Unjuk kerja elektroplating nikel pada plat baja - USD Repository

  

NICKEL ELECTROPLATING PERFORMANCE

ON STEEL PLATE

FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of requirement To obtain the sarjana teknik degree

  In Mechanical Engineering

  

By:

  

D. Grasi Mahardika

Student Number: 065214007

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2011

UNJUK KERJA ELEKTROPLATING NIKEL PADA PLAT BAJA

  Untuk memenuhi persyaratan Mencapai derajat sarjana S-1

  Disusun oleh : D.Grasi Mahardika Nomor Induk Mahasiswa :065214007 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

  MOTTO

 HIDUP AKAN TERASA SINGKAT BILA TIDAK DILALUI

DENGAN HAL YANG BERARTI  MENYIKAPI KEHIDUPAN DENGAN KEDEWASAAN  DALAM DOA DAN USAHA SEMUA AKAN BAIK

  JALANNYA

 JANGAN PERNAH BERHENTI MERAIH MIMPI JIKA

MASIH ADA RUANG DI BUMI

  PERSEMBAHAN : KEDUA ORANG TUA SEMUA SAUDARA-SAUDARAKU SEMUA TEMAN YANG TELAH MEMBERI SEMANGAT

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel pada baja yaitu pengaruh terhadap ketahanan korosi akibat air laut. Manfaat yang diperoleh adalah meningkatnya ketahanan suatu logam dari serangan korosi sehingga logam tidak mudah rusak.

  Tindakan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi, pembuatan benda uji, elektroplating, pengujian pada air laut, uji tarik, dan uji struktur mikro. Setelah benda uji atau spesimen dibuat, dilakukan pelapisan dengan nikel dengan melewati tahap-tahap elektroplating untuk mendapatkan hasil pelapisan terbaik. Jenis pengujian selanjutnya adalah uji pencelupan air laut selama 4 bulan, uji tarik setiap bulan, terakhir adalah pengambilan gambar struktur mikro.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelapisan nikel pada logam meningkatkan ketahanan dari serangan korosi. Spesimen plat baja yang tidak dilapisi nikel mengalami korosi setelah dicelup air laut selama 4 bulan. Korosi terlihat jelas merusak permukaan plat baja. Pada plat baja dengan lapisan nikel korosi sangat sedikit sehingga tidak tampak kerusakan yang terjadi. Setelah 4 bulan pengujian, tegangan dan ketebalan plat baja tanpa lapisan nikel terus turun.

  2 Tegangan plat baja tanpa lapisan nikel turun sebanyak 1,45 kg/mm , sedangkan

  2

  plat baja dengan lapisan nikel hanya turun 0,37 kg/mm . Plat baja tanpa lapisan nikel yang semula setebal 1,5 mm menjadi 1,42 mm di bulan 4. Sedangkan pada plat baja dengan lapisan nikel tidak terjadi penurunan ketebalan. Kata kunci: elektroplating, korosi, nikel, uji tarik.

  ABSTRACT The purpose of this research is to know the influence of nickel plating in protecting metal from the sea water. The aim of the electroplating is to increase corrosion from sea water, so the metal cannot be easily damaged.

  The actions that have done in this experiment were the making of the experiment object, electroplating, the examining in the sea water, the tensile testing, and the micro structure examining. After the specimens was made, the nickel plating was done to them. The next examining was the immersion examining in the sea water for 4 months, tensile testing every month, and the last was making a photo of the micro structure.

  The result of this research showed that the nickel plating on the steel increase protection from corrosion attack. Corrosion appear on the surface of steel that had no nickel plating after corrosion process for 4 months. On the other side, the surface of steel that had nickel plating not attacked by corrosion. The strength

  2 of no nickel plating steel decreased 1.45 kg/mm after 4 months corrosion process.

  2 Meanwhile the steel with nickel plating only reduced 0.37 kg/mm . There were no

  decreasing thicknes on steel that plated nickel, but there were 0.8 mm decreasing thickness on steel that had no nickel plating after 4 months corrosion process. Keywords: Electroplating, corrosion, nickel, tensile testing.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat dan karunianya Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi tugas akhir yaitu tentang Unjuk Kerja Elektroplating Nikel Pada Plat Baja.

  Dalam menyusun skripsi tugas akhir ini berbagai hambatan dan kesulitan banyak penulis temukan dan alami. Berbagai kesulitan dan hambatan itu dapat penulis lalui karena bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., dosen pembimbing tugas akhir.

  3. Semua dosen Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah memberikan matakuliah penunjang.

  4. Laboran dan karyawan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah membantu pengujian.

  5. Kedua orang tua penulis yang telah membantu dengan dukungan moril dan masukan yang baik.

  6. Semua teman-teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah memberikan banyak dukungan dan masukan.

  Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini penulis telah berusaha sebaik mungkin menyelesaikan laporan tugas akhir dengan mengikuti petunjuk dan cara penyelesaian yang diberikan semua pihak yang berkaitan. Meskipun demikian,

  DAFTAR ISI

  JUDUL ................................................................................................................. i LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ ii LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................... iv LEMBAR MOTTO DAN PERSEMBAHAN .................................................... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS………………………........................vi

  INTISARI .......................................................................................................... vii ABSTRAK ....................................................................................................... viii KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ........................................................................................... xvii

  BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 I.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1 I.2 Tujuan Tugas Akhir ................................................................................ 2 I.3 Skema Alat dan Spesimen ...................................................................... 2 I.4 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

  BAB II DASAR TEORI ............................................................................................. 4 II.1 Korosi ............................................................................................... 4 II.1.1 Jenis Korosi .............................................................................. 5 II.1.1.1 Korosi Internal .................................................................. 5 II.1.1.2 Korosi Eksternal ............................................................... 5 II.2 Elektroplating ................................................................................... 6 II.2.1 Elektrolit ................................................................................... 6 II.2.2 Anoda ........................................................................................ 7 II.2.3 Katoda ....................................................................................... 7 II.3 Nikel ................................................................................................. 7 II.4 Plating Nikel ..................................................................................... 8 II.5 Uji Tarik ......................................................................................... 10 II.5.1 Tujuan Melakukan Uji Tarik .................................................. 11 II.5.2 Detail Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam .................. 14 II.5.3 Istilah lain ............................................................................... 17 II.6 Pengujian Struktur Mikro ............................................................... 19 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................. 20 III.1 Tahap-Tahap Pembuatan Spesimen .............................................. 21 III.2 Proses Elektroplating .................................................................... 22 III.2.1 Persiapan Benda Kerja .......................................................... 22

  III.2.2 Elekrtoplating ........................................................................ 22

  III.3 Pengujian Pada air Laut ................................................................ 24

  III.4 Pengujian Tarik ............................................................................. 25

  III.4.1 Data Mesin Uji Tarik ............................................................. 25

  III.4.2 Proses Pengujian Tarik .......................................................... 26

  III.5 Pengujian Sruktur Mikro ............................................................... 27

  BAB IV DATA DAN ANALISIS .............................................................................. 29 IV.1 Uji Tarik ........................................................................................ 29 IV.1.1 Diagram dan grafik uji tarik .................................................. 31 IV.2 Analisis Uji Tarik ......................................................................... 36 IV.3 Uji Struktur Mikro ........................................................................ 37 IV.4 Analisis Uji Struktur Mikro .......................................................... 40 IV.4.1 Tampilan ............................................................................... 44 BAB V PENUTUP .................................................................................................... 46 V.1 Kesimpulan .................................................................................... 46 V.2 Saran ............................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 48 LAMPIRAN ................................................................................................. 49

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema alat elektroplating dan spesimen uji ............................... 2Gambar 2.1 Skema pengujian tarik dari awal pembebanan ......................... 11Gambar 2.2 Gambaran singkat uji tarik dan tegangan yang terjadi ............. 12Gambar 2.3 Kurva tegangan-regangan ........................................................ 13Gambar 2.4 Standar spesimen yang digunakan ........................................... 13Gambar 2.5 Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen ............................. 14Gambar 2.6 Profil data hasil uji tarik ........................................................... 14Gambar 2.7 Penentuan tegangan luluh (yield strees) untuk kurva tanpa daerah linier ............................................................................ 16Gambar 2.8 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

  .................................................................. ..............................18

Gambar 3.1 Bentuk spesimen uji tarik ......................................................... 21Gambar 3.2 Skema proses elektroplating..................................................... 23Gambar 3.3 Spesimen dicelup pada air laut ................................................. 25Gambar 3.4 Mesin uji tarik di Laboratorium Ilmu logam Universitas

  Sanata Dharma ........................................................................ 26

Gambar 3.5 Panel mesin uji tarik ................................................................. 27Gambar 4.1 Diagram perbandingan beban tarik setiap pengujian (plat besi tanpa lapisan nikel) .......................................................... 31

  Gambar4.2 Diagram detail perbandingan beban tarik setiap pengujian (plat besi tanpa lapisan nikel) ................................................. 31

Gambar 4.3 Diagram perbandingan beban tarik setiap pengujian (plat besi dengan lapisan nikel) ...................................................... 32Gambar 4.4 Diagram detail perbandingan beban tarik setiap pengujian

  (plat besi dengan lapisan nikel) .............................................. 32

Gambar 4.5 Diagram perbandingan tegangan setiap pengujian (plat besi tanpa lapisan nikel) ................................................................. 33Gambar 4.6 Diagram detail perbandingan tegangan setiap pengujian

  (plat besi tanpa lapisan nikel) ................................................. 33

Gambar 4.7 Diagram perbandingan tegangan setiap pengujian (plat besi dengan lapisan nikel) .............................................................. 34Gambar 4.8 Diagram detail perbandingan tegangan setiap pengujian

  (plat besi dengan lapisan nikel) .............................................. 34 Gambar4.9 Diagram perbandingan tegangan plat besi tanpa lapisan nikel dan plat besi dengan lapisan nikel setiap pengujian .... 35

Gambar 4.10 Diagram perbandingan tegangan plat besi tanpa lapisan nikel dan plat besi dengan lapisan nikel setiap pengujian .... 35Gambar 4.11 Struktur mikro baja tanpa lapisan nikel (perbandingan sebelum dikorosi hingga bulan ke 4) ...................................... 38Gambar 4.12 Struktur mikro dengan lapisan nikel (perbandingan sebelum dikorosi hingga bulan ke 4) ...................................... 38Gambar 4.13 Struktur mikro baja tanpa lapisan nikel (perbandingan sebelum dikorosi hingga bulan ke 4) ...................................... 39Gambar 4.14 Struktur mikro baja dengan lapisan nikel (perbandingan sebelum dikorosi hingga bulan ke 4) ........................................................... 39Gambar 4.15 Foto struktur mikro baja dengan lapisan nikel ....................... 40Gambar 4.16 Foto struktur mikro baja tanpa lapisan nikel .......................... 40Gambar 4.17 Diagram prosentase penurunan tebal spesimen .................... 43Gambar 4.18 Spesimen dengan lapisan nikel .............................................. 44

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Kekuatan tarik spesimen baja yang berada di air laut ..... .............29Tabel 4.2 Perbandingan ketebalan spesimen dengan lapisan nikel dan tanpa lapisan nikel ....................................................................... 42

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Dewasa ini seringkali kita menjumpai peralatan-peralatan yang

  digunakan manusia untuk menyelesaikan masalah. Peralatan-peralatan tersebut dalam perkembangannya selalu mengikuti perkembangan pola berpikir manusia serta tempat dan lingkungan alat tersebut berada.

  Dalam permesinan dan konstruksi teknik, besi dan baja merupakan bahan baku yang paling banyak dipakai misalnya untuk casing, rangka, sasis, serta penguat utama seperti baut, keling, dan pondasi. Ketika besi dan baja tersebut akan dipakai, sebelumnya telah dirancang serta dihitung kekuatannya sesuai dengan konstruksi yang akan dibuat.

  Seiring perkembangan zaman, peralatan - peralatan tersebut harus dipasang di lingkungan yang bersifat merusak besi seperti lingkungan laut dan pantai, (contoh: kilang minyak lepas pantai, pipa bawah laut, dan kapal). Masalah utama lingkungan laut terhadap besi dan baja yaitu terjadinya korosi. Korosi ini menyebabkan kekuatan besi dan baja tidak sesuai lagi dengan rancangan karena korosi bersifat melemahkan kemampuan fisis bahan. Untuk itu, dibutuhkan cara yang efisien dan efektif dalam mengatasi masalah korosi.

  Berdasarkan hal di atas, maka sangat tepat jika pada tugas akhir ini, dipilih judul “Unjuk Kerja Elektroplating Nikel Pada Plat Baja”. Penulis akan berusaha meneliti dampak air laut terhadap laju korosi pada dengan membandingan uji tarik dan struktur mikro material yang diberi perlakuan plating krom.

I.2 Tujuan

  Tujuan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Peningkatan daya tahan terhadap serangan korosi dengan melapisi seluruh logam dengan nikel/krom.

2. Pengoptimalan usia pakai alat dan konstruksi yang terbuat dari logam.

I.3 Skema alat dan Spesimen

Gambar 1.1. skema alat electroplating dan specimen uji

I.4 Batasan Masalah

  1. Spesimen yang digunakan adalah plat baja yang dibentuk mengikuti standar ASTM A370.

  2. Setiap pengujian digunakan 2 spesimen tanpa lapisan nikel dan 4 spesimen dengan lapisan nikel.

  3. Jumlah seluruh spesimen 30 buah tiap bulan diambil 6 buah untuk pengujian.

  4. Pengujian selama 4 bulan dan tiap spesimen yang diambil tiap bulan diuji tarik dan mikro.

BAB II DASAR TEORI Korosi di alam paling banyak terjadi pada logam, sedangkan dalam dunia

  industri dan rancangan teknik banyak digunakan bahan dasar logam terutama besi dan baja.

II.1. Korosi

  Korosi adalah kerusakan atau degradasi antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada peristiwa korosi, logam mengalaedangkan oksigen (udara) mengalamiarat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe

  2 O 3 .nH

  2 O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

  Korosi merupakan proses mana besi mengalami oksidasi.

  2+

  Fe(s) <--> Fe (aq) + 2e Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai mana oksigen tereduksi.

• O

  2 (g) + 4H (aq) + 4e <--> 2H

  2 O(l )Atau

• O

  2 (g) + 2H

2 O(l) + 4e <--> 4OH (aq)

  Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.

  Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secardengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses logam dari bijih mineralnya . Contohnya, bijih mineral logam etelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatSelama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

  II.1.1 Jenis Korosi

  II.1.1.1 Korosi Internal

  Korosi internal adalah korosi yang terjadi akibat adanya kandungan CO

  2 dan H

  2 S pada air, sehingga apabila terjadi kontak

  dengan air akan membentuk asam yang merupakan penyebab korosi.

  II.1.1.2 Korosi Eksternal

  Korosi eksternal adalah korosi yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem perpipaan dan peralatan, baik yang kontak dengan udara bebas dan permukaan tanah, akibat adanya kandungan zat asam pada udara dari tanah. (Sumber: Ensiklopedia bebas dan www. Kimia Dahsyat. com)

II.2 Elektroplating

  Elektroplating merupakan suatu proses yang digunakan untuk memanipulasi sifat suatu logam dengan cara melapisinya dengan logam lain.

  Proses elektroplating banyak dibutuhkan oleh industri penghasil benda logam,diantaranya industri komponen elektronika, peralatan listrik, peralatan olah-raga, peralatan dapur, dan sebagainya. Namun demikian proses elektroplating dalam prakteknya masih sulit dilakukan oleh karena pengendaliannya masih membutuhkan tenaga ahli yang berpengalaman.

  Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating dipengaruhi oleh banyak variabel, diantaranya larutan yang digunakan, suhu larutan, durasi plating, tegangan antara kedua elektroda, keadaan elektroda yang digunakan, dan sebagainya. (sumber: Teknologi Industri Elektroplating. Purwanto dan Syamsul Huda. Undip Semarang, 2005)

II.2.1 Elektrolit

  Elektrolit adalah suahomogen yang terdiri dari dua atau lebih zat. Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam larutan dinyatakan dalam

  konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran zat terlarut dan pelarut

  membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi. menjadi konduktor elektrik adalah material yang dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah. ion-ion merupakan lainnya. Elektrolit umumnya berbenttertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit pada kondisi tertentu misalnya pada suhu tinggi atau tekanan rendah. Elektrolit kuat identik berikatan ion dan kovalen polar. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion merupakan elektrolit sebagai contoh ikatan ion NaCl yang merupakan salah satu jenis garam yakni garam dapur. NaCl dapat menjadi elektrolit dalm bentuk larutan dan lelehan. atau bentuk liquid dan aqueous. sedangkan dalam bentuk solid atau padatan senyawa ion tidak dapat berfungsi sebagai elektrolit.

  II.2.2 Anoda anoda adalah yang

  digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebua Bisa berupa lain, pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah pergerakan elektron. Pada prosesnoda mengalami

  II.2.3 Katoda

  katoda adalah elektroda dalam sel elaktrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir keluar darinya. Pada baterai biasa (Baterai Karbon-Seng), yang menjadi katoda adalah seng, yang juga menjadi pembungkus baterai. Sedangkan, pada baterai alkalin, yang menjadi katoda adalah mangan dioksida (MnO ). (sumber: www. ajus ink

  2

  go_blog.com)

II.3 Nikel

  Nikel adalah Nikel mempunyai sifat tahan karat. Dalam keadaan murni, nikel bersifat lembek, tetapi jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam lainnya, dapat membentuk baja tahan karat yang keras. Perpaduan nikel, krom dan besi menghasilkan baja tahan karat (stainless steel) yang banyak diaplikasikan pada peralatan dapur (sendok, dan peralatan memasak), ornamen-ornamen rumah dan gedung, serta komponen industri. (sumber: Teknologi Industri Elektroplating. Purwanto dan Syamsul Huda. Undip Semarang, 2005)

II.4 Plating Nikel

  Proses Nickel Plating awalnya digunakan sebagai pelapis tahan karat dari besi. Dalam perkembangannya Nickel Plating juga berfungsi sebagai pelapis dekoratif dari beberapa logam lain seperti Aluminium, Zinc, atau Stainlessteel.

  Jenis proses Nickel Plating ada 2 macam, yaitu Bright Nickel

  Plating da Untuk proses yang menggunakan

  keduanya, yaitu untuk lapisan pertama menggunakan Semi Bright kemudian baru Bright disebut Proses Duplex Nickel Plating . Proses ini mempunyai daya tahan karat lebih kuat dari pada hanya satu proses Nickel Plating saja.

  Untuk meningkatkan ketahanan karatnya, nickel plating biasanya dilapisi lagi dengan an jenis proses yang digunakan disebut Decorative Chrom Plating. Decorative Chrom Plating juga membuat warna lapisan terlihat lebih putih, karena warna lapisan Nickel berwarna putih kekuningan, sedang lapisan Chrom berwarna kebiruan.

  Dari Bahan yang digunakan proses Nickel Plating dibagi menjadi : 1. Watts Nickel Plating.

  2. High Chloride Nickel Plating.

  3. Sulfamat Nickel Plating (Lebih Ductile/fleksiible).

  Diantara ketiganya yang umum digunakan adalah Watts Nickel Plating, Karena penanganannya lebih mudah. Untuk Watts Nickel Plating bahan-bahan kimia yang digunakan dalam proses Nickel Plating beserta jumlah pemakaiannya :

  1. Nickel Sulphate (280 – 330 gr/lt)

  2. Nickel Chloride (50 – 60 gr/lt)

  3. Boric Acid (40 – 45 gr/lt)

  4. Wetting agent (0,2 cc/lt)

  5. Aditif Brightener (0,4 – 1 cc/lt) Kondisi operasi proses : 1. pH (4 – 4,5)

  2. Volt (6 volt untuk Rack, 12 Volt untuk Barrel)

  3. Temperatur (55 – 60 derajat Celcius), pemanasan memakai electric glass heater

  4. Butuh pengadukan menggunakan blower

  5. Nickel anode harus dibungkus dengan kain filter

  6. Dibutuhkan penyaringan secara berkala Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, standart diatas harus diusahakan terpenuhi. Dan yang sangat perlu diperhatikan adalah masalah aliran listrik yang digunakan. Arus DC yang digunakan harus mempunyai kualitas sebagus mungkin dengan media penghantar arus yang memadai. Tebal lapisan Nickel Plating umumnya sekitar 20 micron. (Sumber: www.metalindo.com).

II.5 Uji Tarik

  Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu material, maka yang harus dilakukan adalah melakukan pengujian terhadap material tersebut. Dalam dunia industri tentu akan menjadi sangat boros bila dilakukan pengujian dari setiap barang yang ingin diketahui sifat mekaniknya. Lalu apa yang dilakukan oleh orang-orang di industri? Mereka melakukan pengujian terhadap spesimen dari barang yang ingin mereka ketahui sifat mekaniknya. Ada beberapa uji mekanik yang bisa dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat material, antara lain; uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi/ puntir(torsion test), uji fatigue, dll. Dari sekian pengujian yang dapat dilakukan untuk mengetahui sifat material, uji tarik menjadi pengujian yang paling disukai untuk dilakukan karena dari satu pengujian dapat diketahui lebih banyak sifat material dari satu pengujian tersebut. Dalam artikel kali ini, penulis akan sedikit membahas tentang pengujian tarik dan sifat-sifat material apa saja yang bisa diketahui dari uji tarik. Uji tarik mungkin dapat dikatakan pengujian yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia, baik dari metode pengujian, bentuk spesimen yang diuji dan metode perhitungan dari hasil pengujian tersebut. Dengan menarik suatu material secara perlahan-lahan, kita akan mengetahui reaksi dari material tersebut terhadap pembebanan yang diberikan dan seberapa panjang material tersebut bertahan sampai akhirnya putus.

Gambar 2.1. Skema pengujian tarik dari awal pembebanan

II.5.1 Tujuan Melakukan Uji Tarik

  Dari uji tarik, banyak sifat-sifat yang bisa kita ketahui dibandingkan dengan pengujian lain. Dari hasil penarikan material hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa tegangan tarik versus pertambahan panjang dari material yang kita uji.

  Tegangan Tarik Maksimum Daerah Necking Tegangan patah Daerah Plastis

  Daerah Elastis

Gambar 2.2. Gambaran singkat uji tarik dan tegangan yang terjadi

  Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut

  “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

  Hukum Hooke (Hooke’s Law )

  Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear

  zone . Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan

  Hooke sebagai berikut:

  rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

  Stress: σ = F/A F: gaya tarikan, A: luas penampang

  Hubungan antara stress dan strain dirumuskan: E = σ / ε Selanjutnya kita dapatkan Gambar, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

Gambar 2.3. Kurva tegangan-regangan

  Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Standar specimen yang digunakan Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan

  (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada

  gambar di atas. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

Gambar 2.5. Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen

II.5.2 Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam

  profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat diasosiasikan seperti pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Profil data hasil uji tarik

  Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gambar 2.6. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

  Deformasi plastis (plastic deformation

  ) Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada

Gambar 2.6 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing .

  Tegangan lulu (upper yield stress ) h atas σ uy

  Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

  (lower yield stress )

  Tegangan luluh bawah σ ly

  Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

  Regangan l y (yield strain) uluh ε

  Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

  e (elastic strain) Regangan elastis ε

  Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

  Regangan plastis p (plastic strain ) ε

  Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

  Regangan total (total strain)

  T e p.

  Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, ε = ε +ε Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

  Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)

  Pada Gambar 2.6 ), merupakan besar ditunjukkan dengan titik C (σ β tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

  Kekuatan patah (fracture strength)

  Pada Gambar 2.6 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

  Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis

  Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (gambar 2.7).

Gambar 2.7. Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa

  2 (Pascal, N/m ) dan strain adalah besaran tanpa satuan.

II.5.3 Istilah lain

  Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar hasil uji tarik.

  Kelenturan

  Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle) .

  Derajat kelentingan

  Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit

  3 volume (Joule/m atau Pa). Dalam Gbr 2.1, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.

  Derajat ketangguhan (toughness)

  Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr 2.5 modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

  Pengerasan regang (strain hardening)

  Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

  Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)

  Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara nyata. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

  Sumber gambar dan tulisan: 1. Material Testing (Zairyou Shiken). Hajime Shudo. 1983.

  2. Material Science and Engineering: An Introduction. William D. Callister Jr. John Wiley&amp;Sons, 2004.

  3. Strength of Materials. William Nash. Schaum’s Outlines, 1998.

II.6 Pengujian struktur mikro

  Suatu pengujian pengujian yang dilakukan untuk mengetahui gambaran secara visual dari struktur mikro logam. Pengujian ini dengan cara menempatkan potongan logam kecil dibawah mikroskop khusus yang dilengkapi kamera untuk mengambil gambar struktur mikro logam tersebut.

BAB III METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini urutan langkahnya dimulai dari pembuatan spesimen,

  plating nikel, pencelupan pada air laut, dilanjutkan dengan uji tarik dan uji struktur mikro.

  Menyiapkan Plat Baja Membentuk Spesimen

  Sesuai ASTM A370 Tanpa Lapisan Nikel Dengan Lapisan Nikel

  Pelapisan tembaga sianida Pelapisan tembaga asam Pelapisan Nikel

  Dicelup di Air Laut Pengujian Pengujian Pengujian Pengujian Pengujian

  Awal bulan 1 bulan 2 bulan 3 bulan 4

III.1 Tahap Tahap Pembuatan Spesimen 1. Memilih besi atau baja lembaran dengan ukuran tebal 1,5 mm.

  2. Menentukan ukuran spesimen berdasarkan stándar ASTM dengan skema sebagai berikut:

Gambar 3.1. bentuk spesimen uji tarik

  3. Besi lembaran dipotong menggunakan mesin scrap sesuai ukuran yang telah ditentukan. Pemotongan tiap spesimen dilakukan secara sama, baik arah maupun urutan langkahnya. ^{15,5cm 50 mm 12,5 mm}

  III.2 Proses Elektroplating

  III.2.1 Persiapan Benda Kerja

  Benda yang akan dilapis dengan nikel biasanya dalam kondisi kotor dan berminyak akibat proses pembuatan spesimen tersebut, untuk itu perlu dilakukan langkah langkah pembersihan atau persiapan benda kerja dengan tujuan agar nikel bisa melapisi sepenuhnya.

  Langkah langkah persiapan benda kerja adalah sebagai berikut:

  1. Menghilangkan kerak dan karat tipis dengan cara diampelas dengan ampelas ukuran 1000, hingga permukaan spesimen terlihat halus dan tidak ada karat.

  2. Spesimen dicuci dengan air sabun untuk menghilangkan kotoran ,kandungan minyak, dan sisa sisa pengampelasan. Selanjutnya dikeringkan dengan cara dilap dengan kain kering hingga benar benar kering.

  3. Pencelupan spesimen ke dalam HCL dengan tujuan menghilangkan sisa karat yang sulit dihilangkan dengan ampelas. Pencelupan hanya sekitar 3 detik agar kandungan besi tidak ikut larut, larutnya besi menyebabkan kekuatan spesimen berkurang.

  III.2.2 Elektroplating

  Dalam proses pelapisan nikel ada urutan prosedur dan pengaturan waktu agar proses pelapisan hasilnya baik dan tidak mengalami kegagalan pelapisan. Namun prosedur dan waktu tersebut terkadang tidak sesuai antara unit elektroplating yang satu dengan yang lainnya, untuk itu perlu dilakukan riset dan percobaan agar didapat hasil yang diinginkan.

  Tahap dalam proses elektroplating: 1. Pelapisan spesimen dengan tembaga sianida.

  Spesimen dimasukkan dalam larutan tembaga sianida yang telah dialiri arus listrik DC 4 volt selama kurang lebih 1 menit. Spesimen sebagai katoda dan larutan tembaga sianida sebagai anoda. Tujuan dari pelapisan tembaga sianida adalah sebagai lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi spesimen dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan tembaga sianida untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus.

Gambar 3.2. skema proses elektroplating

  2. Pelapisan spesimen dengan tembaga asam.

  Spesimen dimasukkan dalam larutan tembaga asam yang telah dialiri arus listrik dc 4 volt selama kurang lebih 30 detik. Spesimen sebagai katoda dan larutan tembaga asam sebagai anoda. Pelapisan tembaga asam bertujuan agar pelapisan selanjutnya yaitu lapisan nikel dapat melekat dengan baik.

  3. Pelapisan spesimen dengan nikel.

  Spesimen dimasukkan dalam larutan tembaga asam yang telah dialiri arus listrik dc 4volt selama kurang lebih 30 menit. Spesimen sebagai katoda dan larutan tembaga asam sebagai anoda. Fungsi nikel pada proses ini adalah mendapatkan tampilan dekoratif yang mengkilap dan melindungi spesimen dari benda dan larutan yang dapat menyebabkan korosi.

III.3 Pengujian Pada Air Laut

  Pengujian bertujuan membandingkan laju korosi antara spesimen yang tidak dilapisi nikel dengan spesimen yang telah dilapisi nikel.

  Lama waktu pengujian adalah 4 bulan dengan cara mencelupkan spesimen pada air laut yang dirotasi terus menerus. Tiap satu bulan diambil beberapa spesimen tanpa lapisan nikel dan spesimen yang telah dilapisi nikel. Setiap spesimen yang diambil diuji tarik dan diambil gambar struktur mikronya.

Gambar 3.3. Spesimen dicelup pada air laut

III.4 Pengujian Tarik

  Uji Tarik dilakukan untuk mengetahui perbandingan kekuatan spesimen awal, bulan 1, bulan 2, bulan 3, dan bulan 4. Dalam hal ini yang dibandingkan adalah kekuatan tarik yang dipengaruhi laju korosi.

III.4.1 Data Mesin Uji Tarik.

  Mesin yang digunakan jenis Universal Testing Machine dengan kemampuan Tarik maksimum 1 Ton (1000 kg).

Gambar 3.4. Mesin uji tarik di laboratorium logam Universitas

  Sanata Dharma

III.4.2 Proses Pengujian Tarik

  Pada proses pengujian tarik hal yang pertama dilakukan adalah dengan mencekam spesimen pada kedua ujungnya, pada bagian ujung ujung gauge length spesimen dipasang alat pengukur pertambahan panjang (Ekstensometer). Alat direset sehingga semua posisi pengukuran ada pada angka 0 (nol).

  Tombol on ditekan untuk memulai penarikan, saat penarikan kadang terjadi lepasnya spesimen akibat permukaan nikel yang licin, untuk itu bagian ujung spesimen harus dibuat kasar dengan cara digores dengan betel atau gergaji besi.

  Data hasil penarikan akan terlihat pada panel mesin, data itu meliputi nilai persen pertambahan panjang spesimen, beban yang dihasilkan mesin, beban maksimun ketika spesimen patah, dan print out diagram pertambahan panjang berbanding dengan beban.

Gambar 3.5. Panel mesin uji Tarik

III.5 Pengujian Struktur Mikro

  Pengujian struktur mikro bertujuan untuk mengetahui perbandingan tingkat korosi antar spesimen secara visual. Pengujian ini dilakukan dengan cara melihat struktur mikro tiap spesimen kemudian diambil gambarnya.

  Tahap dan proses pengujian struktur mikro : 1. Menanam spesimen pada cetakan resin.

  Spesimen dibuat potongan kecil 1,5 cm x 2 cm, potongan tersebut ditanam pada cetakan resin dengan bagian potongan menghadap atas. Tujuan menanam potongan besi ke dalam cetakan resin adalah untuk memudahkan meletakkan spesimen di bawah lensa mikroskop karena posisi spesimen harus berdiri vertical.

  2. Mengambil gambar struktur mikro logam Spesimen diletakkan di bawah lensa mikroskop dan setel jarak pengambilan gambar hingga didapatkan ukuran gambar yang diinginkan.

  Kamera difungsikan untuk mengambil gambar struktur mikro. Dari gambar ini bisa dilihat pertumbuhan karat dan ketebalan karat dari masing masing spesimen.

BAB IV DATA DAN ANALISIS Data yang diambil pada tugas akhir kali ini adalah data yang dapat digunakan

  untuk mengetahui perbandingan kekuatan antar spesimen. Data yang digunakan adalah uji tarik dan data visual berupa data struktur mikro.

IV.1 Uji Tarik Data dari hasil pengujian tarik disajikan pada tabel 4.1.

  1.5 12 568.00

  18.08

  18.00

  31.37

  1.5 12.1 569.80

  18.15

  31.39

  1.5 12.1 589.40

  18.15

  32.47

  1.5 12 559.20

  18.00

  31.07 Rata rata 570.78

  31.58 Besi Bulan 2 Tanpa Perlakuan

  31.32 Besi Nikel Bulan 1

  1.47 12.3 570.00

  18.08

  31.52

  1.46 12.1 547.70

  17.67

  31.00 Rata rata 558.85

  17.87

  31.27 Besi Nikel Bulan 2

  1.5 12.2 572.30

  18.30

  31.27

  Jenis bahan Tebal (mm) Lebar (mm) Beban (kg) Luas Penampang (mm ² Tegangan (kg/mm ) ² ) Besi Awal Tanpa Perlakuan

  1.5 12 564.70

  17.70

  18.00

  31.62

  31.56

  1.5 12 579.20

  18.00

  32.18 Rata rata 573.60

  18.00

  31.87 Besi Nikel Awal

  1.5 12 570.10

  18.00

  31.67

  1.5 12 569.10

  18.00

  1.5 12.1 593.00

Tabel 4.1. Kekuatan tarik spesimen baja yang berada di air laut

  18.15

  32.67

  1.5 12.1 566.70

  18.15

  31.22 Rata rata 574.73

  18.08

  31.80 Besi Bulan 1 Tanpa Perlakuan

  1.47 12 549.20

  17.64

  31.13

  1.48 12 559.50

  17.76

  31.50 Rata rata 554.35

  1.5 12.1 571.60

  15.96

  18.15

  30.66 Rata rata 573.13

  18.19

  31.51 Besi Bulan 4 Tanpa Perlakuan

  1.42 12.2 527.00

  17.32

  30.42 Rata rata 527.00

  17.32

  30.42 Besi Nikel Bulan 4

  1.33 12 440.40

  27.59

  32.41

  1.5 12 594.70

  18.00

  33.04

  1.5 12 591.30

  18.00

  32.85

  1.5 12.1 585.00

  18.15

  32.23 Rata rata 552.85

  17.53

  31.54 Perhitungan dari tabel diperoleh dari rumus:

  1.5 12.1 556.40

  18.00

  18.15

  17.40

  31.49

  1.5 12 559.00

  18.00

  31.06

  1.5 12 582.20

  18.00

  32.34 Rata rata 571.28

  18.11

  31.54 Besi Bulan 3 Tanpa Perlakuan

  1.45 12 542.50

  31.18

  1.5 12 583.40

  1.44 12 538.40

  17.28

  31.16 Rata rata 540.45

  17.34

  31.17 Besi Nikel Bulan 3

  1.5 12.2 559.90

  18.30

  30.60

  1.5 12.2 592.80

  18.30

  32.39

  Tegangan = Beban / luas penampang mula mula Luas penampang (A) = Tebal x Lebar

IV.1.1 Diagram dan Grafik Uji tarik

  Diagram perbandingan dari table diatas adalah sebagai berikut:

  Beban 700.00 600.00

  Sebelum Dikorosi 500.00 bulan 1 bulan 2 n 400.00 a b e bulan 3 b

  300.00 bulan 4 200.00 100.00

  0.00 Gambar 4.1. Diagram perbandingan beban tarik setiap pengujian (plat besi tanpa lapisan nikel).

  580.00 570.00 Sebelum Dikorosi 560.00 bulan 1 550.00 n bulan 2 a b

  540.00 e bulan 3 b

  530.00 bulan 4 520.00 510.00 500.00