Studi Pengaruh Perlakuan Panas Pada Hasil Pengelasan Baja ST37 Ditinjau Dari Kekuatan Tarik Bahan

STUDI PENGARUH PERLAKUAN PANAS PADA

HASIL PENGELASAN BAJA ST37 DITINJAU DARI

KEKUATAN TARIK BAHAN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

IMBARKO NIM. 050401073

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Teknik Pengelasan, yaitu “ Studi Pengaruh Perlakuan Panas Pada Hasil Pengelasan Baja ST37

Ditinjau Dari Kekuatan Tarik Bahan ”.

Dalam penulisan Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua Orang Tua penulis, Ayahanda tercinta dan Ibunda tercinta yang terus membimbing dan mengarahkan penulis.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT serta Bapak Ir. Tugiman, MT selaku Ketua dan Sekretaris serta Koordinator Skripsi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

5. Kakak dan teman-teman tersayang, terima kasih atas segala bantuan yang telah diberikan baik berupa moril dan materil selama kuliah hingga menyelesaikan Skripsi ini.

6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2005 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu, “ Solidarity Forever “.

Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.

Medan, Mei 2010 Penulis,

IMBARKO

NIM. 05 0401 073

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas yaitu pengerasan dan pelunakan pada hasil pengelasan baja ST37 ditinjau dari kekuatan tarik bahan. Proses pengerasan dan pelunakan dilakukan pada suhu 850 0C dan untuk proses pengerasan digunakan media pendingin Oli Mesran SAE 40.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental dengan menggunakan Baja ST37 produksi PT. KRAKATAU STEEL sebagai bahan spesimen uji tarik. Spesimen uji tarik disiapkan sesuai standard ASTM E8. Baja ST37 yang digunakan adalah dalam golongan low carbon steel dengan komposisi kimia C = 0,12 %, Si = 0,10 %, Mn = 0,50 %, S = 0,05 %, P = 0,04 %, Al = 0,02 %, Cu = 0,10, dan yang sisanya Fe. Logam sesuai geometri spesimen ASTM E8 dipotong dan dilas dengan arus 80 A menggunakan las SMAW DC elektroda E6013 diameter 2,6 mm dengan tipe sambungan yang digunakan adalah butt joint.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai kekuatan tarik pada metal dasar adalah sebesar 46,05 kg/mm2. Nilai kekuatan tarik paling rendah adalah 33,13 kg/mm2 terjadi pada perlakuan pelunakan yang berarti mengalami penurunan sebesar 28,06 % dari kelompok metal dasar. Sedangkan kekuatan tarik yang paling tinggi terjadi pada perlakuan pengerasan dengan media pendingin Oli Mesran SAE 40 sebesar 49,53 kg/mm2 yang berarti mengalami peningkatan kekuatan tarik sebesar 7,56 % dari metal dasar. Untuk nilai pertambahan panjang paling tinggi adalah 40,10 % terjadi pada metal dasar. Nilai pertambahan panjang paling rendah adalah 15,43 % terjadi pada perlakuan pengerasan yang berarti mengalami penurunan sebesar 61.52 % dari kelompok metal dasar. Bentuk penampang patahan yang terjadi dalam pengujian tarik baja ST37 pada spesimen original, spesimen las original, dan spesimen las diikuti dengan perlakuan pelunakan merupakan patahan ulet. Sedangkan bentuk penampang yang terjadi pada spesimen las diikuti dengan perlakuan pengerasan merupakan patahan getas.

Pada penelitian ini ada ditemui perbedaan nilai pengukuran pada setiap kelompok las tanpa perlakuan panas, kelompok las dengan perlakuan panas untuk pengerasan dan kelompok las dengan perlakuan panas untuk pelunakan. Perbedaan tersebut terjadi dipengaruhi akibat beberapa hal antara lain : geometri spesimen, distribusi panas daerah HAZ yang tidak merata, hasil las yang tidak merata, dan tegangan sisa pada hasil las.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ...iii

DAFTAR ISI ... .iv

DAFTAR TABEL ... .... vii

DAFTAR GAMBAR ... ... viii

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah/Batasan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian... 4

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Pengelasan ... 6

2.2 Las Busur Listrik ... 6

2.3 Arus Pengelasan ... 8

2.4 Elektroda ... 9

2.5 Pengelasan Baja Karbon ... 10

2.6 Daerah Pengaruh Panas (HAZ) ... 11

2.7 Tipe Sambungan ... 13

2.8 Perlakuan Panas... 14

2.9 Pengujian Tarik ... 18

BAB 3. METODE PENELITIAN ... 21

3.1 Populasi Dan Sampel ... 21

3.2 Variabel Penelitian ... 21

3.2.1 Variabel Bebas ... 22

3.3.2 Variabel Terikat ... 22

3.3.3 Variabel Control ... 22

3.3 Metode Pengumpulan Data ... 22

3.3.2 Proses Pengumpulan Data ... 23

3.3.3 Dimensi Benda Uji ... 24

3.3.4 Pelaksanaan Penelitian ... 24

3.3.5 Proses Pengujian Tarik ... 31

3.3.6 Diagram Alir Penelitian ... 33

BAB 4. DATA HASIL PENELITIAN ... 34

4.1 Pengujian Tarik Spesimen Original ... 34

4.1.1 Bentuk Patahan Yang Terjadi Pada Metal DaSar ... 36

4.2 Pengujian Tarik Spesimen Las Original ... 37

4.2.1 Perpatahan Pada Spesimen Las Original ... 41

4.2.2 Daerah Pengaruh Panas (HAZ) Pada Spesimen Las Original ... 42

4.3 Pengujian Tarik Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Hardening .... 45

4.3.1 Bentuk Patahan Yang Terjadi Pada Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 49

4.3.2 Daerah Pengaruh Panas (HAZ) Pada Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 50

4.4 Pengujian Tarik Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 50

4.4.1 Bentuk Patahan Yang Terjadi Pada Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 55

4.4.2 Daerah Pengaruh Panas (HAZ) Pada Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 56

BAB 5. DISKUSI ... 57

5.1 Kekuatan Maksimum (Ultimate Strength) Tiap Spesimen ... 57

5.2 Kekuatan Luluh (Yield Strength) Tiap Spesimen ... 58

5.3 Pertambahan Panjang (Elongation) Tiap Spesimen ... 60

5.4 Batas Proporsional (Proportional Limit) Tiap Spesimen ... 61

5.5 Analisis Penyebab Terjadinya Perbedaan Nilai Pengukuran Pada Spesimen ... 62

BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN ... 64 5.1 Kesimpulan ... .64 5.2 Saran ... .65

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Hubungan Diameter Elektroda Dengan Arus Pengelasan ... ... 8

Tabel 3.1 Daftar Keterangan Dimensi Gambar ... 24

Tabel 3.2 Hubungan Antara Material Dasar Dan Tipe Elektroda Yang Dipakai ... 27

Tabel 3.3 Spesifikasi Elektroda Terbungkus Dari Baja Lunak ... 27

Tabel 4.1 Komposisi Kimia Baja ST37 ... 34

Tabel 4.2 Mechanical Properties Baja ST37 ... 35

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Tarik Untuk Metal Dasar (Tanpa Las) ... 35

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Tarik Untuk Material Dilas Tanpa Heat Treatment. ... 40

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Tarik Untuk Material Dilas Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 46

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Tarik Untuk Material Dilas Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 52

Tabel 5.1 Perbandingan Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Setiap Kondisi Perlakuan Kelompok Benda Uji ... 57

Tabel 5.2 Data Hasil Pengujian Tarik Ultimate Strength Tiap Spesimen ... 57

Tabel 5.3 Data Hasil Pengujian Tarik Yield Strength Tiap Spesimen ... 58

Tabel 5.4 Data Hasil Pengujian Tarik Elongation Tiap Spesimen ... 60

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Las Busur Dengan Elektroda Terbungkus ... ... 7

Gambar 2.2 Elektroda Las ... 9

Gambar 2.3 Daerah Las ... 11

Gambar 2.4 Siklus Termal Las ... 12

Gambar 2.5 Jenis Sambungan yang Biasa Digunakan dalam Proses Pengelasan .... 13

Gambar 2.6 Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C ... 16

Gambar 2.7 Kurva Pendinginan Pada Diagram TTT ... 17

Gambar 2.8 Kurva Tegangan-Regangan ... 20

Gambar 3.1 Spesimen Uji Tarik ... 24

Gambar 3.2 Mesin Gerinda Potong ... 25

Gambar 3.3 Baja ST37 Yang Akan Dilas ... 25

Gambar 3.4 Mesin Las ... 26

Gambar 3.5 Elekroda ... 26

Gambar 3.6 Mesin Gerinda Tangan ... 28

Gambar 3.7 Mesin Milling ... 28

Gambar 3.8 Tungku Pemanas ... 29

Gambar 3.9 Tang penjepit ... 29

Gambar 3.10 Wadah Pendingin Oli ... 30

Gambar 3.11 Spesimen yang telah didinginkan dalam furnace ... 30

Gambar 3.12 Spesimen Uji Tarik ... 31

Gambar 3.13 Alat Uji Tarik ... 31

Gambar 3.14 Spesimen Setelah Mengalami Uji Tarik ... 32

Gambar 3.15 Proses Uji Tarik Dipantau Pada Monitor ... 32

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ... 33

Gambar 4.1 Diagram Data Hasil Pengujian Tarik Untuk Metal Dasar ... 36

Gambar 4.2 Bentuk Penampang Patahan Pada Metal Dasar ... 36

Gambar 4.3 Tahapan Terjadinya Perpatahan Ulet Pada Sampel Uji Tarik Pada Metal Dasar ... 37

Gambar 4.4 Diagram Ultimate Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas Tanpa Heat Treatment ... 40

Gambar 4.5 Diagram Yield Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas Tanpa Heat Treatment ... 40 Gambar 4.6 Diagram Elongation Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Tanpa Heat Treatment ... 41 Gambar 4.7 Diagram Prop. Limit Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Tanpa Heat Treatment ... 41 Gambar 4.8 Bentuk Penampang Patahan Pada Baja Dilas Tanpa Heat Treatment .. 42 Gambar 4.9 Tahapan Terjadinya Perpatahan Ulet Pada Sampel Uji Tarik Pada

Baja Dilas Tanpa Heat Treatment ... 42 Gambar 4.10 Diagram Ultimate Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja

Dilas Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 47 Gambar 4.11 Diagram Yield Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 47 Gambar 4.12 Diagram Elongation Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuan Hardening ... 48 Gambar 4.13 Diagram Prop. Limit Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuanl Hardening ... 48 Gambar 4.14 Bentuk Penampang Patahan Pada Baja Dilas Diikuti Dengan

Perlakuan Hardening ... 49 Gambar 4.15 Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik pada baja

dilas diikuti dengan perlakuan hardening ... 49 Gambar 4.16 Diagram Ultimate Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja

Dilas Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 53 Gambar 4.17 Diagram Yield Strength Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 53 Gambar 4.18 Diagram Elongation Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 54 Gambar 4.19 Diagram Prop. Limit Dari Hasil Pengujian Tarik Pada Baja Dilas

Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 54 Gambar 4.20 Bentuk Penampang Patahan Pada Baja Dilas Diikuti Dengan

Gambar 4.21 Tahapan Terjadinya Perpatahan Ulet Pada Sampel Uji Tarik Pada Baja Dilas Diikuti Dengan Perlakuan Full Annealing ... 55 Gambar 5.1 Diagram Data Hasil Pengujian Tarik Ultimate Strength Tiap

Spesimen ... 58 Gambar 5.2 Diagram Data Hasil Pengujian Tarik Yield Strength Tiap Spesimen .. 59 Gambar 5.3 Diagram Data Hasil Pengujian Tarik Elongation Tiap Spesimen ... 60 Gambar 5.4 Diagram Data Hasil Pengujian Tarik Prop. Limit Tiap Spesimen ... 61

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas yaitu pengerasan dan pelunakan pada hasil pengelasan baja ST37 ditinjau dari kekuatan tarik bahan. Proses pengerasan dan pelunakan dilakukan pada suhu 850 0C dan untuk proses pengerasan digunakan media pendingin Oli Mesran SAE 40.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental dengan menggunakan Baja ST37 produksi PT. KRAKATAU STEEL sebagai bahan spesimen uji tarik. Spesimen uji tarik disiapkan sesuai standard ASTM E8. Baja ST37 yang digunakan adalah dalam golongan low carbon steel dengan komposisi kimia C = 0,12 %, Si = 0,10 %, Mn = 0,50 %, S = 0,05 %, P = 0,04 %, Al = 0,02 %, Cu = 0,10, dan yang sisanya Fe. Logam sesuai geometri spesimen ASTM E8 dipotong dan dilas dengan arus 80 A menggunakan las SMAW DC elektroda E6013 diameter 2,6 mm dengan tipe sambungan yang digunakan adalah butt joint.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai kekuatan tarik pada metal dasar adalah sebesar 46,05 kg/mm2. Nilai kekuatan tarik paling rendah adalah 33,13 kg/mm2 terjadi pada perlakuan pelunakan yang berarti mengalami penurunan sebesar 28,06 % dari kelompok metal dasar. Sedangkan kekuatan tarik yang paling tinggi terjadi pada perlakuan pengerasan dengan media pendingin Oli Mesran SAE 40 sebesar 49,53 kg/mm2 yang berarti mengalami peningkatan kekuatan tarik sebesar 7,56 % dari metal dasar. Untuk nilai pertambahan panjang paling tinggi adalah 40,10 % terjadi pada metal dasar. Nilai pertambahan panjang paling rendah adalah 15,43 % terjadi pada perlakuan pengerasan yang berarti mengalami penurunan sebesar 61.52 % dari kelompok metal dasar. Bentuk penampang patahan yang terjadi dalam pengujian tarik baja ST37 pada spesimen original, spesimen las original, dan spesimen las diikuti dengan perlakuan pelunakan merupakan patahan ulet. Sedangkan bentuk penampang yang terjadi pada spesimen las diikuti dengan perlakuan pengerasan merupakan patahan getas.

Pada penelitian ini ada ditemui perbedaan nilai pengukuran pada setiap kelompok las tanpa perlakuan panas, kelompok las dengan perlakuan panas untuk pengerasan dan kelompok las dengan perlakuan panas untuk pelunakan. Perbedaan tersebut terjadi dipengaruhi akibat beberapa hal antara lain : geometri spesimen, distribusi panas daerah HAZ yang tidak merata, hasil las yang tidak merata, dan tegangan sisa pada hasil las.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi dibidang konstruksi, pengelasan merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari pertumbuhan dan peningkatan industri, karena mempunyai peranan yang sangat penting dalam rekayasa dan reparasi produk logam. Hampir pada setiap pembangunan suatu konstruksi dengan logam melibatkan pekerjaan pengelasan.

Pengelasan bukan tujuan utama dari konstruksi. Pengelasan merupakan sarana untuk mencapai tujuan perencanaan konstruksi yang efektif dan efisien. Oleh karena itu, rancangan las dan cara pengelasan harus memperhatikan kesesuaian antara sifat fisis dan mekanis dari logam las dengan kegunaan konstruksi serta keadaan di sekitarnya.

Proses pengelasan merupakan proses penyambungan logam yang paling banyak digunakan pada saat ini. Pengelasan mempunyai banyak keuntungan antara lain : praktis, hasilnya dapat diandalkan, effisien, dan ekonomis. Shielded Metal Arc Welding (SMAW) atau Las elektroda terbungkus merupakan proses pengelasan yang paling banyak digunakan (Wiryosumarto dan Okumura; 2004).

Dalam proses pengelasan, bagian yang dilas menerima panas pengelasan setempat. Hal yang perlu diperhatikan pada hasil pengelasan adalah tegangan sisa, karena pada pengelasan terjadi tegangan termal akibat perbedaan suhu antara logam induk dan daerah las. Tegangan sisa pada hasil pengelasan terjadi karena selama siklus termal las berlangsung di sekitar sambungan las dengan logam induk yang suhunya relatif berubah sehingga distribusi suhu tidak merata (Wiryosumarto dan Okumura; 2004).

Proses perlakuan panas dalam dunia industri merupakan proses yang cukup berpengaruh dalam menentukan sifat fisis dan mekanis suatu bahan logam. Melalui perlakuan panas sifat-sifat yang kurang menguntungkan pada logam dapat diperbaiki. Tujuan pengerjaan panas (Heat Treatment) adalah untuk memberi sifat yang diinginkan.

Heat Treatment ( perlakuan panas ) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan spesimen pada elektrik furnace ( tungku ) pada temperature yang ditentukan selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air garam, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda. Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan atau pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh logam yang keras, lunak, ulet, meningkatkan mampu mesin, menghilangkan tegangan sisa.

Perlakuan panas yang dilakukan kadang sering diasosiasikan sebagai cara untuk menaikkan kekerasan material, sebenarnya dapat digunakan untuk mengubah sifat tertentu yang berguna atau dengan tujuan tertentu untuk kepentingan manufakturnya, seperti : menaikkan sifat machining, menaikkan sifat mudah dibentuk, mengembalikan elastisitas setelah operasi cold work. Bahkan perlakuan panas bukan hanya sebagai penolong sifat manufaktur, tetapi juga dapat meningkatkan performa material dengan meningkatnya kekuatan atau karakteristik tertentu dari material yang telah diproses laku panas tadi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain : Komposisi kimia, Langkah Perlakuan Panas, Cairan Pendinginan, Temperatur Pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di Industri logam atau bengkel-bengkel logam lainnya. Alat-alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak. Dalam kegiatan produksi, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu produksi adalah merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam Industri dan selalu dicari upaya-upaya untuk mengoptimalkannya. Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.

Pengerjaan logam untuk mendapatkan komponen pada umumnya diawali dengan pengerjaan mesin yang kemudian diberikan perlakuan panas sebagai salah

satu upaya untuk memperbaiki sifat dan kualitas komponen seperti full annealing, normalizing, hardening atau tempering.

Proses pengerasan atau hardening adalah suatu proses perlakuan panas yang dilakukan untuk menghasilkan suatu benda kerja yang keras, proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yaitu pada temperatur austenisasi yang digunakan untuk melarutkan sementit dalam austenit yang kemudian di quench.

Pada tahap ini akan menghasilkan terperangkapnya karbon yang akan menyebabkan bergesernya atom-atom sehingga terbentuk struktur body center tetragonal atau struktur yang tidak setimbang yang disebut martensit yang bersifat keras dan getas.

Pada proses pelunakkan atau full annealing merupakan proses perlakuan panas untuk menghasilkan perlite yang kasar (coarse pearlite) tetapi lunak dengan pemanasan sampai austenitisasi dan didinginkan secara perlahan-lahan dalam tungku pemanas (furnace), yang bertujuan untuk memperbaiki ukuran butir serta dalam beberapa hal juga memperbaiki machinibility.

1.2 Perumusan Masalah/Batasan Masalah

Bertolak dari latar belakang maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu:

1. Bagaimanakah kekuatan tarik yang di miliki baja ST37 setelah di las dengan menggunakan las listrik dan setelah diberikan perlakuan panas ?

2. Berapa besar pengaruh pengelasan dengan menggunakan las listrik dan setelah diberikan perlakuan panas terhadap kekuatan tarik pada daerah HAZ logam induk?

Agar dalam penyusunan skripsi ini lebih mengarah ke tujuan penelitian dengan membatasi pokok permasalahan sebagai berikut:

1. Bahan yang digunakan adalah baja ST37 dengan tebal 3 mm.

2. Pengelasan yang dilakukan adalah pengelasan listrik dengan elektroda terbungkus E 6013 diameter 2,6 mm.

3. Arus listrik yang digunakan dalam proses pengelasan listrik yaitu 80 Ampere. 4. Sambungan yang di gunakan adalah tipe sambungan tumpul (butt joint) dua

5. Suhu yang di gunakan pada perlakuan panas adalah 850 oC. 6. Media pendingin pada perlakuan panasadalah Oli Mesran SAE 40.

1.3Tujuan Penelitian

Dari permasalahan yang dikemukakan, maka tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas pada hasil pengelasan baja ST37 ditinjau dari kekuatan tarik bahan.

1.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah:

a. Bagi dunia pendidikan merupakan suatu pengalaman yang sangat menguntungkan sebagai pengembangan ilmu di bidang pengelasan

b. Sebagai informasi yang penting dalam rangka usaha peningkatan kualitas hasil pengelasan

c. Sebagai literatur pada penelitian sejenisnya dalam rangka pengembangan teknologi khususnya di bidang pengelasan.

1.5Sistematika Penulisan

Penulisan skripsi ini akan dibagi dalam beberapa bab. Secara garis besar, isi yang dimuat dalam skripsi ini adalah seperti yang tercakup dalam sistematika penulisan berikut:

BAB 1: PENDAHULUAN

Pada bab ini dijelaskan latar belakang, rumusan masalah/batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistemetika penulisan.

BAB 2: TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini berisikan tinjauan umum tentang pengelasan, parameter pengelasan, dan persiapan sambungan.

BAB 3: METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas tentang metode yang dijalankan untuk mendapatkan hasil pengujian.

BAB 4: DATA HASIL PENELITIAN

Pada Bab ini akan memaparkan hasil data yang didapat dari hasil pengujian yang telah dilakukan.

BAB 5: DISKUSI

Pada Bab ini akan membahas hasil pengujian yang didapat setelah proses sebelumnya dicapai.

BAB 6: KESIMPULAN DAN SARAN

Pada Bab ini berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisa hasil pengujian yang telah dilakukan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengelasan

Las dalam bidang konstruksi sangat luas penggunaannya meliputi konstruksi jembatan, perkapalan, industri karoseri dll. Disamping untuk konstruksi las juga dapat untuk mengelas cacat logam pada hasil pengecoran logam, mempertebal yang aus (Wiryosumarto dan Okumura; 2004).

Secara sederhana dapat diartikan bahwa pengelasan merupakan proses penyambungan dua buah logam sampai titik rekristalisasi logam baik menggunakan bahan tambah maupun tidak dan menggunakan energi panas sebagai pencair bahan yang dilas.

Pengertian pengelasan menurut Widharto (2003) adalah salah satu cara untuk menyambung benda padat dengan jalan mencairkannya melalui pemanasan. Berdasarkan definisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Wiryosumarto dan Okumura (2004) menyebutkan bahwa pengelasan adalah penyambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas.

Penyambungan dua buah logam menjadi satu dilakukan dengan jalan pemanasan atau pelumeran, dimana kedua ujung logam yang akan disambung di buat lumer atau dilelehkan dengan busur nyala atau panas yang didapat dari busur nyala listrik (gas pembakar) sehingga kedua ujung atau bidang logam merupakan bidang masa yang kuat dan tidak mudah dipisahkan (Arifin,1997). Paling tidak saat ini terdapat sekitar 40 jenis pengelasan. Dari seluruh jenis pengelasan tersebut hanya dua jenis yang paling populer di Indonesia yaitu pengelasan dengan menggunakan busur nyala listrik (Shielded metal arc welding/ SMAW) dan las karbit (Oxy acetylene welding/OAW).

2.2Las Busur Listrik

Las busur listrik adalah proses penyambungan logam dengan pemanfaatan tenaga listrik sebagai sumber panasnya. Menurut (Arifin,1997) las busur listrik

merupakan salah satu jenis las listrik dimana sumber pemanasan atau pelumeran bahan yang disambung atau di las berasal dari busur nyala listrik. Las busur listrik dengan metode elektroda terbungkus adalah cara pengelasan yamg banyak di gunakan pada masa ini, cara pengelasan ini menggunakan elektroda logam yang di bungkus dengan fluks. Las busur listrik terbentuk antara logam induk dan ujung elektroda, karena panas dari busur, maka logam induk dan ujung elektroda tersebut mencair dan kemudian membeku bersama.

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura (2004) Gambar 2.1 Las busur dengan elektroda terbungkus

Shielded Metal Arc Welding (SMAW) juga sering disebut sebagai stick welding. Hal ini dikarenakan elektrodenya yang berbentuk stick. Proses pengelasan ini adalah proses pengelasan yang relative paling banyak dan luas penggunaannya.

Elektrode lasnya yang diselubungi flux mencair saat proses pengelasannya setelah mendapat input sumber listrik. Inilah yang menyebabkan terbentuknya gas dan slag yang melindungi busur las dan molten weld pool dari pengotor udara di sekelilingnya (disebut sebagai busur nyala/arc). Fluks juga akan memberi keuntungan seperti berfungsi sebagai deoksidator selain itu juga memberi efek paduan pada logam lasnya sehingga memperkuat logam las.

Electric arc adalah arus elektron yang kontinu mengalir melalui media yang pendek antara dua elektrode (+ dan -) yang diketahui dengan terjadinya energi panas dan radiasi udara atau gas antara elektrode akan diionisir oleh elektron yang dipancarkan oleh katoda.

Dua faktor yang mempegaruhi pancaran elektron : 1. Temperatur

2. Kekuatan medan listrik

Untuk menimbulkan arc, kedua elektrode dihubungkan singkat dengan cara disentuhkan lebih dahulu (arcstarting) dan pada bagian yang bersentuhan ini akan terjadi pemanasan (temperatur naik), hal ini mendorong terjadinya busur.

Beberapa keuntungan SMAW :

1. Peralatan yang digunakan tidak rumit, tidak mahal, dan mudah dipindahkan 2. Elektrodenya telah terdapat flux

3. Sensitivitasnya terhadap gangguan pengelasan berupa angin cukup baik 4. Dapat dipakai untuk berbagai posisi pengelasan

2.3Arus Pengelasan

Arus pengelasan adalah besarnya aliran atau arus listrik yang keluar dari mesin las. Besar kecilnya arus pengelasan dapat diatur dengan alat yang ada pada mesin las. Arus las harus disesuaikan dengan jenis bahan dan diameter elektroda yang di gunakan dalam pengelasan.

Penggunaan arus yang terlalu kecil akan mengakibatkan penembusan atau penetrasi las yang rendah, sedangkan arus yang terlalu besar akan mengakibatkan terbentuknya manik las yang terlalu lebar dan deformasi dalam pengelasan.

Tabel 2.1 Hubungan Diameter Elektroda dengan Arus Pengelasan Diameter Elektroda (mm) Arus (Ampere)

2,5 60-90

2,6 60-90

3,2 80-130

4,0 150-190

5,0 180-250

2.4 Elektroda

Pengelasan dengan menggunakan las busur listrik memerlukan kawat las (Elektroda) yang terdiri dari suatu inti terbuat dari suatu logam di lapisi oleh lapisan yang terbuat dari campuran zat kimia, selain berfungsi sebagai pembangkit, elektroda juga sebagai bahan tambah.

Sumber : Bintoro (2005) Gambar 2.2 Elektroda las

Elektroda terdiri dari dua jenis bagian yaitu bagian yang bersalut (fluks) dan tidak bersalut yang merupakan pangkal untuk menjepitkan tang las. Fungsi fluks atau lapisan elektroda dalam las adalah untuk melindungi logam cair dari lingkungan udara menghasilkan gas pelindung, menstabilkan busur, sumber unsur paduan.

Pada dasarnya bila di tinjau dari logam yang di las, kawat elektroda dibedakan menjadi elektroda untuk baja lunak, baja karbon tinggi, baja paduan, besi tuang, dan logam non ferro. Bahan elektroda harus mempunyai kesamaan sifat dengan logam (Suharto; 1991). Pemilihan elektroda pada pengelasan baja karbon sedang dan baja karbon tinggi harus benar-benar diperhatikan apabila kekuatan las diharuskan sama dengan kekuatan material.

Penggolongan elektroda diatur berdasarkan standar sistem AWS (American Welding Society) dan ASTM (American Society Testing Material). Elektroda jenis E6013 dapat dipakai dalam semua posisi pengelasan dengan arus las AC maupun

DC. Elektroda dengan kode E6013 untuk setiap huruf dan setiap angka mempunyai arti masing-masing yaitu:

E = Elektroda untuk las busur listrik.

60 = Menyatakan nilai tegangan tarik minimum hasil pengelasan dikalikan dengan 1000 Psi (60.000 Ib/in2) atau 42 kg/mm2.

1 = Menyatakan posisi pengelasan, 1 berarti dapat digunakan untuk pengelasan semua posisi.

3 = Jenis selaput elektroda Rutil-Kalium dan pengelasan dengan arus AC atau DC.

2.5 Pengelasan Baja Karbon

Baja adalah merupakan suatu campuran dari besi (Fe) dan karbon (C), dimana unsur karbon (C) menjadi dasar. Disamping unsur Fe Dan C, baja juga mengandung unsur campuran lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), dan mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi.

Baja karbon sedang dan baja karbon tinggi mengandung banyak karbon dan unsur lain dapat memperkeras baja, karena itu daerah pengaruh panas atau HAZ pada baja ini mudah menjadi keras bila dibandingkan baja karbon rendah. Sifatnya yang mudah menjadi keras ditambah dengan adanya hydrogen difusi menyebabkan baja ini sangat peka terhadap retak las. Disamping itu pengelasan dengan menggunakan elektroda yang sama kuat dengan logam lasnya dengan pemanasan mula dan suhu pemanasan tergantung dari kadar karbon.

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon antara 0,1% - 1,7%. Berdasarkan tingkatan banyaknya kadar karbon, baja digolongkan menjadi tiga tingkatan :

a. Baja karbon rendah

Yaitu baja yang mengandung karbon kurang dari 0,30%. Baja karbon rendah dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat, profil, batangan untuk keperluan tempa, pekerjaan mesin, dan lain-lain.

b. Baja karbon sedang

Baja ini mengandung karbon antara 0,30% – 0,60 %. Didalam perdagangan biasanya dipakai sebagai alat-alat perkakas, baut, poros engkol, roda gigi, ragum, pegas dan lain-lain.

c. Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi ialah baja yang mengandung kerbon antara 0,6% – 1,5%. Baja ini biasanya digunakan untuk keperluan alat-alat konstruksi yang berhubungan dengan panas yang tinggi atau dalam penggunaannya akan menerima atau mengalami panas, misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, bor, bantalan peluru, dan sebagainya (Amanto,1999).

2.6 Daerah Pengaruh Panas (HAZ)

Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone. Daerah hasil pengelasan yang akan kita temui bila kita melakukan pengelasan, yaitu :

Sumber : Ahmad dan Hasman (1994) Gambar 2.3 Daerah Las

1. Logam Las (Weld Metal) adalah daerah dimana terjadi pencairan logam dan dengan cepat kemudian membeku.

2. Fusion Line Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z.

3. H A Z ( Heat Affected Zone ) merupakan daerah yang dipengaruhi panas dan juga logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup tinggi .

4. Logam Induk (Parent Metal) merupakan logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat.

Daerah HAZ merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena selain berubah strukturnya juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri.

Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada daerah lasan. Proses las terjadi proses pemanasan dan juga pendinginan maka dapat dikatakan proses las juga proses heat treatment hanya saja terjadinya lokal, tidak seperti proses heat treatment pada umumnya. Untuk melihat fenomena proses tersebut dapat dilihat pada grafik siklus termal las.

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura (2004) Gambar 2.4 Siklus termal las

2.7 Tipe Sambungan

Hasil penyambungan logam melalui pengelasan hendaknya mengahasilkan sambungan yang berkualitas dari segi kekuatan dan lapisan las dari bahan atau logam yang dilas, di mana untuk menghasilkan sambungan las yang berkualitas hendaknya kedua ujung/bidang atau bagian logam yang akan dilas perlu di berikan suatu bentuk kampuh las tertentu (Arifin;1977).

Tujuan utama dari pengelasan adalah untuk mendukung beban, sebagian beban mekanis dan sebagian untuk mencapi hasil pengelasan dengan kekuatan yang bisa di jamin, maka perlu di kembangkan sebagai bentuk groove (Alip;1989). Untuk memperoleh kekuatan hasil pengelasan yang dapat di jamin kualitasnya, pengelasan sebaiknya menggunakan berbagai bentuk kampuh yang sudah dikembangkan.

Terdapat lima jenis sambungan yang biasa digunakan untuk menyatukan dua bagian benda logam, seperti dapat dilihat dalam gambar 2.3.

Sumber : Teknik Kerja Mesin Dan Las

Gambar 2.5 Jenis sambungan yang biasa digunakan dalam proses pengelasan

a. Sambungan tumpu (butt joint).

kedua bagian benda yang akan disambung diletakkan pada bidang datar yang sama dan disambung pada kedua ujungnya.

b. Sambungan sudut (corner joint).

kedua bagian benda yang akan disambung membentuk sudut siku-siku dan disambung pada ujung sudut tersebut.

c. Sambungan tumpang (lap joint).

bagian benda yang akan disambung saling menumpang (overlapping) satu sama lainnya.

d. Sambungan T (tee joint)

satu bagian diletakkan tegak lurus pada bagian yang lain dan membentuk huruf T yang terbalik;

e. Sambungan tekuk (edge joint).

sisi-sisi yang ditekuk dari ke dua bagian yang akan disambung sejajar, dan sambungan dibuat pada kedua ujung bagian tekukan yang sejajar tersebut.

2.8 Perlakuan Panas

Perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan pada logam yang dikontrol untuk merekayasa sifat mekanik dan sifat fisiknya tanpa perlu merubah bentuk produknya. Proses manufaktur seperti pengelasan atau proses pembentukan dimana terjadi proses pemanasan dan pendinginan juga mengacu pada proses perlakuan panas.

Menurut Love (1986), prinsip pengerjaan panas (heat treatment) yang berhubungan dengan perlakuan pada logam yaitu:

a. Hardening ( pengerasan )

Proses hardening atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam dengan cara dipanaskan kemudian didinginkan secara cepat. Tujuannya adalah untuk mendapatkan struktur martensit, semakin banyak unsur karbon, maka struktur martensit yang terbentuk juga akan semakin banyak. Karena martensit terbentuk dari fase austenit yang didinginkan secara cepat.

Proses hardening atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan kehomogenan ini maka austenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan logam

b. Full Annealing (pelunakan)

Proses full anneling atau melunakkan logam merupakan proses pemanasan logam, kemudian didinginkan secara perlahan-lahan untuk membentuk suatu

struktur perlit dengan menggunakan media pendingin udara atau pendinginan dalam furnace. Proses anneling bertujuan untuk mengurangi tegangan sisa, meningkatkan ketermesinan dan menghaluskan bentuk butiran logam.

c. Normalising

Normalising adalah suatu proses pemanasan logam di atas suhu kritis atas kemudian didinginkan secara perlahan-lahan dan dibiarkan dingin di udara terbuka. Prinsip dari proses normalising adalah untuk melunakkan logam. Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung dari kadar karbon.

d. Tempering

Proses tempering adalah pemanasan logam sampai temperatur di bawah temperature kritis bawah, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya dipertahankan sampai merata selama 15 menit. Selanjutnya diikuti dengan pendinginan di udara. Jika kekerasan turun, maka kekuatan tarik turun pula. Dalam hal ini keuletan dan ketangguhan logam akan meningkat. Meskipun proses ini akan menghasilkan logam yang lebih lemah. Proses ini berbeda dengan anneling karena dengan proses ini belum tentu memperoleh baja yang lunak, mungkin berupa pengerasan dan ini tergantung oleh kadar karbon.

Menurut Haqi (2006), hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi dan kekuatan yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperatur pemanasan (temperatur autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenabiliti.

Langkah-langkah proses hardening adalah sebagai berikut : a. Melakukan Pemanasan (Heating)

Misalnya pemanasan sampai suhu 8500, tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur Austenite. Dapat kita lihat diagram Fe-Fe3C disamping ini :

Sumber : Vlack dan Djaprie (1989) Gambar 2.6 Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C b. Penahanan Suhu (Holding)

Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austenit dan diffusi karbon dan unsur paduannya. Pedoman untuk menentukan holding time dari berbagai jenis baja:

a. Baja Konstruksi dari Baja Karbon dan Baja Paduan Rendah Yang mengandung karbida yang mudah larut, diperlukan holding time yang singkat, 5 - 15 menit setelah mencapai temperatur pemanasannya dianggap sudah memadai.

b. Baja Konstruksi dari Baja Paduan Menengah Dianjurkan menggunakan holding time 15 -25 menit, tidak tergantung ukuran benda kerja (Haqi, 2006).

c. Pendinginan.

Untuk proses hardening kita melakukan pendinginan secara cepat dengan menggunakan media air, air garam dan oli. Tujuanya adalah untuk mendapatkan struktur martensite, semakin banyak unsur karbon, maka struktur martensite yang terbentuk juga akan semakin banyak. Karena

martensite terbentuk dari fase Austenite yang didinginkan secara cepat, sehingga kekerasannya meningkat.

Media pendingin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Oli Mesran SAE 40. Oli Mesran SAE 40 merupakan pelumas produksi PT Pertamina dengan viskositas 40 pada temperatur 100 0C. Penggunaan Oli Mesran SAE 40 sebagai media pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimen tergantung dari besarnya viskositas dan kadar karbon spesimen. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut, maka peneliti memilih perlakuan hardening dengan menggunakan media pendingin Oli Mesran SAE 40. Perubahan sifat pada baja dapat diketahui dengan cara melakukan pengujian tarik. Mengingat banyaknya jenis baja karbon dan media pendingin maka dalam penelitian ini akan dibatasi pada baja karbon rendah, yaitu baja dengan kadar karbon antara 0,12 %C dan media pendingin Oli Mesran SAE 40, alasan dipilihnya media pendingin Oli Mesran SAE 40 adalah karena Oli Mesran SAE 40 bila digunakan dilingkungan suhu panas akan bersikap sebagai pelumas atau peka terhadap temperature. Penggunaan Oli Mesran SAE 40 ini sebagai media pendingin akan menyebabkan timbulnya selaput karbon pada spesimen tergantung pada besarnya viskositas. Atas dasar tujuan untuk memperbaiki sifat baja tersebut.

Sumber : Beumer (1994)

Gambar 2.7 Kurva Pendinginan pada diagram TTT (time-temperature- transformation)

Dari diagaram pendinginan diatas dapat dilihat bahwa dengan pendinginan cepat (kurva 6) akan menghasilkan struktur martensite karena garis pendinginan lebih cepat daripada (kurva 7) yang merupakan laju pendinginan kritis (critical cooling rate) yang nantinya akan tetap terbentuk fase austenite (unstable). Sedangkan pada kurva 6 lebih cepat daripada kurva 7, sehingga terbentuk struktur martensite, tetapi bersifat rapuh karena tegangan dalam yang besar.

Jadi dapat disimpulkan bahwa dengan proses hardening pada baja karbon akan meningkatkan kekerasanya. Dengan meningkatnya kekerasan, maka efeknya terhadap kekuatan adalah sebagai berikut :

1. Kekuatan impact (impact strength) akan turun karena dengan meningkatnya kekerasan, maka tegangan dalamnya akan meningkat.

2. Kekuatan tarik (tensile sterngth) akan meningkat. Hal ini disebabkan karena pada pengujian tarik beban yang bekerja adalah secara aksial yang berlawanan dengan arah dari tegangan dalam, sehingga dengan naiknya kekerasan akan meningkatkan kekuatan tarik dari suatu material.

2.9 Pengujian tarik

Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan perubahan-perubahannya dari suatu logam terhadap gaya tarik yang diberikan. Pengujian ini paling sering di lakukan karena merupakan dasar pengujian-pengujian dan studi mengenai kekuatan bahan. Hasil yang diperoleh dari proses pengujian tarik adalah kurva tegangan, regangan, parameter kekuatan, dan perpanjangan.

Pada pengujian tarik gaya tarik yang diberikan secara kontinu dan pelan-pelan bertambah besar, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami benda uji. Kemudian dapat dihasilkan kurva tegangan dan regangan. ) 1 . 2 ...( ... ... ... ... ... A F = σ

Dimana: σ = Tegangan (N/mm2) F = Gaya (N)

Regangan yang dipergunakan pada kurva diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang ukur dengan panjang awal. Persamaannya yaitu :

) 2 . 2 ( ... ... ... %... 100 x Lo Lo Lf − = ε

Dimana: ε = Regangan (%) L0 = Panjang awal (mm) Lf = Panjang akhir (mm)

Pada pengujian tarik, gaya tarik yang diberikan secara perlahan-lahan dimulai dari nol dan berhenti pada tegangan maksimum (Maximum Stress) dari logam yang bersangkutan. Maksimum Stress merupakan batas kemampuan maksimum material mengalami gaya tarik dari luar hingga mengalami fracture (patah), sedangkan Yield Stress merupakan batas kemampuan maksimum material untuk mengalami pertambahan panjang (melar) sebelum material tersebut mengalami fracture mengikuti hukum Hooke.

) 3 . 2 ...( ... ... ... ... ... A Fu u= σ

Dimana: σu= Tegangan Maksimum (N/mm2) Fu = Gaya Maksimum (N)

A = Luas awal penampang (mm2)

Gaya tarik yang diberikan pada mesin pengujian tarik yang selama pengujian akan mencatat setiap kondisi bahan sampai terjadinya tegangan maksimum, juga sekaligus akan menggambarkan diagram tarik dari benda uji, adapun panjang Lf akan diketahui setelah benda uji patah dengan menggunakan pengukuran secara normal tegangan maksimum adalah tegangan tertinggi yang bekerja pada luas penampang semula.

Sumber : Dieter (1987) Gambar 2.8 Kurva tegangan-regangan

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, laju regangan, suhu dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan logam yaitu:

a. Kekuatan tarik

Kekuatan tarik adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji. Kekuatan ini berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan.

b. Kekuatan luluh

Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode offset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi.

) 4 . 2 ...( ... ... ... ... ... A

Fy y= σ

Dimana: σy = Tegangan Luluh (N/mm2) Fy = Gaya Luluh (N)

A = Luas awal penampang (mm2) c. Perpanjangan.

Perpanjangan diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang ukur dengan panjang awal dan dinyatakan dalam parsen.

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian adalah suatu cara yang dipergunakan dalam kegiatan penelitian sehingga pelaksanaan dan hasil penelitian dapat di pertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian dalam penelitian ini adalah menggunakan metode eksperimen. Metode eksperimen merupakan salah satu metode penelitian yang mengadakan kegiatan percobaan untuk melihat suatu hasil dan hasil ini akan menegaskan kedudukan hubungan (sebab-akibat) antara variabel-variabel yang diteliti (Arikunto; 1996).

3.1 Populasi dan Sampel

Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian (Arikunto;1996). Populasi dalam penelitian ini adalah semua hasil penelitian yaitu baja ST37 yang tidak dan yang mengalami perlakuan. Sampel adalah sebagian data atau wakil dari populasi yang akan diteliti (Arikunto;1996). Sampel dalam penelitian ini adalah pengaruh perlakuan panas pada hasil pengelasan baja ST37 terhadap sifat mekanis.

Penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental yang dilakukan di laboratorium teknik dengan penekanan pada karakteristik mekanik (kekuatan tarik) bahan. Kategori rancangan percobaan yang dipilih adalah Pre-Eksperimental Designs bertipe Static Group Comparations, jadi ada kelompok percobaan/eksperimen dan kelompok kontrol. Kelompok eksperimen terdiri dari spesimen yang telah di las serta mengalami perlakuan panas yaitu spesimen di las tanpa perlakuan panas, spesimen di las diberikan perlakuan hardening dan spesimen di las diberikan perlakuan full annealing, masing-masing kelompok berjumlah 3 spesimen. Eksperimen untuk kelompok control metal dasar dilakukan sebagai pembanding berjumlah 1 spesimen.

3.2 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini ada tiga yaitu variabel bebas, variable terikat, dan variabel kontrol.

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah perlakuan hardening dan full annealing pada suhu 850 0C.

3.2.2 Variabel terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kekuatan tarik dari hasil pengelasan baja ST37.

3.2.3 Variabel control

Variabel kontrol yang dimaksud disini adalah semua faktor yang dapat mempengaruhi hasil pengelasan.dan hasil pemanasan Adapun variabel kontrol tersebut antara lain:

a.Prosedur pengelasan yaitu cara-cara pengelasan yang baik dan benar sehingga diharapkan mendapat hasil pengelasan yang berkualitas.

b.Bahan yang digunakan untuk penelitian yaitu baja ST37.

c.Elektroda yang digunakan untuk penelitian yaitu elektroda jenis E 6013 dengan diameter 2,6 mm

d.Media pendingin yang digunakan untuk penelitian yaitu Oli Mesran SAE 40.

3.3 Metode Pengumpulan Data.

Pengumpulan data dalam penelitian ini menggunakan metode dokumentasi, observasi dan eksperimen langsung yaitu metode pengumpulan data penelitian yang dengan sengaja dan secara sistematis mengadakan perlakuan atau tindakan pengamatan terhadap suatu variabel.

3.3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Kegiatan eksperimen dilakukan mulai bulan maret sampai dengan bulan april 2010, tempat yang digunakan adalah sebagai berikut:

a.Pemotongan spesimen untuk pengelasan dilakukan di Lab Mesin Perkakas Dan Las Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.

b.Proses pengelasan dilakukan di Lab Mesin Perkakas Dan Las Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.

c.Pembentukan spesimen sesuai dengan standar ASTM E8 dilaksanakan di Lab Mesin Perkakas Dan Las Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. d.Proses perlakuan panas dilakukan di Lab ilmu logam Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara.

e.Pengujian tarik dilakukan di Lab Pengujian Logam Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.

3.3.2 Proses Pengumpulan Data a. Peralatan Penelitian

Peralatan penelitian berupa sarana peralatan yang digunakan dalam pembuatan spesimen maupun pengambilan data. Alat-alat yang digunakan antara lain :

1. Alat uji tarik : Mesin uji tarik

2. Alat perlakuan panas : Furnace, tang penjepit, wadah berisi oli

3. Alat spesimen : Mesin gerinda potong, mesin las, mesin gerinda tangan, mesin milling, jangka sorong

b. Bahan Penelitian

Penelitian ini menggunakan baja karbon rendah sebagai bahan penelitian. Adapun bahan yang digunakan untuk penelitian yaitu :

1.Baja yang digunakan ST37 dengan tebal 3 mm

2.Elektroda las yang digunakan E 6013 dengan diameter 2,6 mm 3.Arus yang digunakan adalah 80 A dengan posisi pengelasan datar

4.Sambungan yang digunakan adalah tipe sambungan tumpul (butt joint) dua sisi dengan jarak antar plat 2,6 mm.

5.Media pendingin yang digunakan pada perlakuan hardening adalah Oli Mesran SAE 40.

6.Suhu yang digunakan pada perlakuan panas adalah 850 0C dipertahankan selama 10 menit dan didinginkan didalam wadah yang berisi oli untuk perlakuan hardening dan didinginkan didalam tungku pemanas (furnace) untuk perlakuan full annealing.

3.3.3 Dimensi Benda Uji

Berikut adalah gambar dimensi uji tarik yang menggunakan standar ASTM E 8.

Gambar 3.1 Spesimen uji tarik

Tabel 3.1 Daftar keterangan dimensi gambar

3.3.4 Pelaksanaan Penelitian

Pembuatan spesimen dalam eksperimen ini melalui beberapa tahap pengerjaan hal ini dilakukan untuk mendapatkan hasil yang optimal dalam penelitian, yaitu :

1. Proses pemotongan

Baja ST37 yang akan dipotong sesuai ukuran panjang spesimen uji tarik dengan menggunakan mesin gerinda potong.

Tipe : TNW

ART No : Model 200 K Item No : ME 1 7 Tegangan : 380/50 V U/min : 2860 P.K : 1.10 AV 220 – Amp 2.33

YV 380 – Amp 1.35

Gambar 3.2 Mesin Gerinda Potong

2. Proses penyambungan

Baja karbon rendah baja ST37 mudah dilakukan proses penyambungan dengan jarak antar plat 2,6 mm dengan pengelasan las listrik.

Gambar 3.3 Baja ST37 yang akan dilas 3. Proses pengelasan

Langkah-langkah yang di lakukan dalam proses pengelasan adalah: a.Memasang kabel pada mesin las DC sesuai dengan pemasangannya.

b.Menyetel ampere meter yang di gunakan untuk mengukur arus pada posisi jarum menunjuk angka 80 A.

Tipe : LEGS 225

No : 3433613

Tegangan : 380/220 V

Cos φ 0.54 bei 225 A Cos φ bei 150 A DB 100% ED 150 A 26 V

HSB 60 % ED 200 A 28 V

HSB 35 % ED 225 A 29 V

Gambar 3.4 Mesin las

c.salah satu penjepitnya di jepitkan pada kabel yang di gunkan untuk menjepit elektroda.

Gambar 3.5 Elektroda

Jenis metal dasar yang akan dilakukan pengelasan yaitu baja ST37 dimana tipe ini merupakan jenis baja karbon rendah .

Tabel 3.2 Hubungan Antara Material Dasar dan Tipe Elektroda yang dipakai.

Tabel 3.3 Spesifikasi Elektroda Terbungkus dari Baja Lunak (Wiryosumarto, 2004).

d.Setelah semua diatur kemudian Mesin las dihidupkan dan lakukan pengelasan dengan posisi mendatar.

4. Pembuatan bentuk spesimen menurut standar ASTM E8

Langkah-langkah yang di lakukan dalam pembuatan spesimen adalah: a. Meratakan alur hasil pengelasan dengan menggunakan mesin gerinda tangan.

Syle No : S1M-DY01-100B

Wheel specification : 100x16x4

Tegangan : 110/220/240 V

Frekuensi : 50/60 Hz

Daya Input : 550 W

Kecepatan : 11000 r/min

Berat : 2 kg

Ukuran gerinda : 290x120x100

Gambar 3.6 Mesin gerinda tangan

b.Membuat spesimen uji tarik sesuai dengan standar ASTM E8 pada mesin miiling.

Tipe : UF6N Tahun : 1978

Machine NR : 16618 Frekuensi : 50 Hz

5. Pelaksanaan Proses Perlakuan Panas

ADVANTEC Model : KL – 286 Source AC : 220 V Frekuensi : 50/60 Hz Power : 2,0 Kva Serial No. : 102065

TOYO SEISAKUSHO CO.LTD Buatan : Japan

Tahun : 1993

Gambar 3.8 Tungku Pemanas

Tungku pemanas digunakan untuk memanaskan spesimen uji sampai temperatur yang telah di tentukan.

1. Langkah- langkah proses perlakuan hardening adalah sebagai berikut:

a.Menyisihkan 4 spesimen uji tarik, 1 metal dasar dan 3 dilas tanpa perlakuan. b.Memasukkan 3 spesimen uji tarik pada tungku pemanas sampai suhu 850 0C

pada penahanan 10 menit.

c.Setelah itu, 3 spesimen yang ada dalam tungku pemanas diambil dengan menggunakan tang penjepit untuk didinginkan ke dalam wadah pendingin.

d.3 spesimen didinginkan di dalam Oli Mesran SAE 40 untuk perlakuan hardening.

Gambar 3.10 Wadah pendingin Oli e. Setelah dingin dilakukan pengujian tarik.

2. Langkah- langkah proses perlakuan full annealing adalah sebagai berikut:

Proses pada perlakuan full annealing ini hampir sama dengan proses perlakuan hardening yang telah dijelaskan diatas, hanya saja perbedaannya pada proses pendinginan.

a.Menyisihkan 4 spesimen uji tarik, 1 metal dasar dan 3 dilas tanpa perlakuan. b.Memasukkan 3 spesimen uji tarik pada tungku pemanas sampai suhu 8500 C

pada penahanan 10 menit.

c.Setelah itu, 3 spesimen lagi didinginkan secara perlahan-lahan di dalam furnace (dengan mematikan power di furnace).

Gambar 3.11 Spesimen yang telah didinginkan dalam furnace d. Setelah dingin dilakukan pengujian tarik.

3.3.5 Proses Pengujian Tarik

Spesimen uji ditarik dengan mesin uji tarik Universal Testing Machine (UTM), jenis Tarno Test UPH 100 kN di Lab Pengujian Logam Departemen Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan.

Gambar 3.12 Spesimen uji tarik

Prosedur dan pembacaan hasil pada pengujian tarik adalah sebagai berikut: a.Benda uji dijepit pada ragum uji tarik, sebelumnya telah di ketahui

penampangnya, panjang awal dan ketebalan.

Universal Testing Machine(UTM)

Tipe : Tarno Test UPH 100 kN

b.Kemudian benda uji diberi beban dengan menggunakan tenaga hidrolik hingga benda putus pada beban maksimal yang dapat di tahan benda tersebut.

Gambar 3.14 Spesimen Setelah Mengalami Uji Tarik

c.Gaya atau beban yang maksimal di tandai dengan putusnya benda uji, dapat di lihat pada layar monitor komputer dan di catat sebagai data.

Gambar 3.15 Proses Uji Tarik Dipantau Pada Monitor.

Hasil pengujian yang dicatat mesin uji langsung dapat diterjemahkan ke dalam bentuk diagram.

3.3.6. Diagram Alir Penelitian

Uraian langkah-langkah penelitian diatas dapat dijabarkan ke dalam diagram alir penelitian sebagai berikut :

BAB IV

DATA HASIL PENELITIAN

Setelah pengamatan, pengukuran serta pengujian dilaksanakan terhadap masing-masing benda uji, baik pada metal dasar, benda uji welding tanpa proses Heat Treatmen, maupun benda uji dengan las yang telah mengalami proses hardening maupun full annealing, didapatkan data-data seperti yang akan ditampilakan pada bab ini. Hasil penelitian tentang “studi perbandingan sifat mekanis terhadap pengaruh perlakuan panas pada hasil pengelasan plat baja ST37” diperoleh data-data yang berupa angka dalam tabel dan gambar grafik dari hasil pengujian tarik.

4.1 Pengujian Tarik Spesimen Original

Unsur-unsur yang terkandung dalam baja akan mempengaruhi sifat-sifat mekanis dan fisis dari baja yang bersangkutan. Jenis-jenis baja umumnya ditentukan berdasarkan kandungan unsur karbon yang terkandung dalam material baja tersebut. Tabel berikut ini menunjukkan data komposisi kimia unsur-unsur yang ada dalam material spesimen. Berdasarkan kandungan karbon dalam material dapat disimpulkan bahwa material yang digunakan tergolong low carbon steel dengan kadar karbon 0,12 %. Berikut tabel di bawah ini kandungan unsur kimia baja ST37 dalam material.

Tabel 4.1 Komposisi kimia Baja ST37

Sumber : Penyedia bahan Baja ST37

Sifat baja karbon sangat tergantung pada kadar karbon oleh karena itu baja karbon di kelompokan berdasarkan kadar karbonnya. Baja dengan kadar karbon kurang dari 0,3% disebut baja karbon rendah, baja dengan kadar karbon 0,3%-0,6% disebut dengan baja karbon sedang dan baja dengan kadar karon 0,3%-0,6%-1,5% disebut dengan baja karbon tinggi (Amanto, 1999).

Tabel 4.2 Mechanical Properties Baja ST37

Sumber :

Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis dari material baja ST37 sebagai material uji dalam penelitian ini. Hasil pengujian tarik pada umumnya adalah parameter kekuatan tarik (ultimate strength) maupun luluh (yield strength), parameter kaliatan/keuletan yang ditunjukan dengan adanya prosen perpanjangan (elongation) maupun bentuk penampang patahannya.

Data hasil pengujian tarik pada metal dasar baja ST37 : Prop. Limit force : 11912.99 (N)

Yield Force : 11963.59 (N) Maximum Force : 17267.25 (N)

Proporsional Stress : 317.68 (N/mm2) = 31.77 (kg/mm2) Yield Stress : 319.03 (N/mm2) = 31.90 (kg/mm2) Maximum Stress : 460.46 (N/mm2) = 46.05 (kg/mm2) Elongation : 40.10 (%)

Gambar 4.1 Diagram data hasil pengujian tarik untuk metal dasar

Berdasarkan pada hasil pengujian kekuatan tarik yang digambarkan dalam Diagram 4.1 di atas menunjukkan kekuatan tarik material baja ST37 sebesar 46.05 kg/mm2 sedangkan kekuatan luluhnya sebesar 31.90 kg/mm2. Hal ini menunjukkan bahwa data hasil pengujian tarik untuk metal dasar baja ST37 masih dalam batas Mechanical properties of Steel Gradesbaja ST37.

4.1.1 Bentuk Patahan Yang Terjadi Pada Metal Dasar

Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan suatu benda padat menjadi dua bagian atau lebih diakibatkan adanya tegangan. Proses perpatahan terdiri atas dua tahap yaitu timbulnya retak dan tahap penjalaran retak.

Berdasarkan bentuk penampang patahan pada metal dasar pada hasil pengujian kekuatan tarik pada Gambar 4.2 di atas menunjukkan bahwa patahan yang terjadi pada baja ST37 merupakan patahan ulet. Hal ini dapat dijelaskan dalam gambar di bawah ini tentang skematis terjadinya perpatahan ulet pada metal dasar yang diberikan gaya tarik :

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura (2004)

Gambar 4.3 Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik pada metal dasar

Keterangan : (a) Penyempitan awal

(b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity)

(c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu Retakan (d) Perambatan retak

(e) Perpatahan geser akhir pada sudut 45°.

4.2 Pengujian Tarik Spesimen Las Original

Proses pengelasan terjadi karena adanya las busur listrik yang terbentuk antara logam induk dan ujung elektroda, karena panas dari busur, maka logam induk dan ujung elektroda tersebut sampai mencapai titik cairnya, sehingga membentuk manik cairan las (weld pool). Kemudian mendinginkan cairan las dan logam induk turun hingga mencapai temperatur kamar dan bilamana diperlukan dapat dilakukan proses perlakuan panas (heat treatment) terhadap sambungan las. Tahapan-tahapan proses pengelasan tersebut akan menyebabkan terjadinya siklus termal dan dapat menimbulkan perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan-tegangan termal ataupun cacat pada logam las. Siklus termal yaitu siklus pemanasan dan pendinginan pada daerah sambungan dan daerah sekitarnya.

Perubahan metalurgi yang paling penting dalam pengelasan adalah struktur mikro yang akan menentukan sifat-sifat mekanis sambungan las. Pada umumnya struktur mikro yang terjadi tergantung pada komposisi kimia dari logam pengisi, logam induk atau metal dasar ataupun proses pengerjaan material sebelumnya,teknik pengelasan yang diterapkan, dan proses perlakuan panas yang diberikan pada hasil pengelasan.

Pada proses pengelasan diawali dengan adanya las busur listrik yang terbentuk antara logam induk dan ujung elektroda, karena panas dari busur, maka logam induk dan ujung elektroda tersebut sampai mencapai titik cairnya, sehingga membentuk manik cairan las (weld pool). Selanjutnya setelah lebur dan terjadi ikatan, kemudian diikuti dengan tahap pembekuan (solidfication). Sumber panas dalam proses pengelasan merupakan titik yang selalu bergerak, maka setiap titik dari logam induk yang ada disekitar lasan akan mengalami proses pemanasan dan pendinginan yang berbeda.

Tahap selanjutnya adalah proses pendinginan dan pembekuan logam yang terjadi walaupun ada juga sebagian panas diserap oleh udara luar secara konveksi maupun konduksi. Oleh karena penyerapan energi panas oleh logam induknya sendiri yang umumnya dengan laju yang cukup cepat, maka kadang-kadang keadaan ini disebut Quench rate. Quench rate dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut : a. Jenis material

b. Bentuk sambungan c. Ketebalan material d. Pre-heating (jika ada)

Data hasil pengujian tarik pada baja di las tanpa heat treatment : 1. Data hasil pengujian tarik untuk benda uji 1 :

Prop. Limit force : 11872.50 [N] Yield Force : 12247.00 [N] Maximum Force : 17287.50 [N]

Proporsional Stress : 316.60 [N/mm2] = 31.66 [kg/mm2] Yield Stress : 326.59 [N/mm2] = 32.66 [kg/mm2] Maximum Stress : 461.00 [N/mm2] = 46.10 [kg/mm2]

Elongation : 21.52 [%]

2. Data hasil pengujian tarik untuk benda uji 2 : Prop. Limit force : 11781.41 [N]

Yield Force : 11953.47 [N] Maximum Force : 17479.80 [N]

Proporsional Stress : 314.17 [N/mm2] = 31.42 [kg/mm2] Yield Stress : 318.76 [N/mm2] = 31.88 [kg/mm2] Maximum Stress : 466.13 [N/mm2] = 46.61 [kg/mm2] Elongation : 23.48 [%]

3. Data hasil pengujian tarik untuk benda uji 3 : Prop. Limit force : 11993.96 [N]

Yield Force : 12307.73 [N] Maximum Force : 17854.30 [N]

Proporsional Stress : 319.84 [N/mm2] = 31.98 [kg/mm2] Yield Stress : 328.21 [N/mm2] = 32.82 [kg/mm2] Maximum Stress : 476.11 [N/mm2] = 47.61 [kg/mm2] Elongation : 26.66 [%]

Spesimen

Gambar 4.4 Diagram ultimate strength dari hasil pengujian tarik pada baja dilas tanpa heat treatment

Spesimen

Gambar 4.5 Diagram yield strength dari hasil pengujian tarik pada baja dilas tanpa heat treatment

Gambar 4.6 Diagram elongation dari hasil pengujian tarik pada baja dilas tanpa heat treatment

Spesimen

Gambar 4.7 Diagram prop. limit dari hasil pengujian tarik pada baja dilas tanpa heat treatment

4.2.1 Perpatahan Pada Spesimen Las Original

Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan suatu benda padat menjadi dua bagian atau lebih diakibatkan adanya tegangan. Proses perpatahan terdiri atas dua tahap yaitu timbulnya retak dan tahap penjalaran retak.

Gambar 4.8 Bentuk penampang patahan pada baja dilas tanpa heat treatment Berdasarkan bentuk penampang patahan pada baja dilas tanpa heat treatment pada hasil pengujian kekuatan tarik pada Gambar 4.8 di atas menunjukkan bahwa patahan yang terjadi pada baja ST37 merupakan patahan ulet. Hal ini dapat dijelaskan dalam gambar di bawah ini tentang skematis terjadinya perpatahan ulet pada baja dilas tanpa heat treatment yang diberikan gaya tarik :

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura (2004)

Gambar 4.9 Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik pada baja dilas tanpa heat treatment

Keterangan : (a) Penyempitan awal

(b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity)

(c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu Retakan (d) Perambatan retak

(e) Perpatahan geser akhir pada sudut 45°.

4.2.2 Daerah Pengaruh Panas (HAZ) Pada Spesimen Las Original

Selama pengelasan berlangsung, logam las dan daerah pengaruh panas atau heat affected zone (HAZ) akan mengalami serangkaian siklus thermal, yaitu

pemanasan sampai mencapai suhu maksimum kemudian diikuti dengan pendinginan. Siklus thermal tersebut mempengaruhi struktur mikro logam las dan HAZ, di mana logam las akan mengalami serangkaian transformasi fasa selama proses pendinginan, yaitu dari logam las cair berubah menjadi Ferrit δ kemudian γ (Austenit) dan akhirnya menjadi α (Ferrit). Pada umumnya waktu (cooling time) antara temperatur 800 0C – 500 0C dipakai sebagai acuan pada pengelasan baja karbon, karena pada interval suhu tersebut terjadi transformasi fasa dari Austenit (γ) menjadi Ferrite + Sementit yang tergantung pada kecepatan pendinginannya.

Selama pendinginan dari logam cair sampai menuju suhu kamar, logam las mengalami serangkaian perubahan fasa. Baja karbon rendah akan mengalami perubahan fasa cair menjadi Ferrite δ ketika pembekuan berlangsung kemudian berubah menjadi Austenite γ dan akhirnya menjadi Ferrite α . Struktur mikro yang akan terbentuk ditentukan pada saat pendinginan. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi struktur mikro, seperti komposisi akhir logam las, filler serta kondisi udara sekitar pengelasan.

Proses pendinginan pada las berlangsung secara kontinu, yaitu proses penurunan suhu berlangsung tanpa adanya penurunan suhu secara mendadak. Menurut Abson dan Pargeter (1986), struktur mikro yang mungkin terbentuk dari pengelasan adalah:

1. Proeutectoid Ferrrite, terdiri dari grain boundary Ferrite dan intragranular polygonal Ferrite pada suhu 1000-650 0C.

2. Widmanstatten Ferrrite atau Ferrite with aligned second phase pada suhu 750-650 0C.

3. Accicular Ferrite, tumbuh di dalam butir Austenite pada suhu 650 0C. 4. Bainite, terbentuk pada suhu 400-500 0C.

5. Martensite, terjadi jika pendinginan berlangsung sangat cepat.

Daerah pengaruh panas (HAZ) merupakan daerah paling rentan terjadi retak pada sambungan las. Struktur mikro HAZ berbeda dengan struktur mikro pada logam induk, dan logam las. Hal ini menyebabkan perbedaan sifat mekanik (Wiryosumarto, 2004). Ditinjau dari pengaruh siklus panas terhadap struktur mikro daerah lasan ,maka logam las dapat dibagi menjadi beberapa bagian atau sebagai berikut:

a. Logam Las ( Weld Metal)

Daerah logam lasan, umumnya memiliki sifat yang lebih baik daripada logam induk, karena logam lasan merupakan campuran unsur yang berasal dari logam pengisi dan logam induk. Logam pengisi biasanya memiliki unsur pemadu yang menghasilkan sifat yang lebih baik daripada logam induk. Terjadi proses pembekuan dari logam las (weld metal) yang berasal dari logam induk dengan ujung elektroda yang mencair karena panas dari busur listrik. Fenomena pembekuan akan memunculkan struktur yang kasar akibat adanya laju pendinginan yang relative cepat. Adanya pengkasaran ukuran butir di daerah logam las akan menurunkan sifat mekanik. Penurunan sifat mekanik yang terjadi jangan sampai melampaui sifat mekanik logam induk. Karena itu berdasarkan hal tersebut dan mengingat menurut standar bagian logam las tidak diperkenankan untuk gagal, maka untuk mengatasi penurunan tersebut dipilih kualitas mekanik logam las minimal 15% lebih tinggi dari sifat logam induk.

b. Fusion Line

Daerah batas lebur (fusion line) adalah daerah yang mana terjadi batas antara padat dan cair. Terjadi pencampuran antara logam las dan logam induk. Pada prinsipnya di daerah ini terjadi proses pemaduan. Secara umum hasil dari suatu proses pemaduan dapat menghasilkan larutan padat, senyawa atau campuran antara larutan padat dan senyawa yang akan memberikan perbedaan terhadap sifat mekanik yang dimilikinya.

c. Daerah Yang dipengaruhi Panas (HAZ)

Daerah terpengaruh panas (HAZ = Heat Affected Zone), adalah daerah lasan yang tidak mencair tetapi sudah mengalami pengaruh perubahan mikrostruktur akibat pemanasan dan pendinginan selama proses pengelasan.Akan terjadi kombinasi antara pembentukan butir-butir yang kasar sebagai akibat terekpos pada suhu tinggi dengan timbulnya transformasi fasa, dari fasa padat ke fasa padat yang lain. Menurut Hall-Petch, pengkasaran butir akan menyebabkan kekuatan logam akan menurun. Secara umum di daerah ini terjadi proses perlakuan panas dengan segala macam aspek yang mempengaruhinya seperti tinggi dan lamanya temperatur pemanasan, laju pendinginan, termasuk ada atau tidaknya pre heat dan post heat dan jenis fasa yang akan dihasilkannya.

4.3 Pengujian Tarik Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Hardening Hardening atau proses pengerasan terhadap logam atau paduan yang dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan, fatique limit atau strength yang lebih baik. Proses ini dilakukan dengan memanaskan hingga kedaerah satu fasa kemudian didinginkan sangat cepat. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperatur pemanasan (temperatur autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.

Proses hardening merupakan proses yang kritikal untuk menghasilkan distribusi fasa presipitat yang seragam. Jika proses pendinginannya berlangsung terlalu lambat, presipitat akan terbentuk di batas butir, yang akan menyebabkan sifat mekaniknya keras dan getas. Pembentukan presipitat di batas butir berpotensi menyebabkan terjadinya intergranular embrittlement (perambatan retak melalui batas butir).

Proses hardening yang melibatkan pendinginan cepat (rapid cooling) fasa padat α yang kaya akan elemen paduan (Si, Mg, Cu) hingga mencapai temperatur kamar. Pendinginan cepat ini akan mempertahankan larutan padat dengan cara mencegah difusi atom-atom paduan keluar dari matriksnya, menghasilkan larutan padat lewat jenuh (supersaturated solid solution – SSS). Proses ini dikenal sebagai proses solid solution hardening.

Data hasil pengujian tarik pada baja di las diikuti dengan perlakuan hardening :

1. Data hasil pengujian tarik untuk benda uji 1 : Prop. Limit force : 14068.86 [N]

Yield Force : 14245.99 [N] Maximum Force : 16700.45 [N]

Proporsional Stress : 375.17 [N/mm2] = 37.52 [kg/mm2] Yield Stress : 379.89 [N/mm2] = 37.99 [kg/mm2] Maximum Stress : 445.35 [N/mm2] = 44.54 [kg/mm2] Elongation : 9.12 [%]

Prop. Limit force : 10956.51 [N] Yield Force : 11791.53 [N] Maximum Force : 18724.75 [N]

Proporsional Stress : 292.17 [N/mm2] = 29.22 [kg/mm2] Yield Stress : 314.44 [N/mm2] = 31.44 [kg/mm2] Maximum Stress : 499.33 [N/mm2] = 49.93 [kg/mm2] Elongation : 16.36 [%]

3. Data hasil pengujian tarik untuk benda uji 3 : Prop. Limit force : 12398.82 [N]

Yield Force : 13319.87 [N] Maximum Force : 20293.58 [N]

Proporsional Stress : 330.64 [N/mm2] = 33.06 [kg/mm2] Yield Stress : 355.20 [N/mm2] = 35.52 [kg/mm2] Maximum Stress : 541.16 [N/mm2] = 54.12 [kg/mm2] Elongation : 20.80 [%]

Tabel 4.5 Data hasil pengujian tarik untuk material dilas diikuti dengan perlakuan hardening.

Gambar 4.10 Diagram ultimate strength dari hasil pengujian tarik pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening

Gambar 4.11 Diagram yield strength dari hasil pengujian tarik pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening

Gambar 4.12 Diagram elongation dari hasil pengujian tarik pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening

Gambar 4.13 Diagram prop. lomit dari hasil pengujian tarik pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening

4.3.1 Bentuk Patahan Yang Terjadi Pada Spesimen Las Diikuti Dengan Perlakuan Hardening.

Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan suatu benda padat menjadi dua bagian atau lebih diakibatkan adanya tegangan.proses perpatahan terdiri atas dua tahap yaitu timbulnya retak dan tahap penjalaran retak.

Gambar 4.14 Bentuk penampang patahan pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening

Berdasarkan bentuk penampang patahan pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening pada hasil pengujian kekuatan tarik pada Gambar 4.14 di atas menunjukkan bahwa patahan yang terjadi pada baja ST37 merupakan patahan ulet. Hal ini dapat dijelaskan dalam gambar di bawah ini tentang skematis terjadinya perpatahan ulet pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening yang diberikan gaya tarik :

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura (2004)

Gambar 4.15 Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik pada baja dilas diikuti dengan perlakuan hardening.

38 9893.75 1.963689 263.83 0.0392738 39 9944.36 1.973734 265.18 0.0394747 40 10020.27 1.988801 267.21 0.0397760 41 10020.27 1.988801 267.21 0.0397760 42 10096.18 2.003867 269.23 0.0400773 43 10121.48 2.008889 269.91 0.0401778 44 10172.09 2.018934 271.26 0.0403787 45 10248.00 2.034000 273.28 0.0406800 46 10298.61 2.044045 274.63 0.0408809 47 10298.61 2.223000 274.63 0.0467107 48 10425.13 2.303000 278.00 0.0483917 49 10374.52 2.310000 276.65 0.0485388 50 10425.13 2.343000 278.00 0.0492322 51 10425.13 2.405000 278.00 0.0505350 52 10450.43 2.502000 278.68 0.0525732 53 10526.34 2.631000 280.70 0.0552838 54 10526.34 2.660000 280.70 0.0558932 55 10526.34 2.706000 280.70 0.0568598 56 10551.65 2.777000 281.38 0.0583516 57 10450.43 2.880000 278.68 0.0605159 58 10323.91 2.974000 275.30 0.0624911 59 10349.22 3.054000 275.98 0.0641721 60 10526.34 3.134000 280.70 0.0658531 61 10501.04 3.191000 280.03 0.0670508 62 10526.34 3.250000 280.70 0.0682905 63 10576.95 3.308000 282.05 0.0695093 64 10551.65 3.340000 281.38 0.0701817 65 10526.34 3.364000 280.70 0.0706860 66 10551.65 3.411000 281.38 0.0716735 67 10576.95 3.486000 282.05 0.0732495 68 10602.25 3.570000 282.73 0.0750145 69 10551.65 3.638000 281.38 0.0764434 70 10551.65 3.695000 281.38 0.0776411 71 10576.95 3.752000 282.05 0.0788388 72 10551.65 3.797000 281.38 0.0797844 73 10526.34 3.855000 280.70 0.0810031 74 10551.65 3.915000 281.38 0.0822638 75 10728.77 3.975000 286.10 0.0835246 76 10576.95 4.029000 282.05 0.0846593 77 10551.65 4.050000 281.38 0.0851005 78 10551.65 4.109000 281.38 0.0863402 79 10627.56 4.177000 283.40 0.0877691 80 10551.65 4.248000 281.38 0.0892610 81 10551.65 4.307000 281.38 0.0905007 82 10627.56 4.364000 283.40 0.0916984 83 10576.95 4.390000 282.05 0.0922448 84 10576.95 4.476000 282.05 0.0940518 85 10804.68 4.564000 288.12 0.0959009 86 10981.81 4.651000 292.85 0.0977290

87 11133.63 4.701000 296.90 0.0987796 88 11234.85 4.768000 299.60 0.1001875 89 11336.06 4.897000 302.29 0.1028981 90 11437.28 5.016000 304.99 0.1053986 91 11538.49 5.102000 307.69 0.1072056 92 11563.80 5.222000 308.37 0.1097271 93 11639.71 5.330000 310.39 0.1119965 94 11715.62 5.387000 312.42 0.1131942 95 11766.23 5.543000 313.77 0.1164721 96 11892.74 5.650000 317.14 0.1187205 97 11816.83 5.717000 315.12 0.1201283 98 11563.80 5.823000 308.37 0.1223556 99 11184.24 5.973000 298.25 0.1255075 100 10678.17 6.014000 284.75 0.1263690 101 10222.70 6.192000 272.61 0.1301092 102 8957.51 6.373000 238.87 0.1339125 103 7413.99 6.587000 197.71 0.1384092 104 4048.59 6.815000 107.96 0.1432000 --- PROP. LIMIT FORCE : 10298.61 [N]

YIELD FORCE : 10425.13 [N] MAXIMUM FORCE : 11892.74 [N] BREAK FORCE : 4048.59 [N]

TESTING SPEED : 4.61 [m/minute] PROPORSIONAL STRESS : 274.63 [N/mm^2] YIELD STRESS : 278.00 [N/mm^2] MAXIMUM STRESS : 317.14 [N/mm^2] BREAK STRESS : 107.96 [N/mm^2] ELASTICITY MODULUS : 211094.68 [N/mm^2] ELONGATION : 14.32 [%]

ENERGY : 75.19 [Nm]

--- 3. Las Diikuti Dengan Perlakuan Annealing Untuk Spesimen 3

TESTING TYPE : Tensile MATERIAL : Steel DATE : 1-4-2010 TIME : 4:39:14 NO. SPECIMENT : 8

SAMPLING TIME : 800 [msecond] LENGTH : 50.00 [mm]

DIAMETER : 0.00 [mm] WIDTH : 12.50 [mm] THICKNESS : 3.00 [mm]

--- TESTING DATA CALCULATION RESULT NO. FORCE[N] STROKE[mm] STRESS[N/mm^2] STRAIN ---

1 1290.49 0.177784 34.41 0.0035557 2 2074.90 0.285848 55.33 0.0057170 3 2530.37 0.348595 67.48 0.0069719 4 2960.53 0.407856 78.95 0.0081571 5 3441.30 0.474089 91.77 0.0094818 6 3922.08 0.540324 104.59 0.0108065 7 4402.85 0.606557 117.41 0.0121311 8 4908.92 0.676275 130.90 0.0135255 9 5389.69 0.742508 143.73 0.0148502 10 5971.68 0.822686 159.24 0.0164537 11 6427.14 0.885432 171.39 0.0177086 12 6933.22 0.955152 184.89 0.0191030 13 7413.99 1.021385 197.71 0.0204277 14 7995.97 1.101562 213.23 0.0220312 15 8552.65 1.178252 228.07 0.0235650 16 9008.12 1.241000 240.22 0.0248200 17 9463.59 1.303748 252.36 0.0260750 18 9944.36 1.394000 265.18 0.0278932 19 10248.00 1.478000 273.28 0.0295740 20 10146.79 1.583000 270.58 0.0316750 21 10222.70 1.681000 272.61 0.0336359 22 10349.22 1.768000 275.98 0.0353767 23 10450.43 1.877000 278.68 0.0375578 24 10728.77 1.978000 286.10 0.0395787 25 10652.86 2.075000 284.08 0.0415197 26 10374.52 2.206000 276.65 0.0441409 27 10399.83 2.305000 277.33 0.0461218 28 10501.04 2.403000 280.03 0.0480828 29 10526.34 2.522000 280.70 0.0504639 30 10399.83 2.640000 277.33 0.0528250 31 10399.83 2.742000 277.33 0.0548660 32 10526.34 2.853000 280.70 0.0570870 33 10450.43 2.969000 278.68 0.0594081 34 10576.95 3.062000 282.05 0.0612690 35 10804.68 3.161000 288.12 0.0632499 36 10880.60 3.255000 290.15 0.0651308 37 10956.51 3.360000 292.17 0.0672318 38 10956.51 3.454000 292.17 0.0691127 39 11083.03 3.604000 295.55 0.0721141 40 11184.24 3.702000 298.25 0.0740751 41 11032.42 3.821000 294.20 0.0764562 42 11234.85 3.912000 299.60 0.0782771 43 11285.46 4.014000 300.95 0.0803180 44 11386.67 4.127000 303.64 0.0825791 45 11462.58 4.276000 305.67 0.0855605 46 11513.19 4.386000 307.02 0.0877615 47 11538.49 4.493000 307.69 0.0899026 48 11133.63 4.603000 296.90 0.0921036 49 11133.63 4.623000 296.90 0.0925038

50 11411.97 4.698000 304.32 0.0940045 51 11690.31 4.795000 311.74 0.0959454 52 11842.14 4.894000 315.79 0.0979264 53 11892.74 4.938000 317.14 0.0988068 54 11968.66 5.051000 319.16 0.1010678 55 12069.87 5.164000 321.86 0.1033289 56 12145.78 5.272000 323.89 0.1054899 57 12221.69 5.373000 325.91 0.1075109 58 12297.60 5.477000 327.94 0.1095919 59 12322.91 5.573000 328.61 0.1115128 60 12424.12 5.633000 331.31 0.1127134 61 12525.34 5.747000 334.01 0.1149944 62 12575.94 5.892000 335.36 0.1178958 63 12575.94 5.994000 335.36 0.1199368 64 12727.77 6.100000 339.41 0.1220578 65 12753.07 6.210000 340.08 0.1242588 66 12803.68 6.293000 341.43 0.1259196 67 12854.29 6.396000 342.78 0.1279806 68 12930.20 6.493000 344.81 0.1299215 69 13031.41 6.568000 347.50 0.1314222 70 13031.41 6.613000 347.50 0.1323226 71 13082.02 6.731000 348.85 0.1346838 72 13157.93 6.867000 350.88 0.1374051 73 13183.23 6.960000 351.55 0.1392659 74 13259.14 7.067000 353.58 0.1414069 75 13259.14 7.168000 353.58 0.1434279 76 13335.06 7.274000 355.60 0.1455489 77 13360.36 7.373000 356.28 0.1475298 78 13410.97 7.472000 357.63 0.1495108 79 13436.27 7.567000 358.30 0.1514117 80 13461.57 7.671000 358.98 0.1534927 81 13537.49 7.794000 361.00 0.1559538 82 13562.79 7.916000 361.67 0.1583950 83 13613.40 8.013000 363.02 0.1603359 84 13638.70 8.100000 363.70 0.1620767 85 13689.31 8.207000 365.05 0.1642177 86 13714.61 8.297000 365.72 0.1660186 87 13790.52 8.408000 367.75 0.1682397 88 13790.52 8.573000 367.75 0.1715412 89 13815.83 8.681000 368.42 0.1737022 90 13866.43 8.778000 369.77 0.1756432 91 14170.08 8.883000 377.87 0.1777442 92 13967.65 8.984000 372.47 0.1797651 93 14170.08 9.123000 377.87 0.1825464 94 14068.86 9.261000 375.17 0.1853077 95 14094.17 9.401000 375.84 0.1881091 96 14144.77 9.539000 377.19 0.1908704 97 14195.38 9.658000 378.54 0.1932515 98 14220.69 9.793000 379.22 0.1959528

99 14220.69 9.900000 379.22 0.1980938 100 14271.29 9.947000 380.57 0.1990342 101 14321.90 10.098000 381.92 0.2020557 102 14397.81 10.235000 383.94 0.2047970 103 14372.51 10.361000 383.27 0.2073182 104 14423.12 10.500000 384.62 0.2100995 105 14423.12 10.607000 384.62 0.2122405 106 14524.33 10.758000 387.32 0.2152619 107 14499.03 10.903000 386.64 0.2181633 108 14524.33 11.043000 387.32 0.2209646 109 14574.94 11.189000 388.67 0.2238860 110 14574.94 11.318000 388.67 0.2264672 111 14600.24 11.459000 389.34 0.2292886 112 14650.85 11.585000 390.69 0.2318097 113 14752.06 11.735000 393.39 0.2348112 114 14676.15 11.877000 391.36 0.2376525 115 14726.76 12.004000 392.71 0.2401937 116 14726.76 12.154000 392.71 0.2431951 117 14752.06 12.286000 393.39 0.2458364 118 14777.37 12.428000 394.06 0.2486777 119 14827.97 12.556000 395.41 0.2512389 120 14802.67 12.700000 394.74 0.2541203 121 14827.97 12.865000 395.41 0.2574219 122 14853.28 12.954000 396.09 0.2592027 123 14878.58 13.083000 396.76 0.2617839 124 14979.80 13.186000 399.46 0.2638449 125 14853.28 13.298000 396.09 0.2660860 126 14903.89 13.459000 397.44 0.2693075 127 14903.89 13.539000 397.44 0.2709083 128 14929.19 13.686000 398.11 0.2738497 129 14929.19 13.831000 398.11 0.2767510 130 14954.49 14.017000 398.79 0.2804728 131 15005.10 14.150000 400.14 0.2831340 132 15030.40 14.248000 400.81 0.2850950 133 14954.49 14.366000 398.79 0.2874561 134 14979.80 14.498000 399.46 0.2900973 135 14954.49 14.631000 398.79 0.2927586 136 15081.01 14.776000 402.16 0.2956600 137 15030.40 14.910000 400.81 0.2983412 138 15182.23 15.025000 404.86 0.3006423 139 15030.40 15.166000 400.81 0.3034637 140 15030.40 15.281000 400.81 0.3057648 141 15005.10 15.429000 400.14 0.3087262 142 15005.10 15.568000 400.14 0.3115075 143 15030.40 15.590000 400.81 0.3119477 144 15030.40 15.677000 400.81 0.3136885 145 15030.40 15.878000 400.81 0.3177104 146 15030.40 16.024000 400.81 0.3206318 147 15030.40 16.190000 400.81 0.3239534

148 15030.40 16.328000 400.81 0.3267147 149 14954.49 16.475000 398.79 0.3296561 150 15005.10 16.598000 400.14 0.3321172 151 14954.49 16.759000 398.79 0.3353388 152 14878.58 16.872000 396.76 0.3375998 153 14878.58 16.919000 396.76 0.3385403 154 14802.67 17.039000 394.74 0.3409414 155 14752.06 17.190000 393.39 0.3439628 156 14650.85 17.341000 390.69 0.3469843 157 14600.24 17.455000 389.34 0.3492654 158 14473.72 17.620000 385.97 0.3525669 159 14372.51 17.779000 383.27 0.3557484 160 14271.29 17.970000 380.57 0.3595702 161 13992.95 18.127000 373.15 0.3627117 162 13765.22 18.286000 367.07 0.3658932 163 13512.18 18.455000 360.32 0.3692748 164 13183.23 18.654000 351.55 0.3732567 165 12677.16 18.838000 338.06 0.3769385 166 8097.19 19.001000 215.93 0.3802000 --- PROP. LIMIT FORCE : 9463.59 [N]

YIELD FORCE : 10248.00 [N] MAXIMUM FORCE : 15182.23 [N] BREAK FORCE : 8097.19 [N]

TESTING SPEED : 8.15 [m/minute] PROPORSIONAL STRESS : 252.36 [N/mm^2] YIELD STRESS : 273.28 [N/mm^2] MAXIMUM STRESS : 404.86 [N/mm^2] BREAK STRESS : 215.93 [N/mm^2] ELASTICITY MODULUS : 209462.64 [N/mm^2] ELONGATION : 38.02 [%]

ENERGY : 256.11 [Nm]