KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37 SKRIPSI

PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS

  KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37 SKRIPSI JUMAIN HALIM NIM. 080401003

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS

SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW) TERHADAP

  

KEKERASAN BAJA St37

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana

teknik

  

JUMAIN HALIM

NIM. 080401003

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

  ABSTRAK Ketangguhan suatu bahan sangat dipengaruhi oleh sifat fisis dan mekanik bahan tersebut.

  Namun, proses penyambungan dengan menggunakan pengelasan mengakibatkan sifat – sifat tersebut berubah. Dalam penelitian ini dilakukan pengelasan shielded metal arc welding (SMAW) pada sambungan baja St37 untuk mengetahui sifat fisis & mekanis dengan variasi diameter elektroda (2,6 mm, 3,2mm dan 4,0 mm) dan proses pendinginan yang berbeda. Setelah mengalami proses pengelasan, specimen kemudian didinginkan dengan media

  

quenching Air, Oli Mesran SAE 40 dan dengan pendinginan udara, kemudian tiap – tiap

  specimen dibersihkan untuk selanjutnya dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi Pengujian Daya Impak dengan menggunakan Mesin Uji Impact

  

Charpy , Kekerasan (Brinell Hardness Test) dan Pengujian Struktur Mikro dengan

  menggunakan Mikroskop Optik. Dari hasil pengujian, nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan media quenching Air, menggunakan diameter

  2

  2

  elektroda 2,6 mm, 3,2 mm dan 4,0 mm masing – masing adalah 0,5820 J/mm , 1,5383 J/mm ,

  2

  2,2746 J/mm dan nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan media quenching Oli Mesran SAE40, menggunakan diameter elektroda 2,6 mm, 3,2

  2

  2

  2

  mm dan 4,0 mm masing – masing adalah 1,2911J/mm , 2,0526 J/mm , 3,4991 J/mm sedangkan nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan pendinginan udara, menggunakan diameter elektroda 2,6 mm, 3,2 mm dan 4,0 mm masing –

  2

  2

  2

  masing adalah 0,9929 J/mm , 1,8263 J/mm , 2,5433 J/mm . Dari hasil pengujian kekerasan, nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 2,6 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE 40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 109 kgf/mm, 114 kgf/mm dan 135 kgf/mm. Nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 121 kgf/mm, 121 kgf/mm dan 151 kgf/mm, sedangkan nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 4,0 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 121 kgf/mm, 127 kgf/mm dan 182 kgf/mm. Dari hasil peneltian terlihat jelas bahwa media pendingin yang digunakan dalan pengelasan sangat berpengaruh terhadap nilai ketangguhan impak dan nilai hardness specimen hasil pengelasan. Kata Kunci: Baja St 37, Quenching, Impak, Hardness, Struktur Mikro.

  

ABSTRACT

Toughness of a material is influenced by the physical and mechanical properties of these

materials. However, the joining by using the welding process cause a change in the

properties. Has been conducted research by using welding shielded metal arc welding

(SMAW) in the process of joining St37 steel to determine the physical and mechanical

properties with variation of electrode diameter (2.6 mm, 3,2mm and 4,0 mm) and different

cooling processes. After the welding treatment, the specimen is subsequently cooled by water,

Mesran SAE 40 Lubricant and the air cooling, then each specimen was cleaned for further

testing. Tests were conducted in this study include Impact Testing by using Charpy Impact

Testing Machines, Hardness (Brinell Hardness Test) and Microstructures by using Optical

Microscope. The test results showed that the average value of the impact toughness obtained

for welding with water quenching medium, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm

  2

  2

  2

and 4.0 mm respectively 0.5820 J / mm , 1.5383 J / mm , 2.2746 J / mm and the average

value of the impact toughness obtained for welding with Mesran SAE40 Lubricant quenching

medium, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm and 4.0 mm respectively

  2

  2

  2

1.2911J/mm , 2.0526 J/mm , 3.4991 J/mm while the average value of the impact toughness

obtained for welding with air cooling, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm and 4.0

  2

  2

  2

mm respectively 0.9929 J/mm , 1.8263 J/mm , 2.5433 J/mm . From the results of hardness

testing, BHN values obtained for welding by using an electrode diameter of 2.6 mm for water

quenching media, Mesran SAE 40 Lubricant and air cooling respectively 109 kgf/mm, 114

kgf/mm and 135 kgf/mm. BHN values obtained for welding by using an electrode diameter of

3.2 mm for water quenching media, Mesran SAE40 Lubricant and air cooling respectively

121 kgf/mm, 121 kgf/mm and 151 kgf/mm, whereas the value obtained for the BHN welding

by using an electrode diameter of 4.0 mm for water quenching media, Mesran SAE40

Lubricant and air cooling respectively 121 kgf/mm, 127 kgf/mm and 182 kgf/mm. From the

result of research we can conclude that the cooling medium used is playing very influential

role in the welding value of impact toughness and hardness values weld specimen.

  Keyword : St 37, Quenching, Impact, Hardness, Microstructure.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat di selesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Teknik Mesin dalam menyelesaikan studi di Universitas Sumateraa Utara.

  Adapun judul dari skripsi ini adalah “PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW) TERHADAP KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37”

  Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar- besarnya kepada:

  1. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak memberi masukan, kepercayaan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini.

  2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara beserta seluruh Dosen dan Staf administrasi.

  3. Kedua orang tua penulis, Masrin Rambe dan Suherni, yang telah banyak memberikan materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga saya dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.

  4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai, Kak Sonta, Kak Ika, Bang Syawal di Departemen Teknik Mesin USU.

  5. Bang Sarjana, Bang Rustam, Bang Lilik, dan Bang Andi yang telah banyak memberi dukungan dan membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

  6. Teman Satu team, Edison I Manurung, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dan setia menemani dalam duka maupun suka dalam penyelesain tugas skripsi ini, 7. Kepada teman-teman seperjuangan penulis yaitu Satahi Naibaho, Yansen Hasibuan,

  M.Rislandi Tarigan (Bob) yang setia menemani dan memberikan masukan saat penelitian ini dilaksanakan.

  8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin USU khususnya teman-teman angkatan 2008 yang banyak memberi motivasi serta dukungannya.

  9. Kepada Andrian Anshari, abang-abang, Bang Budi yang telah memberikan semangat kawan-kawan: Risman Sitompul, Alex Perwira, Sony, Dani (ucuy) yang sering memberi dukungan kepada saya

10. Adek-adek saya yang memberi pertolongan: Hajairin Halim, Rinaldi Yarta, Rahmat, Idam, Sulaiman, Saiful Anwar Matondang.

  Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama di bangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

  Medan, Februari 2015 Penulis,

  JUMAIN HALIM NIM : 080401003

  DAFTAR ISI

  Halaman Abstrak ……………………………………………………………………........................ i Abstract ……………………………………………………………………........................ ii Kata pengantar ……………………………………………………………..................... iii Daftar Isi……………………………………………………………………....................... v Daftar Gambar …………………………………………………………….................... viii Daftar Tabel ……………………………………………………………….................... x Daftar Notasi ……………………………………………………………….................... xi Daftar Lampiran ……………………………………………………………................. xii

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ……………………………………………............... 1 1.2. Rumusan Masalah…………………………………………............. 2 1.3. Tujuan Penelitian …………………………………………….......... 2 1.4. Batasan Masalah ……………………………………………..........

  2 1.5. Manfaat Penelitian…………………………………………............ 3 1.6.

  Sistematika Penulisan ……………………………………….......

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.

  PENGELASAN ……………………………………………........ ........ 4

  2.1.1 Oxyfuel Gas Welding (OFW)………………………....... 5

  2.1.2 Arc Welding (AW) …………………………………......... 5 a.

  Shielded Metal Arc Welding (SMAW)……………... 6 b. Gas Shielded Arc Welding (GSAW)………………....

  6 2.2. PRINSIP KERJA LAS LISTRIK …………………………............

  7 2.3.

  8

  2.4.

  8 ELEKTRODA …………………………………………….................

  2.5.

  10 PENEGLASAN BAJA KARBON ……………………….............

  2.6.

  11 DAERAH PENGARUH PANAS (HAZ)…………………........

  2.7.

  12 BAJA……………………………………………………….

  2.7.1 Struktur Baja ……………………………………….

  12

  2.7.2 Karakteristik Material …………………………

  12 2.7.3 Baja St37 …………………………………………..

  14 2.8.

  14 PERLAKUAN PANAS …………………………………….

  2.9. QUENCHING…………………………………………………… 17 2.9.1.

  18 Udara ………………………………………………..

  2.9.2.

  18 Air …………………………………………………..

  2.9.3.

  19 Oli …………………………………………………..

  2.10.

  20 Pengujian Hasil Pengelasan ………………………………...

  2.10.1

  20 Uji Impak …………………………………………...

  2.10.2

  22 Mesin Uji Impak ……………………………………

  2.10.3

  24 Jenis Patahan ……………………………………….

  2.10.4

  25 Uji Kekerasan (Hardness)…………………………..

  2.10.5

  28 Uji Struktur Mikro ………………………………….

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. ………………………………30

  Waktu dan Tempat Penelitian

  3.1.1

  30 Waktu ………………………………………………

  3.1.2

  30 Tempat ……………………………………………..

  3.2.

  30 Metode Pembuata Spesimen ……………………………….

  3.2.1.

  30 Persiapan Alat dan Bahan …………………………. 3.3. ……………………………………… 33

  Metodologi Penelitian 3.4.

  34 Variable – Variable Penelitian ……………………………..

  3.5.

  34 Spesimen …………………………………………………...

  3.5.1

  35 Pembentukan Spesimen ……………………………

  3.5.2

  36 Elektroda …………………………………………...

  3.6.

  37 Proses Pengujian ……………………………………………

  3.6.1

  37 Pengujian Impak…………………………………….

  3.6.2

  39 Pengujian Hardness...............................................

  3.6.3

  40 Pengujian Struktur Mikro ……………………….

  3.7.

  41 Diagram Alir Penelitian……………………………………....

  BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.

  42 Pendahuluan …………………………………………………......

  4.2.

  42 Hasil Pengujian …………………………………………….......

  4.2.1.

  42 Hasil Pengujian Impak ……………………………

  a)

  42 Dengan menggunakan quenchant Air…………….

  b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40.46

  c)

  51 Dengan menggunakan pendinginan Udara……….

  4.2.2.

  55 Hasil Uji Kekerasan (Hardness)…………………..

  a)

  55 Dengan menggunakan quenchant Air………………

  b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40 58

  c)

  63 Dengan menggunakan pendinginan Udara……….

  4.2.3.

  66 Hasil Photo Mikro …………………………………........

  a) Dengan menggunakan quenchant Air…………………. 66

  b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40.69

  c) Dengan menggunakan pendinginan Udara………….. 71

  BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.

  74 Kesimpulan …………………………………………………............

  5.2.

  75 Saran ………………………………………………………................. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

   DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1 Peralatan Oxyfuel Gas Welding …………………………….. 5Gambar 2.2 Peralatan Shielded Metal Arc Welding (SMAW)……………

  6 Gambar 2.3 Peralatan Gas Shielded Metal Arc Welding (GSAW)………. 6 Gambar 2.4 Elektroda Las ……………………………………………….

  9 Gambar 2.5 Daerah Las ………………………………………………….

  11 Gambar 2.6 Diagram fasa besi-karbon …………………………………..

  12 Gambar 2.7 Diagram Keseimbangan Fe-Fe

  16 Gambar 2.8 Kurva Pendinginan pada diagram TTT (time-temperature transformation) …………………………

3 C …………………………..

  22 Gambar 2.10 Sifat-sifat Patahan (a) Patahan getas, (b) Patahan liat dan (c) Patahan campuran ………………………………….. 25

  39 Gambar 3.14 Brinnel Test …………………………………………………

  52

  51 Gambar 4.10 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ………………………………………………

  50 Gambar 4.9 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm ……………………………………………....

  48 Gambar 4.8 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak…………………………..

  47 Gambar 4.7 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm……………………………………………….

  47 Gambar 4.6 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ……………………………………………...

  46 Gambar 4.5 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm ……………………………………………..

  44 Gambar 4.4 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak ………………………….

  43 Gambar 4.3 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm ……………………………………………….

  43 Gambar 4.2 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ………………………………………………

Gambar 4.1 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm ………………………………………………

  39 Gambar 3.15 Spesimen sebelum dietsa (A) & Spesime setelah dietsa (B)40

  38 Gambar 3.12 Jarum Skala ………………………………………………….

Gambar 2.11 Brinnell Test ………………………………………………..

  38 Gambar 3.11 Trigger ………………………………………………………

  38 Gambar 3.10 Tool Pemutar Bandul ……………………………………….

  37 Gambar 3.9 Tumpuan Spesimen …………………………………………..

  19 Gambar 2.9 Mesin Uji Impak Charpy ……………………………………

  35 Gambar 3.7 Kawat Elektroda dan Proses Pengelasan ……………………..

  33 Gambar 3.6 Bentuk Dan Ukuran Spesimen ……………………………….

  33 Gambar 3.5 Mikroskop Optik ……………………………………………..

  32 Gambar 3.4 Mesin Skrap ………………………………………………….

  31 Gambar 3.3 Mesin Las …………………………………………………….

  30 Gambar 3.2 Gerinda Tangan ………………………………………………

  28 Gambar 3.1 Gergaji besi …………………………………………………..

  26 Gambar 2.12 Mikroskop Optik ……………………………………………

  36 Gambar 3.8 Mesin impak Charpy …………………………………………

  diameter 4,0 mm ………………………………………………

  52 Gambar 4.12 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak………………………….

  54 Gambar 4.13 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm………. 56

Gambar 4.14 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm………. 56Gambar 4.15 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm………. 57Gambar 4.16 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda……………… 57Gambar 4.17 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 60Gambar 4.18 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm……... 60Gambar 4.19 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 61Gambar 4.20 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda...…………… 61Gambar 4.21 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 63Gambar 4.22 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm……... 64Gambar 4.23 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 64Gambar 4.24 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda ……………... 65Gambar 4.25 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..67Gambar 4.26 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....68Gambar 4.27 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....68Gambar 4.28 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..69Gambar 4.29 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm…………..70Gambar 4.30 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....71Gambar 4.31 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..71Gambar 4.32 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....72Gambar 4.33 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm.………….73

  Halaman

Tabel 4.1 Hasil pengujian impak pada spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm …………………………42Tabel 4.2 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ……………………….

  43 Tabel 4.3 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ……………………….

  43 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Data Impak (media quenching Air) …………………45

Tabel 4.5 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 2,6 mm ………………………

  46 Tabel 4.6 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ……………………….

  47 Tabel 4.7 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ………………………..

  47 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Data Impak (media quenching Oli Mesran SAE40) …49

Tabel 4.9 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 2,6 mm ……………………….

  51 Tabel 4.10 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ………………………..

  51 Tabel 4.11 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ……………………….

  52 Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Data Impak (Media Pendingin Udara) …………….54

Tabel 4.13 Hasil Pengujian Kekerasan (Media Quenching Air) …………………. 55Tabel 4.14 Hasil Pengujian Kekarasan (Media Quenching Oli Mesran SAE40) …59Tabel 4.15 Hasil Pengujian Kekarasan (Pendinginan Udara) ……………………. 63

DAFTAR NOTASI

  A = Luas penampang (mm

  2

  )

  i = Kuat Arus (ampere) t = Waktu (detik)

  Ep = Energi potensial (joule) Em = Energi mekanik (joule) m = Berat pendulum (Kg) g = Gravitasi (9,81 m/s²) h

  1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

  h

  2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)

  λ = Jarak lengan pengayun (m) cos α = Sudut posisi awal pendulum (0°) cos β = Sudut posisi akhir pendulum (0°)

  I = Nilai ketangguhan impak (J/mm²) E = Energi yang diserap (J) D = Diameter bola (mm) d = Impression diameter (mm) F = Load (beban) (Kgf) HB = Brinnel Result (HB) m = Massa

  (Kg)