Karakterisasi Material Paduan Super Pada Sudu Turbin Pesawat Terbang BAB 0
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
SKRIPSI
Oleh:
HERLINA OKY YULIATI
K2512042
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI 2016
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
SKRIPSI
Oleh:
HERLINA OKY YULIATI
K2512042
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI 2016
commit to user
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN KEASLIAN TULIASAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Jurusan/ Prodi
: Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan/ Pendidikan Teknik
Mesin
Menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “KARAKTERISASI MATERIAL
PADUAN SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG” ini benarbenar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang
dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan tercantum dalam daftar
pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil
jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, 18 Juni 2016
Yang membuat pernyataan
Herlina Oky Yuliati
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
Oleh:
Herlina Oky Yuliati
K2512042
Skripsi
diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI to
2016
commit
user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSETUJUAN
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Judul Skripsi : Karakterisasi Material Paduan Super Pada Sudu Turbin
Pesawat Terbang
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji
Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Persetujuan Pembimbing
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Suharno, S.T., M.T.
Yuyun Estrianto, S.T., M.T.
NIP. 19710603 200604 1 001
NIP. 19780113 200212 1 009
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGESAHAN SKRIPSI
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Judul Skripsi
: Karakterisasi Material Sudu Turbin Pesawat Terbang
Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari
Senin, tanggal 25 Juli 2016 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan.
Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Penguji.
Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji:
Nama Penguji
Tanda
Tangan
Tanggal
Ketua
:
Budi Harjanto, S.T., M. Eng
.................
.............
Sekretaris
:
Dr. Eng. Nyeyep Sriwardani, S.T., M.T.
.................
............
Anggota I
:
Dr. Suharno, S.T., M.T.
.................
.............
Anggota II
:
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.
.................
............
Mengesahkan,
Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Kepala Program Studi
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pendidikan Teknik Mesin
Prof. Joko Nurkamto, M. Pd.
NIP. 19610124 198702 1 001
Dr. Suharno, S. T., M. T.
NIP. 19710603 200604 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
Herlina Oky Yuliati. K2512042. KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN
SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG. Skripsi, Surakarta:
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Juni 2016.
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui komposisi kimia dari
material sudu turbin pesawat terbang; (2) mengetahui struktur mikro dari material
sudu turbin pesawat terbang; (3) mengetahui tingkat kekerasan pada material sudu
turbin pesawat terbang dengan menggunakan pengujian kekerasan Vickers; dan
(4) mengetahui material standar apa yang digunakan pada sudu turbin pesawat
terbang.
Populasi dalam penelitian ini adalah sudu turbin pesawat terbang yang
sudah terpakai. Sampel dalam penelitian ini adalah potongan dari sudu turbin
dengan teknik pengambilan sampel purposive sampling. Jumlah sampel dalam
penelitian ini ada 1 buah sampel untuk pengujian komposisi kimia, 1 buah sampel
untuk pengujian kekerasanVickers, dan 1 buah sampel untuk pengamatan struktur
mikro. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Teknik pengumpulan data
dalam penelitian ini dengan menggunakan metode dokumentasi yang berupa data
nilai kekerasan dan gambar struktur mikro dan observasi yang dilakukan dengan
cara pengamatan langsung saat dilakukannya pengujian. Analisis data pada uji
komposisi kimia menggunakan alat uji spektrometri, uji struktur mikro dengan
alat uji metalografi dengan pembesaran 200x, dan uji kekerasan dengan alat uji
kekerasan makro Vickers.
Hasil penelitian adalah sebagai berikut, pertama hasil uji komposisi
kimia dengan dominasi unsur Ni mencapai 63.65%, Cr 12.49%, dan Co 9.07%
menunjukkan bahwa specimen uji termasuk material paduan super berbasis nikel.
Kedua, material paduan super dengan kandungan Ni mencapai 63.65%, Cr
12.49%, dan Co 9.07%, diduga kuat merupakan material metal Rene 95 nickel
based superalloy. Ketiga, pengujian komposisi kimia menunjukkan struktur fasa
yang terdapat pada material sudu turbin pesawat adalah fasa ɣ dan fasa ɣ’ yang
memiliki mekanisme penguatan yang sama dengan komposit dimana fasa ɣ
sebagai matriks dan fasa ɣ’ sebagai penguat. Fasa ɣ’ merupakan Ni 3 Al atau
Ni 3 Nb dan Ni 3 Ti. Keempat, hasil uji kekerasan dari ujung ke pangkal spesimen
dengan jarak masing-masing titik 3,5 mm adalah 623 VHN, 297 VHN , 297 VHN,
309 VHN ,366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, dan 322 VHN. Angka kekerasan dari
8 titik uji menunjukan adanya perbedaan yang signifikan pada bagian tepi dengan
yang lain. Diidentifikasi hasil uji kekerasan pada material sudu turbin pesawat
menunjukkan adanya anomali permukaan, karena angka kekerasan pada bagian
permukaan hampir mencapai dua kali lipat dari bagian yang lain. Diduga pada
bagian permukaan sudu turbin telah mengalami pengerasan permukaan.
Kata Kunci
metalografi
Rene 95, komposisi kimia, Vickers,
: paduan super, nikel,
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Herlina Oky Yuliati. K2512042. CHARACTERIZATION OF SUPER
ALLOY MATERIAL IN AIRCRAFT TURBINE BLADE. Mini-Thesis,
Surakarta: Faculty of Teacher Training and Education, Sebelas Maret University,
June 2016.
This study aims to (1) determine the chemical composition of the material
aircraft turbine blades; (2) to investigate the microstructure of the material
aircraft turbine blades; (3) determine the level of hardness on the aircraft turbine
blade material using Vickers hardness testing; and (4) determine what standard
material used in aircraft turbine blades.
The population in this study is the aircraft turbine blades which have been
already used. The sample in this study is pieces of the turbine blades with a
purposive sample technique. The number of the sample in this study is 1 sample
for chemical composition testing, 1 sample for Vickers hardness testing, and 1
sample for microstructure observation. This research used experimental method.
The data collection technique in this study is using data in the form of
documentation that contains of the hardness scores and microstructure images
and observation made by direct observation when the testing were performed.
Analysis of data on the chemical composition testing using spectrometry test
equipment, microstructure testing is using metallographic test instrument with
200x magnification, and a hardness test with macro Vickers hardness tester.
The result of the study are as follows: First, the result of the chemical
composition test with the dominant element Ni reached 63.65%, Cr 12:49%, and
Co 9:07% indicated that the test specimen including material nickel-based super
alloys. Second, the super alloys material with containing element Ni reached
63.65%, Cr 12:49%, and Co 9:07%, were thought that were 95 metal material
nickel-based super alloys. Third, the chemical composition test showed the phase
structure contained in aircraft turbine blade material is ɣ phase (gamma phase)
and ɣ' phase (gamma prime phase) which has the same mechanism as the
composite where ɣ as matrix phase and phase ɣ' as a reinforcement. ɣ’ phase was
alleged as an Ni 3 Al or Ni 3 Ti or Ni 3 Nb. Fourth, the hardness test results from the
tip to the base of the specimen with the distance to each point of 3.5 mm is 623
VHN, 297 VHN, 297 VHN, 309 VHN, 366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, and 322
VHN. The number of hardness of 8 test points showed that there were significant
differences on the edge with the other. Being identified the hardness test results on
the aircraft turbine blade material showed a surface anomaly, because the level of
the hardness on the part of the surface of nearly twice that of the other. It was
thought that on the surface of the turbine blade has undergone a hardening
surface.
Keywords
: superalloy, nickel, Rene 95, chemical composition, Vickers,
metallography
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan akan datang kemudahan
Maka kerjakanlah urusanmu dengan sungguh-sungguh
Dan hanya kepada Allah kamu berharap (QS. Al-Insyrah: 6-8)
There is an effort there is a chance.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
Allah SWT
Alhamdulillah, terimakasih untuk segala ilmu dan motivasi yang terus menerus
tercurah.
Ibu dan almarhum Bapak
Terimakasih untuk selalu memberikan kasih sayang dan support dalam segala
bentuk yang tidak pernah berhenti. Terimakasih sudah selalu menjadi orang tua
terhebat yang saya punya.
Nurul
Agustin
Widasmara,
Hanafiah
Widhiatmoko,
Azaria
Nafilla
Alamsyah
Terimakasih karena keberisikan kalian secara tidak langsung sangat memotivasi
saya untuk segera mengakhiri masa-masa ini. I love you most!
Desy Dwi Haryanti, Riska Putri, dan Dety Pratama
Terimakasih atas semangat yang telah kalian berikan selama ini. Terimaksih untuk
waktu main-main dan begadang barengnya. Semangat buat dapet predikat
HALAL girls!
Hafiidhiya Janata Areisy
Terimaksih untuk kebersamaannya, terimakasih untuk bantuan dan dukungannya
dalam penulisan skripsi ini, sahabat.
Agus, Aping, Yahya.
Terimakasih telah banyak membantu mulai dari awal penelitian sampai dengan
berakhirnya skripsi ini.
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Kamu
Terimakasih untuk dukungan yang tidak pernah terputus. Terimakasih sudah
membuktikan bahwa jarak bukanlah halangan untuk menjadikan dukungan itu
berhenti mengalir. Terimakasih, semoga Allah senantiasa menjagamu.
Teman-teman PTM 2012.
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Allah SWT, karena telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya berupa ilmu, inspirasi, kesehatan, dan
keselamatan. Atas kehendak-Nya peneliti dapat menyelesaikan skripsi dengan
judul “KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER PADA SUDU
TURBIN PESAWAT TERBANG”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk
mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan,
bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti menyampaikan
terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Joko Nur Kamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Suharno, S.T., M.T., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.
Dr. Suharno, S.T., M.T., selaku pembimbing I yang selalu memberikan
bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang selalu memberikan
motivasi dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.
5. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T., selaku Staff Lab Bahan Teknik D3 Universitas
Gajah Mada yang telah memberi kesempatan dan juga bantuan guna
terlaksananya penelitian.
Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan hal
ini antara lain karena keterbatasan peneliti. Meskipun demikian, peneliti berharap
semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu.
Surakarta, 18 Juni 2016
commit to user
xi
Peneliti
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL...........................................................................................
i
HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ ii
HALAMAN PENGAJUAN ................................................................................ iii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iv
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................. v
HALAMAN ABSTRAK..................................................................................... vi
HALAMAN ABSTRACT .................................................................................... vii
HALAMAN MOTTO ......................................................................................... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... ix
KATA PENGANTAR ........................................................................................ xi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ................................................................................ 4
C. Pembatasan Masalah ............................................................................... 4
D. Rumusan Masalah ................................................................................... 5
E. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5
F. Manfaat Penelitian .................................................................................. 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS
A. Kajian Pustaka......................................................................................... 7
1. Sifat Fisik dan Mekanik Bahan ......................................................... 7
2. Struktur Kristal .................................................................................. 8
3. Diagram Fasa .................................................................................... 11
commit to user
4. Turbin Gas .........................................................................................
15
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5. Material Paduan Super ...................................................................... 16
6. Pengujian Komposisi Kimia ............................................................. 21
7. Pengujian Struktur Mikro ................................................................. 22
8. Pengujian Kekerasan ......................................................................... 24
9. Uji Kekerasan Vickers ....................................................................... 26
B. Kerangka Berpikir ................................................................................... 27
C. Hipotesis.................................................................................................. 28
BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 29
1. Tempat Penelitian.............................................................................. 29
2. Waktu Penelitian ............................................................................... 29
B. Desain Penelitian..................................................................................... 30
C. Populasi dan Sampel ............................................................................... 30
D. Teknik Pengambilan Sampel................................................................... 31
E. Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 31
1. Sumber data....................................................................................... 31
2. Pelaksanaan Eksperimen ................................................................... 31
F. Teknik Analisis Data ............................................................................... 32
1. Analisis Komposisi Kimia ................................................................ 32
2. Analisis Struktur Mikro .................................................................... 32
3. Analisis Kekerasan ............................................................................ 32
G. Prosedur Penelitian.................................................................................. 33
1. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33
2. Urutan Langkah penelitian ................................................................ 33
a. Tahap Studi Awal Penelitian....................................................... 33
b. Pembuatan Spesimen Uji ............................................................ 34
c. Pengujian Spesimen .................................................................... 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
commit to user
A. Hasil Penelitian ......................................................................................
38
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
1. Deskripsi Data ................................................................................... 38
a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 38
b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 39
c. Uji Kekerasan .............................................................................. 40
2. Hasil Uji Hipotesis ............................................................................ 41
a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 41
b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 41
c. Uji Kekerasan .............................................................................. 42
B. Pembahsan .............................................................................................. 42
1. Hasil Analisis Data Uji Komposisi Kimia ........................................ 42
2. Hasil Analisis Data Uji Struktur Mikro ............................................ 45
3. Hasil Analisis Uji Kekerasan ............................................................ 52
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN
A. Simpulan ................................................................................................. 56
B. Implikasi .................................................................................................. 57
C. Saran........................................................................................................ 57
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59
LAMPIRAN ........................................................................................................ 61
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 29
4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 39
4.2 Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 41
4.3 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 43
4.4 Spesifikasi Material Rene 95 ......................................................................... 44
4.5 Diagonal Rata-Rata Titik Uji ........................................................................ 53
4.6 Hasil Angka Kekerasan Sudu ....................................................................... 53
commit to user
xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Struktur Krisrtal dalam Sistem Sumbu X,Y, dan Z ................................... 8
2.2
Struktur Kristal BCC.................................................................................. 9
2.3
Struktur Kristal FCC.................................................................................. 10
2.4
Struktur Kristal HCP ................................................................................. 11
2.5
Diagram Terner .......................................................................................... 12
2.6
Diagram Terner .......................................................................................... 13
2.7
Contoh Diagram Fasa Terner untuk Ni, Co, Cr ......................................... 15
2.8
Turbin Gas ................................................................................................. 15
2.9
Komposisi Kimia Sudu Turbin .................................................................. 17
2.10 Kekuatan Stress-pecah Paduan Super ........................................................ 18
2.11 Struktur Kristal Beberapa Jenis Logam Paduan ........................................ 20
2.12 Struktur Mikro Super Alloy Setelah Di Aging ........................................... 23
2.13 Prinsip Pengujian Kekerasan Vickers ......................................................... 25
2.14 Skema Indentasi Vickers ............................................................................. 27
2.15 Paradigma Penelitian................................................................................... 28
3.1 Diagram Alir Tahapan Penelitian.................................................................. 33
3.2 Alat Uji Metalografi ...................................................................................... 36
3.3. Alat Uji Macro Hardness Vickers ................................................................ 37
4.1 Posisi Pengambilan Foto Mikro pada Spesimen ........................................... 46
4.2 Foto Mikro pada Bagian Ujung 1.................................................................. 46
4.3 Foto Mikro pada Bagian Ujung 2.................................................................. 47
4.4 Foto Mikro pada Bagian Tengah 1................................................................ 49
4.5 Foto Mikro pada Bagian Tengah 2................................................................ 49
4.6 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 1 .............................................................. 50
4.7 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 2 ............................................................... 51
4.8 Spesimen Uji Kekerasan Vickers .................................................................. 52
4.9 Histogram Kekerasan Makro Vickers ........................................................... 54
commit to user
xvi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 61
2. Hasil Perhitungan Uji Kekerasan .................................................................. 62
3. Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 64
4. Hasil Pengamatan Struktur Mikro ................................................................. 65
5. Foto Pemotongan Spesimen .......................................................................... 66
6. Foto Pengujian Struktur Mikro ..................................................................... 67
7. Permohonan Izin Menyusun Skripsi ............................................................. 68
8. Permohonan Izin Penelitian .......................................................................... 69
9. Surat Keputusan Menyusun Skripsi .............................................................. 70
10. Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian ........................................ 71
11. Daftar Hadir Seminar Proposal ..................................................................... 72
commit to user
xvii
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
SKRIPSI
Oleh:
HERLINA OKY YULIATI
K2512042
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI 2016
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
SKRIPSI
Oleh:
HERLINA OKY YULIATI
K2512042
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI 2016
commit to user
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN KEASLIAN TULIASAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Jurusan/ Prodi
: Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan/ Pendidikan Teknik
Mesin
Menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “KARAKTERISASI MATERIAL
PADUAN SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG” ini benarbenar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang
dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan tercantum dalam daftar
pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil
jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, 18 Juni 2016
Yang membuat pernyataan
Herlina Oky Yuliati
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER
PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG
Oleh:
Herlina Oky Yuliati
K2512042
Skripsi
diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
JULI to
2016
commit
user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSETUJUAN
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Judul Skripsi : Karakterisasi Material Paduan Super Pada Sudu Turbin
Pesawat Terbang
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji
Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Persetujuan Pembimbing
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Suharno, S.T., M.T.
Yuyun Estrianto, S.T., M.T.
NIP. 19710603 200604 1 001
NIP. 19780113 200212 1 009
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGESAHAN SKRIPSI
Nama
: Herlina Oky Yuliati
NIM
: K2512042
Judul Skripsi
: Karakterisasi Material Sudu Turbin Pesawat Terbang
Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari
Senin, tanggal 25 Juli 2016 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan.
Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Penguji.
Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji:
Nama Penguji
Tanda
Tangan
Tanggal
Ketua
:
Budi Harjanto, S.T., M. Eng
.................
.............
Sekretaris
:
Dr. Eng. Nyeyep Sriwardani, S.T., M.T.
.................
............
Anggota I
:
Dr. Suharno, S.T., M.T.
.................
.............
Anggota II
:
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.
.................
............
Mengesahkan,
Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Kepala Program Studi
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pendidikan Teknik Mesin
Prof. Joko Nurkamto, M. Pd.
NIP. 19610124 198702 1 001
Dr. Suharno, S. T., M. T.
NIP. 19710603 200604 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
Herlina Oky Yuliati. K2512042. KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN
SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG. Skripsi, Surakarta:
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Juni 2016.
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui komposisi kimia dari
material sudu turbin pesawat terbang; (2) mengetahui struktur mikro dari material
sudu turbin pesawat terbang; (3) mengetahui tingkat kekerasan pada material sudu
turbin pesawat terbang dengan menggunakan pengujian kekerasan Vickers; dan
(4) mengetahui material standar apa yang digunakan pada sudu turbin pesawat
terbang.
Populasi dalam penelitian ini adalah sudu turbin pesawat terbang yang
sudah terpakai. Sampel dalam penelitian ini adalah potongan dari sudu turbin
dengan teknik pengambilan sampel purposive sampling. Jumlah sampel dalam
penelitian ini ada 1 buah sampel untuk pengujian komposisi kimia, 1 buah sampel
untuk pengujian kekerasanVickers, dan 1 buah sampel untuk pengamatan struktur
mikro. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Teknik pengumpulan data
dalam penelitian ini dengan menggunakan metode dokumentasi yang berupa data
nilai kekerasan dan gambar struktur mikro dan observasi yang dilakukan dengan
cara pengamatan langsung saat dilakukannya pengujian. Analisis data pada uji
komposisi kimia menggunakan alat uji spektrometri, uji struktur mikro dengan
alat uji metalografi dengan pembesaran 200x, dan uji kekerasan dengan alat uji
kekerasan makro Vickers.
Hasil penelitian adalah sebagai berikut, pertama hasil uji komposisi
kimia dengan dominasi unsur Ni mencapai 63.65%, Cr 12.49%, dan Co 9.07%
menunjukkan bahwa specimen uji termasuk material paduan super berbasis nikel.
Kedua, material paduan super dengan kandungan Ni mencapai 63.65%, Cr
12.49%, dan Co 9.07%, diduga kuat merupakan material metal Rene 95 nickel
based superalloy. Ketiga, pengujian komposisi kimia menunjukkan struktur fasa
yang terdapat pada material sudu turbin pesawat adalah fasa ɣ dan fasa ɣ’ yang
memiliki mekanisme penguatan yang sama dengan komposit dimana fasa ɣ
sebagai matriks dan fasa ɣ’ sebagai penguat. Fasa ɣ’ merupakan Ni 3 Al atau
Ni 3 Nb dan Ni 3 Ti. Keempat, hasil uji kekerasan dari ujung ke pangkal spesimen
dengan jarak masing-masing titik 3,5 mm adalah 623 VHN, 297 VHN , 297 VHN,
309 VHN ,366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, dan 322 VHN. Angka kekerasan dari
8 titik uji menunjukan adanya perbedaan yang signifikan pada bagian tepi dengan
yang lain. Diidentifikasi hasil uji kekerasan pada material sudu turbin pesawat
menunjukkan adanya anomali permukaan, karena angka kekerasan pada bagian
permukaan hampir mencapai dua kali lipat dari bagian yang lain. Diduga pada
bagian permukaan sudu turbin telah mengalami pengerasan permukaan.
Kata Kunci
metalografi
Rene 95, komposisi kimia, Vickers,
: paduan super, nikel,
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Herlina Oky Yuliati. K2512042. CHARACTERIZATION OF SUPER
ALLOY MATERIAL IN AIRCRAFT TURBINE BLADE. Mini-Thesis,
Surakarta: Faculty of Teacher Training and Education, Sebelas Maret University,
June 2016.
This study aims to (1) determine the chemical composition of the material
aircraft turbine blades; (2) to investigate the microstructure of the material
aircraft turbine blades; (3) determine the level of hardness on the aircraft turbine
blade material using Vickers hardness testing; and (4) determine what standard
material used in aircraft turbine blades.
The population in this study is the aircraft turbine blades which have been
already used. The sample in this study is pieces of the turbine blades with a
purposive sample technique. The number of the sample in this study is 1 sample
for chemical composition testing, 1 sample for Vickers hardness testing, and 1
sample for microstructure observation. This research used experimental method.
The data collection technique in this study is using data in the form of
documentation that contains of the hardness scores and microstructure images
and observation made by direct observation when the testing were performed.
Analysis of data on the chemical composition testing using spectrometry test
equipment, microstructure testing is using metallographic test instrument with
200x magnification, and a hardness test with macro Vickers hardness tester.
The result of the study are as follows: First, the result of the chemical
composition test with the dominant element Ni reached 63.65%, Cr 12:49%, and
Co 9:07% indicated that the test specimen including material nickel-based super
alloys. Second, the super alloys material with containing element Ni reached
63.65%, Cr 12:49%, and Co 9:07%, were thought that were 95 metal material
nickel-based super alloys. Third, the chemical composition test showed the phase
structure contained in aircraft turbine blade material is ɣ phase (gamma phase)
and ɣ' phase (gamma prime phase) which has the same mechanism as the
composite where ɣ as matrix phase and phase ɣ' as a reinforcement. ɣ’ phase was
alleged as an Ni 3 Al or Ni 3 Ti or Ni 3 Nb. Fourth, the hardness test results from the
tip to the base of the specimen with the distance to each point of 3.5 mm is 623
VHN, 297 VHN, 297 VHN, 309 VHN, 366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, and 322
VHN. The number of hardness of 8 test points showed that there were significant
differences on the edge with the other. Being identified the hardness test results on
the aircraft turbine blade material showed a surface anomaly, because the level of
the hardness on the part of the surface of nearly twice that of the other. It was
thought that on the surface of the turbine blade has undergone a hardening
surface.
Keywords
: superalloy, nickel, Rene 95, chemical composition, Vickers,
metallography
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan akan datang kemudahan
Maka kerjakanlah urusanmu dengan sungguh-sungguh
Dan hanya kepada Allah kamu berharap (QS. Al-Insyrah: 6-8)
There is an effort there is a chance.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
Allah SWT
Alhamdulillah, terimakasih untuk segala ilmu dan motivasi yang terus menerus
tercurah.
Ibu dan almarhum Bapak
Terimakasih untuk selalu memberikan kasih sayang dan support dalam segala
bentuk yang tidak pernah berhenti. Terimakasih sudah selalu menjadi orang tua
terhebat yang saya punya.
Nurul
Agustin
Widasmara,
Hanafiah
Widhiatmoko,
Azaria
Nafilla
Alamsyah
Terimakasih karena keberisikan kalian secara tidak langsung sangat memotivasi
saya untuk segera mengakhiri masa-masa ini. I love you most!
Desy Dwi Haryanti, Riska Putri, dan Dety Pratama
Terimakasih atas semangat yang telah kalian berikan selama ini. Terimaksih untuk
waktu main-main dan begadang barengnya. Semangat buat dapet predikat
HALAL girls!
Hafiidhiya Janata Areisy
Terimaksih untuk kebersamaannya, terimakasih untuk bantuan dan dukungannya
dalam penulisan skripsi ini, sahabat.
Agus, Aping, Yahya.
Terimakasih telah banyak membantu mulai dari awal penelitian sampai dengan
berakhirnya skripsi ini.
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Kamu
Terimakasih untuk dukungan yang tidak pernah terputus. Terimakasih sudah
membuktikan bahwa jarak bukanlah halangan untuk menjadikan dukungan itu
berhenti mengalir. Terimakasih, semoga Allah senantiasa menjagamu.
Teman-teman PTM 2012.
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Allah SWT, karena telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya berupa ilmu, inspirasi, kesehatan, dan
keselamatan. Atas kehendak-Nya peneliti dapat menyelesaikan skripsi dengan
judul “KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER PADA SUDU
TURBIN PESAWAT TERBANG”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk
mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan,
bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti menyampaikan
terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Joko Nur Kamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Suharno, S.T., M.T., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.
Dr. Suharno, S.T., M.T., selaku pembimbing I yang selalu memberikan
bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang selalu memberikan
motivasi dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.
5. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T., selaku Staff Lab Bahan Teknik D3 Universitas
Gajah Mada yang telah memberi kesempatan dan juga bantuan guna
terlaksananya penelitian.
Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan hal
ini antara lain karena keterbatasan peneliti. Meskipun demikian, peneliti berharap
semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu.
Surakarta, 18 Juni 2016
commit to user
xi
Peneliti
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL...........................................................................................
i
HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ ii
HALAMAN PENGAJUAN ................................................................................ iii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iv
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................. v
HALAMAN ABSTRAK..................................................................................... vi
HALAMAN ABSTRACT .................................................................................... vii
HALAMAN MOTTO ......................................................................................... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... ix
KATA PENGANTAR ........................................................................................ xi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ................................................................................ 4
C. Pembatasan Masalah ............................................................................... 4
D. Rumusan Masalah ................................................................................... 5
E. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5
F. Manfaat Penelitian .................................................................................. 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS
A. Kajian Pustaka......................................................................................... 7
1. Sifat Fisik dan Mekanik Bahan ......................................................... 7
2. Struktur Kristal .................................................................................. 8
3. Diagram Fasa .................................................................................... 11
commit to user
4. Turbin Gas .........................................................................................
15
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5. Material Paduan Super ...................................................................... 16
6. Pengujian Komposisi Kimia ............................................................. 21
7. Pengujian Struktur Mikro ................................................................. 22
8. Pengujian Kekerasan ......................................................................... 24
9. Uji Kekerasan Vickers ....................................................................... 26
B. Kerangka Berpikir ................................................................................... 27
C. Hipotesis.................................................................................................. 28
BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 29
1. Tempat Penelitian.............................................................................. 29
2. Waktu Penelitian ............................................................................... 29
B. Desain Penelitian..................................................................................... 30
C. Populasi dan Sampel ............................................................................... 30
D. Teknik Pengambilan Sampel................................................................... 31
E. Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 31
1. Sumber data....................................................................................... 31
2. Pelaksanaan Eksperimen ................................................................... 31
F. Teknik Analisis Data ............................................................................... 32
1. Analisis Komposisi Kimia ................................................................ 32
2. Analisis Struktur Mikro .................................................................... 32
3. Analisis Kekerasan ............................................................................ 32
G. Prosedur Penelitian.................................................................................. 33
1. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33
2. Urutan Langkah penelitian ................................................................ 33
a. Tahap Studi Awal Penelitian....................................................... 33
b. Pembuatan Spesimen Uji ............................................................ 34
c. Pengujian Spesimen .................................................................... 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
commit to user
A. Hasil Penelitian ......................................................................................
38
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
1. Deskripsi Data ................................................................................... 38
a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 38
b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 39
c. Uji Kekerasan .............................................................................. 40
2. Hasil Uji Hipotesis ............................................................................ 41
a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 41
b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 41
c. Uji Kekerasan .............................................................................. 42
B. Pembahsan .............................................................................................. 42
1. Hasil Analisis Data Uji Komposisi Kimia ........................................ 42
2. Hasil Analisis Data Uji Struktur Mikro ............................................ 45
3. Hasil Analisis Uji Kekerasan ............................................................ 52
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN
A. Simpulan ................................................................................................. 56
B. Implikasi .................................................................................................. 57
C. Saran........................................................................................................ 57
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59
LAMPIRAN ........................................................................................................ 61
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 29
4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 39
4.2 Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 41
4.3 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 43
4.4 Spesifikasi Material Rene 95 ......................................................................... 44
4.5 Diagonal Rata-Rata Titik Uji ........................................................................ 53
4.6 Hasil Angka Kekerasan Sudu ....................................................................... 53
commit to user
xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Struktur Krisrtal dalam Sistem Sumbu X,Y, dan Z ................................... 8
2.2
Struktur Kristal BCC.................................................................................. 9
2.3
Struktur Kristal FCC.................................................................................. 10
2.4
Struktur Kristal HCP ................................................................................. 11
2.5
Diagram Terner .......................................................................................... 12
2.6
Diagram Terner .......................................................................................... 13
2.7
Contoh Diagram Fasa Terner untuk Ni, Co, Cr ......................................... 15
2.8
Turbin Gas ................................................................................................. 15
2.9
Komposisi Kimia Sudu Turbin .................................................................. 17
2.10 Kekuatan Stress-pecah Paduan Super ........................................................ 18
2.11 Struktur Kristal Beberapa Jenis Logam Paduan ........................................ 20
2.12 Struktur Mikro Super Alloy Setelah Di Aging ........................................... 23
2.13 Prinsip Pengujian Kekerasan Vickers ......................................................... 25
2.14 Skema Indentasi Vickers ............................................................................. 27
2.15 Paradigma Penelitian................................................................................... 28
3.1 Diagram Alir Tahapan Penelitian.................................................................. 33
3.2 Alat Uji Metalografi ...................................................................................... 36
3.3. Alat Uji Macro Hardness Vickers ................................................................ 37
4.1 Posisi Pengambilan Foto Mikro pada Spesimen ........................................... 46
4.2 Foto Mikro pada Bagian Ujung 1.................................................................. 46
4.3 Foto Mikro pada Bagian Ujung 2.................................................................. 47
4.4 Foto Mikro pada Bagian Tengah 1................................................................ 49
4.5 Foto Mikro pada Bagian Tengah 2................................................................ 49
4.6 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 1 .............................................................. 50
4.7 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 2 ............................................................... 51
4.8 Spesimen Uji Kekerasan Vickers .................................................................. 52
4.9 Histogram Kekerasan Makro Vickers ........................................................... 54
commit to user
xvi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 61
2. Hasil Perhitungan Uji Kekerasan .................................................................. 62
3. Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 64
4. Hasil Pengamatan Struktur Mikro ................................................................. 65
5. Foto Pemotongan Spesimen .......................................................................... 66
6. Foto Pengujian Struktur Mikro ..................................................................... 67
7. Permohonan Izin Menyusun Skripsi ............................................................. 68
8. Permohonan Izin Penelitian .......................................................................... 69
9. Surat Keputusan Menyusun Skripsi .............................................................. 70
10. Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian ........................................ 71
11. Daftar Hadir Seminar Proposal ..................................................................... 72
commit to user
xvii