mendapatkan perlakuan shot peening
dengan variasi jarak 90 mm dan 100 mm. Pada jarak
ini butiran kecil menjadi semakin banyak dan merata,
sehingga permukaan sedikit jauh lebih kasar bila
dibandingkan dengan jarak 80 mm. Hal ini
kemungkinan dikarenakan pada jarak ini tumbukan
bola-bola baja semakin cepat sehingga menyebabkan
[3]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
cekungan kawah pada permukaan menjadi lebih
banyak dan menyebabkan permukaan menjadi lebih
kasar. Gambar 4.d dan 4.e menunjukkan struktur
makro sampel setelah perlakuan shot peening dengan
variasi jarak 110 mm dan 120 mm. Pada jarak ini,
butiran kecil terlihat semakin merata sehingga
permukaan lebih halus bila di bandingkan jarak
sebelumnya. Hal ini kemungkinan dikarenakan
tumbukan secara berulang–ulang pada jarak ini
mampu meratakan kembali butiran-butiran kasar dan
cekungan kawah pada permukaan plat yang terbentuk
sebelumnya. Selain itu, kekuatan penumbukan
bola-bola baja yang tinggi menimbulkan penekanan
pada struktur menjadi semakin rapat dan berpotensi
meningkatkan kekerasan bahan. Penembakan
bola-bola baja secara berulang-ulang menyebabkan
cekungan kawah yang terbentuk sebelumnya menjadi
pecah dan semakin banyak sehingga mampu
meratakan kembali/menghaluskan permukaan yang
kasar yang ditimbulkan oleh deformasi sebelumnya.
Hal ini membuat nilai kekasaran permukaan pada
tekanan jarak ini menurun bila dibandingkan jarak
sebelumnya.
Gambar 4 Hasil uji struktur makro permukaan
sesudah perlakuan shot peening dengan variasi jarak
(A) 80 mm (B) 90 mm (C) 100 mm (D) 110 mm (E)
120 mm.
Hasil Uji Kekasaran
Pengaruh perlakuan shot peening terhadap
kekasaran permukaan plat sampel SS 304 di tampilkan
dengan nilai rata-rata kekasaran (Ra) tiap sampel,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Pada
Gambar tersebut menunjukkan grafik perbandingan
antara nilai kekasaran rata-rata Ra (µm) dengan
variasi jarak penyemprotan shot peening selama 10
menit. Terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai
kekasaran permukaan dari sampel sebelum perlakuan
shot peening dan sesudah perlakuan shot peening.
Menurut Peneliti terdahulu seperti Saputra (2016),
Sunardi (2013), Setiawan (2013), Hidayat (2013),
Anugerah (2013), Iqbal dkk (2011), dan Karo (2002)
menyimpulkan bahwa perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan pada suatu
spesimen.
Dalam penelitian ini menggunakan parameter Ra
sebagai nilai kekasaran. Ra adalah nilai tinggi
rata-rata dari kekasaran permukaan dan merupakan
nilai absolut kekasaran rata-rata permukaan aritmatik
pada sebuah peningkatan kekasaran permukaan yang
dapat terjadi setelah perlakuan permukaan. Besar nilai
kekasaran suatu benda sangat tergantung pada
besarnya nilai Ra yang di simbolkan dengan µm.
Gambar 5 Grafik nilai rata-rata kekasaran permukaan
sebelum dan sesudah perlakuan shot peening dengan
varisasi jarak.
Pada Gambar 5 terlihat bahwa perlakuan shot peening
meningkatkan kekasaran permukaan plat sampel SS
304. Nilai kekasaran permukaan meningkat drastis
dari kekasaran sebelum perlakuan shot peening (Raw
material), yaitu 0,1060 µm dan sesudah perlakuan
shot peening menjadi 0,9545 µm pada jarak 80 mm.
Pada jarak 90 mm peningkatan nilai kekasaran tidak
[4]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
terlalu signifikan yaitu, 1,094 µm, begitu pula pada
jarak 100 mm, yaitu 1,34475 µm. Selanjutnya pada
jarak 110 mm dan 120 mm terjadi penurunan nilai
kekasaran permukaan yaitu 1,19225µm dan
1,0735µm.
Fenomena yang terjadi pada permukaan ini
terbagi menjadi 2 tahap. Tahap I terjadi peningkatan
nilai kekasaran yang sangat signifikan, yaitu akibat
terbentuknya cekungan (kawah) baru dan tumpukan
material pada bagian bibir kawah seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 5. Timbulnya cekungan
(kawah) baru meningkatkan ketinggian puncak
sehingga menyebabkan kekasaran permukaan
meningkat. Fenomena ini seperti terjadi pada jarak
shot peening 80 mm, 90 mm dan 100 mm.
Tahap II terjadi ketika seluruh permukaan
sudah ditutupi oleh cekungan dan permukaan puncak
tersebut tertumbuk kembali oleh bola-bola baja.
Fenomena ini terjadi pada jarak shot peening 110 mm
dan 120 mm, dimana nilai kekasaran mengalami
penurunan bila dibandingkan dengan nilai kekasaran
pada jarak sebelumnya. Penurunan ini diakibatkan
oleh penumbukan bola-bola baja yang lebih kuat pada
permukaan yang sama sehingga terjadi penumbukan
berulang dan pemadatan butiran pada permukaan.
Selain itu, tumbukan pada jarak yang lebih jauh
mampu meratakan kembali bukit-bukit permukaan
sampel yang terbentuk karena daya hancurnya yang
tinggi. Setelah daya tahan material tersebut mencapai
titik fatiknya, maka struktur puncak dan lembah terus
tertumbuk. Akibatnya perbedaan lembah dan
puncaknya semakin menipis dan ini menyebabkan
terjadinya pengecilan dan penghalusan butiran di
sekitar permukaan akibat perlakuan shot peening.
Penghancuran bukit dan pemadatan terlihat jelas pada
grafik kekasaran permukaan yang mengalami
penurunan.
Hasil Uji Ketebalan
Pengukuran ketebalan plat sampel dilakukan
menggunakan alat mikrometer skrup yang bertujuan
untuk menunjukkan deformasi plastis yang dihasilkan
setelah di shot peening. Hasil pengukuran tersebut
menunjukkan bahwa sampel setelah di shot peening
selama 10 menit dengan variasi jarak nilai
ketebalannya semakin menurun.
Gambar 6 Grafik nilai rata-rata hasil pengukuran
ketebalan plat sebelum dan sesudah perlakuan shot
peening
Pada Gambar 6 merupakan grafik hasil
pengukuran ketebalan rata-rata setiap sampel terhadap
variasi jarak penyemprotan shot peening. Adapun
hasil pengukuran tersebut menunjukkan plat sampel
setelah di shot peening selama 10 menit dengan
variasi jarak mengalami penurunan ketebalan. Sampel
sebelum di shot peening (raw material) memiliki nilai
ketebalan sekitar 3,96 mm. Kemudian sampel sesudah
di shot peening dengan jarak 80 mm nilai
ketebalannya menurun sebesar 3,90 mm begitu pula
pada jarak 90 mm nilai ketebalan sampel mengalami
pengurangan mencapai 3,85 mm. Selanjutnya pada
jarak 100 mm nilai ketebalan plat berkurang mencapai
3,81 mm dan pada jarak 110 mm nilai ketebalan plat
berkurang mencapai 3,73 mm. Pada jarak 120 mm
terjadi penurunan terbesar nilai ketebalan plat
mencapai 3,70 mm. Mungkin dengan jarak
penyemprotan yang semakin jauh dapat menyebabkan
deformasi permukaan material yang lebih dalam lagi.
Pada bagian permukaan sampel terjadi pemadatan dan
pemipihan ukuran butir permukaan. Efek deformasi
ini disebabkan oleh tumbukan bola-bola baja pada
permukaan plat.
Hasil Uji Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan dengan metode mikro
Vickers pada bagian permukaan sampel menggunakan
beban 200 gf dengan waktu 5 detik ditunjukkan pada
Gambar 4, dimana nilai kekerasan permukaan sampel
sebelum perlakuan shot peening (raw material) SS
304 adalah 222,5 kg/mm². Kemudian setelah
perlakuan shot peening menggunakan variasi jarak 80,
[5]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
90, 100, 110, dan 120 mm. Terjadi peningkatan
maksimum pada jarak 120 mm sebesar 596,9 kg/mm².
Gambar 7 Grafik nilai rata-rata uji kekerasan
permukaan sebelum dan sesudah perlakuan shot
peening dengan variasi jarak.
Meningkatnya nilai kekerasan pada permukaan
sampel seiring dengan jarak yang diberikan saat
penembakan bola-bola baja pada proses shot peening.
Hal ini disebabkan karena semakin jauh jarak
penembakan pengaruh gaya gravitasi bumi akan
semakin besar sehingga bola-bola baja yang
ditembakan akan mengalami peningkatan kecepatan,
dan akibat dari peningkatan kecepatan bola-bola baja
yang ditembakan kekuatan tumbuknya semakin tinggi
sehingga mengakibatkan deformasi plastis pada
permukaan sampel. Tumbukan inilah yang
mendorong partikel permukaan terluar mendorong
partikel yang lebih dalam, sehingga menyebabkan
nilai kekerasan bertambah. Pada Gambar 4 juga
menunjukkan nilai kekerasan optimum diperoleh pada
jarak 80 mm. Sedangkan setelah jarak 80 mm
peningkatan kekerasan tidak terlalu signifikan, hal ini
karena setelah perlakuan shot peening sebelumnya
partikel terdalam sampel sudah terjadi pemadatan.
Dimana diketahui tekanan kerja shot peening konstan
dan diameter bola-bola baja yang ditembakan
kepermukaan spesimen sudah tidak mampu lagi
menghasilkan deformasi plastis yang sama besar pada
saat permukaan sebelum dilakukan perlakuan shot
peening. beberapa peneliti terdahulu seperti Saputra,
(2016), Setiawan (2013), Anugerah (2013), Sunardi
(2013) menyimpulkan bahwa perlakuan shot peening
dapat meningkatkan kekerasan permukaan pada suatu
sampel.
meningkatkan kekerasan pada permukaan sampel.
kekerasan terbesar terjadi pada permukaan dan secara
bertahap mulai menurun menjauhi permukaan.
Peneliti terdahulu seperti Multigner dkk (2009),
Arifvianto dkk (2011), Ishak (2011) memiliki
pendapat yang sama bahwa kekerasan akan
mengalami penurunan menjauhi permukaan. Metode
pengujian distribusi kekerasan pada penelitian ini
dengan cara menguji kekerasan pada penampang
sampel setelah perlakuan shot peening. pengujian
kekerasan dimulai dari permukaan sampai kedalaman
2 mm dengan beban 200 gf dengan waktu 5 detik.
Pada Gambar 5 menunjukkan nilai distribusi
kekerasan pada penampang sampel setelah perlakuan
shot peening terjadi penurunan kekerasan seiring
dengan semakin jauh jarak dari permukaannya. Hal ini
disebabkan pengaruh shot peening akan menghasilkan
pengecilan ukuran butir pada permukaan sampel,
tetapi semakin jauh dari permukaan ukuran butir
semakin membesar dan seragam. Dari nilai distribusi
kekerasan pada Gambar 5 juga ditunjukkan semakin
jauh jarak shot peening menghasilkan kekerasan yang
lebih tinggi pada jarak kedalaman yang sama dari
permukaan, hal ini karena bertambahnya jarak proses
shot peening akan menghasilkan deformasi yang lebih
besar sehingga menghasilkan pengerasan permukaan
yang lebih tebal.
Gambar 8 Grafik nilai rata-rata uji distribusi
kekerasan sampel sebelum dan sesudah perlakuan
shot peening.
Proses perlakuan shot peening secara umum
[6]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
4. KESIMPULAN
Dari data, grafik, gambar, dan pembahasan
sebelumnya maka dapat disimpulkan sebagai
berikut:
a. Perlakuan shot peening dengan variasi jarak
terhadap baja tahan karat AISI 304 dapat
merubah ukuran butir struktur makro menjadi
kasar dan merubah ukuran butir struktur
mikro permukaan menjadi lebih halus dan
pipih.
b. Perlakuan shot peening dengan variasi jarak
terhadap baja tahan karat AISI 304 dapat
meningkatkan nilai kekasaran permukaan
dari kekasaran awal 0,1060 µm menjadi
1,34475µm.
c. Perlakuan shot peening mengurangi ketebalan
plat dari ketebalan awal 3,96 menurun
menjadi 3,70 mm.
d. Perlakuan shot peening terhadap baja tahan
karat AISI 304
meningkatkan nilai
kekerasan jika dibandingkan sampel tanpa
perlakuan shot peening. Nilai kekerasan
permukaan raw material di peroleh sebesar
222,5 kg/mm², kemudian setelah perlakuan
shot peening dengan variasi Jarak 80 mm nilai
kekerasannya 453,8 kg/mm², 90 mm nilai
kekerasannya 454,3 kg/mm², 100 mm nilai
kekerasannya 483,9 kg/mm²,110 mm nilai
kekerasannya 573,3 kg/mm², dan 120 mm
nilai kekerasannya mencapai 596,9 kg/mm².
5. SARAN
1. Sebaiknya dilakukan perlakuan shot peening
dengan variasi jarak dibawah 80 mm untuk
mengetahui kekerasan dan struktur mikronya.
2. Sebaiknya sampel yang diuji lebih banyak
supaya dalam pengambilan data bisa lebih
akurat.
6. DAFTAR PUSTAKA
Ahqiyar, E. 2011.Pengaruh Proses Sandblasting
terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan pada Baja AISI 316L
dengan
Variasi
Ukuran
Butir
Pasir.
Skripsi.Jurusan Teknik Mesin dan Industri
Fakultas
Teknik
Universitas
Gadjah
Mada.Yogyakarta.
Amin-Yavari,
S.
Ziaei-Moayed,
A.A.,
Madaah-Hoseini H.R.2008.Influence of Shot
Peening Treatment on the Fatigue Life of
Ti6Al4V ELI Biomedical Alloy. Proceedings
of 10th International Conference of Shot
Peening. Tokyo.
Anugerah, B. 2013. Pengaruh Perlakuan Sandblasting
pada Baja AISI 316L Berbentuk Silindris
terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan. Universitas Gadjah
Mada. Yogyakarta.
Arifvianto, B., Suyitno, Paraga, A.W. 2009. Effect of
Surface Mechanical Attrition Treatment on
Roughness and Wettability of AISI-316L.
International Conference on Materials and
Metallurgical
Technology
(ICOMMET).
Surabaya.
Arifvianto, B., Suyitno, dan Mahardika, M. 2011a.
Effect of Sandblasting and Surface
Mechanical Attrition Treatment on Surface
Roughness Wettability, and Microhardness
Distribution AISI 316L. Engineering
Materials. Vol 462-463, pp 738-743.
Ishak,
2011.
Pengaruh
Sandblasting
dan
Electropolishing
terhadap
Kekasaran
Permukaan, Kekerasan, Struktur Mikro dan
Ketahanan Korosi Baja Tahan Karat AISI
316L. Tesis. Program Studi S2 Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas
Teknik Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
[7]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016
Jiang, X.P., Wang, X.Y., Li, J.X., Man, C.S., Shepard,
M.J., dan Zhai, T. 2006. Enhancement of
Fatigue and Corrosion Properties of Pure Ti
by Sandblasting. Materials Science and
Engineering: A. Vol 429, issues 1-2, pp 30-35.
Mukhsen, M.I. 2012.Pengaruh Sandblasting dan
Electropolishing
terhadap
Kekasaran
Permukaan, Struktur Mikro, dan Kekerasan,
Sekrup Implan Baja Tahan karat AISI 316L.
Tesis. Jurusan Teknik Mesin dan Industri
Fakultas
Teknik
Universitas
Gadjah
Mada.Yogyakarta.
Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
Sunardi, 2013. Pengaruh Waktu Shot Peening
Terhadap
Kekerasan
dan
Kekasaran
Permukaan Stainless Steel AISI 304. Jurnal.
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Yogyakarta.
Multigner, M. Frutos, E., Gonzales-Carrasco, J.L.,
Jimenez, J.A. Marin, P., dan Ibanez, J. 2009.
Influence of the Sandblasting on the Subsurface
Microstructure of AISI 316LVM Stainless
Steel: Implications on the Magnetic and
Mechanical Properties. Materials Science and
Engineering. Vol 29, pp 1357-1360.
Saputra, Y. R. 2016. Pengaruh Variasi Tekanan
Perlakuan
Shot
Peening
Terhadap
Karakteristik
Permukaan
Dynamic
Compresson Plate Berbahan Stainless Steel
316L. Skripsi. Universitas Muhammadiyah
Yogyakarta. Yogyakarta.
Setiawan, T.A. 2013. Pengaruh Perlakuan Shot
Peening pada Baja AISI 316L Berbentuk
Silindris Menggunakan Bahan Abrasive Slag
Ball terhadap Struktur Mikro, Kekerasan, dan
Kekasaran Permukaan. Skripsi. Jurusan
[8]
Jurnal Teknik Mesin UMY 2016