Hard chrome plating pada baja karbon rendah - USD Repository
HARD CHROME PLATING PADA BAJA KARBON RENDAH
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh:
Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA
NIM : 095214049
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
HARD CHROME PLATING FOR LOW CARBON STEEL
FINAL ASSIGNMENT
Presented as partial fulfillment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering by
Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA
Student Number : 095214049
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
HARD CHROME PLATING PADA BAJA KARBON RENDAH
Oleh:
Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA
NIM : 095214049
Telah disetujui oleh:
TUGAS AKHIR
HARD CHROME PLATING PADA BAJA KARBON RENDAH
Dipersiapkan dan disusun oleh : NAMA : Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA NIM : 095214049
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 31 Maret 2011 Susunan Dewan Penguji
Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 13 Mei 2011 Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 13 Mei 2011
Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA
Dipersembahkan kepada:
Tuhan Yesus Kristus atas segala yang terjadi pada diriku . • Ag. Suharyanto, Agnes S. selaku orangtua beserta R. FX. Ferry C. P., S.T.;
- C. Vera Dwi P., S.Farm., Apt.; Ni Kadek M, S.T.; Michael Putu Abimanyu; Dwi Handoyo, Amd. selaku keluarga yang selalu mendukungku.
- Tim Tugas Akhir: Robertus Agung Setyawan, Anangtias Brigita, Yulius Dwi Haksoro, dkk. yang selalu membantu dan menghiburku dalam proses penulisan Tugas Akhir. Andreas Indra K., Fery Kristanto, Kristanto Wibowo, Benikdictus Alfian • Krisna, dkk. atas bantuan dan hiburan selama proses penulisan Tugas Akhir.
- Ni Wayan J. Riska atas cinta, kasih sayang, dan kesabaran yang selalu mendukung dan mengingatkanku.
INTISARI
Biasanya petani memanfaatkan jerami hanya untuk pakan ternak sapi mereka, dan sisanya jerami akan dibakar atau dibiarkan membusuk. Padahal jerami bisa diolah menggunakan mesin pencacah jerami untuk menghasilkan pupuk, pakan ternak unggas, dan bahan bakar alternatif. Pada kenyataannya alat potong cepat terkorosi, mudah tumpul, dan berumur pakai sebentar. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan alat potong pada mesin pencacah jerami.
Peningkatan kemampuan alat potong dilakukan dengan metode hard
chrome plating. Untuk menganalisa hasil elektroplating, dilakukan uji keausan
dengan metode Ogoshi di Laboratorium Ilmu Bahan Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Sedangkan uji kekerasan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dengan dilakukan hard chrome plating, benda uji yang ketebalannya bertambah 0,093 mm mengalami peningkatan ketahanan aus sebesar 20,04%. Ketebalan lapisan hard chrome tersebut membuat peningkatan kekerasan tidak dapat teramati dengan pengujian kekerasan Brinell.
Kata kunci: alat potong, peningkatan ketahanan aus, hard chrome plating.
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Y. Chandra Agung Triatmaja Nomor mahasiswa : 095214049 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Karya Ilmiah saya yang berjudul:
HARD CHROME PLATING PADA BAJA KARBON RENDAH
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikiansaya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusi secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet untuk kepentingan akademis tanpa perlu ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan seksama. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 13 Mei 2011 Yang menyatakan
Y. Chandra Agung Triatmaja
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: PENINGKATAN KETAHANAN AUS BAJA 0,129% C DENGAN
METODE HARD CHROME PLATING
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam penelitian dan penyusunan Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing Akademik 2009.
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku pembimbing Tugas Akhir ini.
5. Bapak Samsul Huda, yang mengajari penulis tentang proses hard chrome dengan benar.
6. Dosen-dosen program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, atas ilmu pengetahuan dan bimbingannya kepada penulis semasa kuliah .
7. Mas Martono DS, Laboran pada Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
8. Mas Intan Widanarko, Laboran pada Laboratorium Teknologi Mekanik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pemberian semangat sampai dengan penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis tulis diatas. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan
Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak. Akhirnya besar harapan penulis semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu teknik.
Yogyakarta, 13 Mei 2011 Penulis
Y. CHANDRA AGUNG TRIATMAJA
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................... i TITLE PAGE ...................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................... vi
INTISARI ........................................................................................... vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ..................................... viii KATA PENGANTAR ........................................................................ ix DAFTAR ISI ...................................................................................... xi DAFTAR TABEL ............................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR .......................................................................... xv
1 BAB I. PENDAHULUAN ..........................................................................
1.1 Latar Belakang ...........................................................................
1 1.2 Tujuan ........................................................................................
2 1.3 Manfaat ......................................................................................
2 1.4 Batasan Masalah ........................................................................
2 1.5 Metode Pemecahan Masalah ......................................................
3 BAB II. DASAR TEORI ............................................................................
4
2.2 Elektroplating .............................................................................
17 3.2 Persiapan Bahan dan Peralatan ...................................................
23 3.3.6 Percobaan 5 .....................................................................
22 3.3.5 Percobaan 4 .....................................................................
21 3.3.4 Percobaan 3 .....................................................................
3.3.3 Perlakuan Tambahan Dalam Pembuatan Spesimen Hard Chrome ............................................................................
20
19 3.3.2 Percobaan 2 .....................................................................
19 3.3.1 Peercobaan 1 ...................................................................
18 3.3 Pembuatan Spesimen Hard Chrome ...........................................
17 3.1 Skema Kerja Penelitian ..............................................................
5 2.2.1 Prinsip Kerja Elektroplating .............................................
14 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................
13 2.4.2 Macam-macam Jenis Keausan .........................................
12 2.4.1 Prinsip Pengujian .............................................................
11 2.4 Pengujian Keausan ......................................................................
10 2.3.2 Proses Pengujian Kekerasan ............................................
10 2.3.1 Prinsip Pengujian Kekerasan ............................................
8 2.3 Pengujian Kekerasan ..................................................................
7 2.2.3 Macam-macam Proses Pelapisan dengan Elektroplating ..
6 2.2.2 Kondisi yang Diperhatikan Saat Proses Elektroplating .....
24
3.4 Pengujian Keausan .....................................................................
26 3.5 Pengujian Kekerasan Brinell ......................................................
26 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...........................
28 4.1 Pembuatan Material Hard Chrome ............................................
28 4.2 Pengujian Kekerasan ..................................................................
32 4.3 Pengujian Keausan .....................................................................
33
35 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................
5.1 Kesimpulan ................................................................................
35 5.2 Saran ..........................................................................................
36 DAFTAR PUSTAKA .........................................................................
37 LAMPIRAN .......................................................................................
38
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Harga patokan beban uji Brinell ........................................
11 Tabel 3.1 Beban uji pengujian Brinell ..............................................
26 Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan ...........................................................
32 Tabel 4.2 Hasil uji keausan ..............................................................
33
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian proses elektroplating .......................................18 Gambar 3.3 Mikrometer .......................................................................
23 Gambar 3.11 Instalasi proses elektroplating percobaan 4 .......................
23 Gambar 3.10 Pelilitan material ...............................................................
22 Gambar 3.9 Hasil percobaan 3 .............................................................
21 Gambar 3.8 Instalasi proses elektroplating percobaan 3 .......................
20 Gambar 3.7 Hasil percobaan 2 .............................................................
20 Gambar 3.6 Instalasi proses elektroplating percobaan 2 .......................
19 Gambar 3.5 Hasil percobaan 1 .............................................................
18 Gambar 3.4 Instalasi proses elektroplating percobaan 1 .......................
17 Gambar 3.2 Dial kaliper .......................................................................
7 Gambar 2.2 Skema proses pelapisan tembaga ......................................
16 Gambar 3.1 Skema kerja penelitian ......................................................
16 Gambar 2.9 Ilustrasi keausan oksidasi ..................................................
15 Gambar 2.8 Ilustrasi keausan lelah .......................................................
14 Gambar 2.7 Ilustrasi keausan abrasif ....................................................
13 Gambar 2.6 Ilustrasi keausan adhesif ...................................................
11 Gambar 2.5 Pengujian keausan dengan metode Ogoshi ........................
9 Gambar 2.4 Ilustrasi uji kekerasan Brinell ............................................
8 Gambar 2.3 Skema proses pelapisan nikel ............................................
24
Gambar 3.13 Instalasi proses elektroplating percobaan 5 .......................25 Gambar 3.14 Hasil percobaan 5 .............................................................
25 Gambar 3.15 Mesin uji keausan .............................................................
26 Gambar 3.16 Mesin uji kekerasan Brinell dan mikroskop ......................
27 Gambar 4.1 Material yang diuji kekerasan ...........................................
33 Gambar 4.2 Grafik peningkatan ketahanan aus .....................................
34 Gambar 4.3 Dokumentasi pengujian keausan .......................................
34
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kenyataan yang kita lihat di masyarakat pedesaan, pada saat memanen padi para petani mengambil jerami untuk pakan ternak ruminansia dan untuk keperluan lainnya. Sisa jerami yang tidak terpakai biasanya langsung dibakar atau dibiarkan sampai membusuk. Sesungguhnya jerami memiliki banyak kegunaan, jadi sangat disayangkan jika jerami tersebut dibakar atau dibiarkan. Kegunaan jerami selain untuk pakan ruminansia adalah untuk pakan ternak ayam, pupuk, dan bisa juga untuk bahan bakar alternatif.
Dengan mesin pencacah jerami, jerami yang sudah tidak digunakan lagi diolah dan menghasilkan pupuk atau pakan ternak, dan sebagai bahan dasar bahan bakar alternatif. Meskipun disebut mesin pencacah jerami yang tujuan utamanya untuk mencacah jerami, mesin ini juga dapat berfungsi untuk memotong ranting- ranting, sehigga kemampuan alat potong dan motor dari mesin pencacah jerami haruslah semaksimal mungkin.
Untuk mencapai hasil maksimal, diperlukan alat potong yang tajam, tahan lama, dan tidak mudah tumpul. Akan tetapi alat potong yang sering dipakai adalah alat potong yang mudah tumpul sehingga harus sering diasah dan sering diganti. Hal ini membuat waktu produksi menjadi lama, hasil pekerjaan menjadi tidak maksimal, dan biaya untuk perawatan menjadi meningkat.
Untuk menyelesaikan masalah tersebut alat potong pada mesin pencacah jerami sebaiknya dilapisi lapisan paduan, semisal hard chrome. Pelapisan hard
chrome ini bertujuan agar alat potong tetap tajam dan tahan lama, tidak mudah
berkarat, dan tidak sering mengasah alat potong. Maka dengan pelapisan ini produksi menjadi maksimal.
1.2 Tujuan
1. Mendapatkan metode dan parameter yang tepat untuk proses hard chrome plating.
2. Peningkatan lapisan kekerasan pada alat potong mesin pencacah jerami.
3. Peningkatan ketahanan aus alat potong pada mesin pencacah jerami.
1.3 Manfaat
Membantu petani untuk mengoptimalkan kerja dari alat potong mesin pencacah jerami untuk mempermudah dalam pembuatan pupuk dan pakan ternak.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah yang ditetapkan dalam unjuk kerja ketajaman pisau dengan lapisan hard chrome adalah:
1. Benda uji yang dipakai adalah low carbon steel dengan 0,129% C.
2. Membandingkan kemampuan potong dari alat potong yang menggunakan lapisan hard chrome dengan alat potong tanpa lapisan dengan uji keausan.
3. Membandingkan kemampuan potong dari alat potong yang menggunakan lapisan hard chrome dengan alat potong tanpa lapisan dengan uji
1.5 Metode Pemecahan Masalah
1. Studi lapangan bertujuan mencari data-data yang diperlukan untuk menunjang penelitian ini, sehingga penelitian yang dikerjakan dapat bermanfaat dengan baik di lapangan.
2. Mendalami teori dasar yang dipakai dalam penyusunan tugas akhir.
Penyusunan ini didasarkan dari beberapa buku referensi, kemudian disusun secara sistematis dan sejelas mungkin sebagai penunjang teori dasar dengan batasan masalah yang akan dibahas.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Baja Karbon
Yang dimaksud baja karbon adalah baja yang terdiri dari besi (Fe) dan karbon (C). Beberapa unsur yang lain kadang-kadang terdapat pada baja karbon tapi dengan kadar yang sangat kecil, misalnya Si, Mn, S, dan P. Biasanya keikutsertaan material tersebut di dalam baja karbon dinamakan impuritis.
Berdasarkan tinggi rendahnya prosentase karbon di dalam baja, maka baja karbon dikelompokkan sebagai berikut:
1. Baja karbon rendah Pada baja ini prosentase karbon antara 0,10-0,25%. Karena karbon yang dikandung sangat rendah, maka baja ini lunak dan tidak dapat dikeraskan. Baja ini dapat dituang, dikeraskan permukaanya (case
hardening), mudah ditempa dan dilas. Baja dengan prosentase di bawah 0,15% memiliki machinability yang jelek.
2. Baja karbon tengah Pada baja ini prosentase karbon antara 0,25-0,55%. Oleh sebab itu, sifat dari baja ini adalah dapat dilas dan dapat dikerjakan pada mesin dengan baik. Biasanya baja ini dipergunakan untuk beberapa bagian dari mesin misalnya: poros, poros engkol, dan lain-lain.
3. Baja karbon tinggi Pada baja ini prosentase karbon antara 0,55-0,70%. Baja ini lebih cepat dikeraskan daripada jenis yang lain, karena kadar karbon yang lebih tinggi. Penggunaan jenis baja ini sangat terbatas karena memiliki machinability dan weldability yang jelek dan sukar dibentuk.
2.2 Elektroplating
Elektroplating adalah proses pengendapan logam pada permukaan suatu logam atau non logam (benda kerja), secara elektrolisis. Endapan yang terjadi bersifat adesif terhadap logam dasar. Dalam teknologi pengerjaan logam, proses lapis listrik termasuk dalam proses pengerjaan akhir metal finishing. Adapun fungsi dari lapisan logam adalah sebagai berikut : 1. Memperbaiki penampilan dekoratif, misalnya pelapisan perak dan emas.
2. Melindungi dari korosi, yaitu:
a. Melindungi logam dasar dengan logam yang lebih mulia, misalnya pelapisan platina, emas, dan baja.
b. Melindungi logam dasar dengan logam yang kurang mulia, misalnya pelapisan seng pada baja.
3. Meningkatkan ketahanan produk terhadap abrasi, misalnya chromium keras.
4. Memperbaiki kehalusan atau bentuk permukaan dan toleransi dasar, misalnya pelapisan nikel dan chromium.
5. Elektroforming, yaitu membentuk benda kerja dengan cara endapan.
2.2.1 Prinsip Kerja Elektroplating
Pelapisan logam dengan menggunakan listrik adalah rangkaian dari sumber arus listrik, anoda, larutan elektrolit, dan katoda. Semua rangkaian tersebut di susun membentuk suatu sistem lapis listrik. Anoda dihubungkan dengan kutub positif, katoda dihubungkan dengan kutub negatif. Keduanya dimasukan ke dalam larutan elektrolit dan di beri arus listrik, sehingga terjadi proses pelapisan logam pada katoda.
1. Sumber arus listrik.
Sumber arus listrik yang digunakan pada proses pelapisan secara listrik adalah arus searah dengan tegangan rendah, tegangan berkisar antara 6–
12V. Untuk mendapatkan arus listrik tersebut digunakan rectifier dimana arus yang dikeluarkan dari rectifier ini bersifat arus searah, tegangan rendah dan konstan serta arus yang mengalir besar dan bisa divariasikan.
2. Larutan elektrolit.
Untuk setiap pelapisan larutan elektrolit berbeda-beda, tergantung logam pelapisnya.
3. Anoda.
Anoda adalah suatu terminal positif dalam larutan elektrolit dan terbagi dalam dua golongan, yaitu: a. Anoda larut (soluble anode) yang larut berfungsi untuk penghantar arus listrik dan juga sebagai bahan baku pelapis, misalnya anoda nikel dan anoda seng. b. Anoda tak larut (unsoluble anode) yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja, misalnya anoda Pb pada proses pelapisan kromium.
4. Katoda Pada proses elektroplating, katoda bisa diartikan sebagai benda kerja yang akan dilapisi.
Gambar 2.1 Rangkaian proses elektroplating2.2.2 Kondisi yang Diperhatikan Saat Proses Elektroplating
1. Banyaknya rapat arus listrik yang ditentukan untuk mendapatkan atom- atom logam pada setiap benda kerja yang akan dilapis.
2. Tegangan pada proses elektroplating harus pada keadaan konstan, tidak dipengaruhi oleh besarnya ampere.
3. Suhu larutan harus dapat mempengaruhi mutu lapisan.
4. PH Larutan digunakan untuk menentukan derajat keasaman suatu larutan, dan untuk memeriksa kemampuan larutan dalam menghasilkan lapisan yang lebih baik.
2.2.3 Macam-macam Proses Pelapisan dengan Elektroplating
1. Proses pelapisan tembaga Pelapisan tembaga digunakan sebagai lapisan perantara dan sebagai lapisan dasar hantar panas dan arus listrik yang baik. Jika benda kerja terbuat dari baja dan paduannya, maka pelapisan perantara perlu dilakukan, sedangkan logam yang ada unsur tembaga, tidak perlu pelapisan perantara.
Gambar 2.2 Skema proses pelapisan tembaga2. Proses pelapisan nikel Pelapisan nikel merupakan kelanjutan dari proses pelapisan tembaga dan diakhiri dengan proses pelapisan chromium. Pengerjaan pendahuluan meliputi pembersihan secara mekanis, pencucian, pembersihan karat dan pembilasan. Jika logam dasar terbuat dari paduan tembaga, maka pelapisan nikel bisa langsung dilakukan tanpa proses pelapisan tembaga.
Gambar 2.3 Skema proses pelapisan nikel3. Proses pelapisan krom
a. Pelapisan krom dekoratif Pada pelapisan ini umumnya logam (benda kerja) terlebih dulu dilapisi tembaga lalu nikel dan akhirnya chromium. Tebal lapisan berkisar antara 0,25-0,5 mikron. Lapisan ini memberikan kenampakan yang indah dan bersifat nontarnishing pada barang-barang yang dilapis. Lapisan krom dekoratif tahan terhadap abrasi dan banyak digunakan untuk pelapisan perabot rumah tangga, kendaraan bermotor, mobil, alat-alat bedah dan gigi.
b. Pelapisan hard chrome Pada pelapian ini, chrome diendapkan pada logam dasar secara langsung tanpa pelapisan perantara dengan ketebalan 0,1-0,2 mm.
Manfaat dari hard chrome antara lain agar logam tersebut: - Lebih tahan terhadap karat.
- Melapisi permukaan logam agar lebih keras.
- Dalam ketebalan tertentu, hard chrome tahan terhadap goresan.
- Agar permukaan logam lebih licin.
- Melindungi base material agar tahan terhadap suhu, cuaca, gesekan atau goresan.
2.3 Pengujian Kekerasan
Uji kekerasan adalah salah satu cara untuk mengetahui sifat mekanik suatu bahan. Ada beberapa definisi yang dipakai untuk menyatakan kekerasan antara lain adalah cara penekanan Brinell, Vickers, Rockwell dan lain-lain. Identor yang digunakan adalah material yang lebih keras dari benda uji dan bisa berbentuk bola, piramida, dan kerucut.
2.3.1 Prinsip Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan menurut Brinell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Pengujian Brinell ini hanya diperuntukan material yang memiliki kekerasan Brinell sampai dengan 400 (ditulis 400 HB). Lebih dari itu dipakai pengujian Rockwell atau Vickers.
Angka kekerasan Brinell (HB) adalah hasil bagi dari Beban Uji (F) dalam
2 kgf dengan Luas Penampang Bekas Luka Tekan Bola Baja (A) dalam mm .
Notasi HB dilengkapi dengan indeks yang menyatakan syarat-syarat pengujian, yaitu diameter bola baja, beban uji, dan lama pengujian (pembebanan uji).
Contohnya HB 5/750/15 yang berarti pengujian kekerasan Brinell dengan bola berdiameter 5mm, beban uji 750kgf dan lama pengujian (pembebanan uji) 15 detik.
2 . F
HB =
§ · 2 2 ¨ ¸
π . D . D − D − d
( )
© ¹
Gambar 2.4 Ilustrasi uji kekerasan Brinell2.3.2 Proses Pengujian Kekerasan
1. Bola baja disinggungkan permukaan benda uji, kemudian diberi beban tegak lurus (sesuai dengan Tabel 2.1) terhadap permukaan tersebut, bebas hentakan (bebas kejut) dan secara demikian berangsur-angsur sehingga beban uji tercapai dalam waktu pembebanan uji selama 15 detik untuk semua jenis baja dan selama 30 detik untuk metal bukan besi.
Tabel 2.1 Harga patokan beban uji Brinell! " # $ " $ " %$ " %$
2. Pada umumnya pusat tempat pengujian berjarak sekurang-kurangnya 2D dari tepi material dan jarak antar titik pengujian sekurang-kurangnya 3D.
3. Percobaan harus dilakukan sedemikian rupa, sehingga tidak ada hal-hal yang menyebabkan kekeliruan hasil uji, misalnya tonjolan pada pinggiran luka tekan. Sesudah pengujian dilaksanakan, permukaan material uji bagian bawah sama sekali tidak boleh memperlihatkan tanda-tanda
Keterangan: 1. Garis tengah bekas luka tekan d harus diukur dengan ketelitian 0,01mm.
2. Untuk menghindari terjadinya deformasi pada permukaan material uji bagian bawah, maka ditentukan tebal material benda uji:
S = min 17 x dalamnya bekas luka tekan
3. Pengujian tarik yang relatif mahal dapat diganti dengan pengujian Brinell. Meskipun sampai saat ini belum ada rumus yang menyatakan hubungan pasti antara batas patah tarik (σ ) dan angka kekerasan Brinell.
B
a. Untuk baja σ 3 , 5 x ke ker asan Brinell (berlaku sampai σ = B =
B
2 1400 N/mm ).
b. Untuk baja σ = 4 , x ke ker asan Brinell (berlaku 1400 < σ < B
B
2 2100 N/mm ).
2.4 Pengujian Keausan
Keausan didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya. Keausan telah menjadi perhatian praktis sejak lama, tetapi hingga beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah yang besar sebagaimana halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak, puntir atau fatigue. Hal ini disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti komponen suatu sistem dibandingkan melakukan desain komponen dengan ketahanan/umur pakai yang lama.
Saat ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan lebih lanjut karena pertimbangan biaya. Pembahasan mekanisme keausan pada material berhubungan erat dengan gesekan dan pelumasan. Telaah mengenai ketiga subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan response material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam.
2.4.1 Prinsip Pengujian Keausan
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual.
Salah satunya adalah dengan metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar 2.5.
Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah material yang terabrasi (mm) maka dapat diturunkan besarnya volume material yang terabrasi (W): 3 W B . b 12 . r
= Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W) dengan jarak luncur x (setting pada mesin uji): 3 V = W x = B . b 12 . r x
( )
Sebagaimana telah disebutkan, material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu keausan adhesif, abrasi, lelah dan oksidasi.
2.4.2 Macam-macam Jenis Keausan
1. Keausan adhesif: Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/ pengoyakan salah satu material, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Ilustrasi skematis keausan adhesif2. Keausan abrasif: Terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras (sperity). Contohnya partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan mengakibatkan pengoyakan sementara pada kasus terakhir partikel tersebut mungkin hanya berputar tanpa efek abrasi.
Gambar 2.7 Ilustrasi keausan abrasif3. Keausan lelah: Merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan dua mekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive maupun abrasif melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan interaksi multi. Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan dan menghasilkan pengelupasan material (t3). Tingkat keausan sangat tergantung pada tingkat pembebanan.
Gambar 2.8 Ilustrasi keausan lelah4. Keausan oksidasi: Seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda. Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut. Gambar 2.9 memperlihatkan skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini.
Gambar 2.9 Ilustrasi keausan oksidasiBAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Skema Kerja Penelitian
3.2 Persiapan Bahan dan Peralatan 1. Material uji yang diperoleh dari bengkel Handayani.
2. Peralatan: a. Kaliper.
Gambar 3.2 Dial kaliperb. Mesin elektroplating hard chrome, milik Laboratorium Ilmu Logam, Universitas Sanata Dharma.
c. Mikrometer.
Gambar 3.3 Mikrometer d. Kawat tembaga.d. Mikroskop.
e. Autosol.
g. Amperemeter dan voltmeter.
f. Mesin uji keausan, milik Labortorium Bahan Teknik, Universitas Gajah Mada Yogyakarta.
g. Mesin uji kekerasan Brinell MOD 100 MR.
3.3 Pembuatan Spesimen Hard Chrome
Perlakuan yang dilakukan dalam pembuatan material hard chrome:
1. Pembuatan material uji dilakukan tanpa proses pemesinan dan dengan proses pemesinan.
2. Sumber arus menggunakan aki.
3. Pengecekan dilakukan tiap satu jam.
3.3.1 Percobaan 1
Percobaan pertama mendapat perlakuan berupa material disiapkan tanpa proses pemesinan dan sumber arus menggunakan aki. Prosesnya:
1. Material disiapkan dengan kikir dan gergaji.
2. Material diberi lubang berdiameter 4 mm sebagai lubang gantung.
3. Permukaan tebal dihaluskan menggunakan amplas.
4. Material dibersihkan dengan menggunakan air sabun.
5. Material digantung menggunakan kawat tembaga berdiameter 1,8 mm dan dicelupkan pada larutan hard chrome.
6. Sumber arus berupa aki dan jarak anoda-katoda sejauh 200 mm.
Gambar 3.4 Instalasi proses elektroplating percobaan 17. Pengecekan pertama didapatkan hasil: lapisan tebal, tidak rata, dan
Gambar 3.5 Hasil percobaan 18. Dari hasil pengecekan pertama dapat disimpulkan bahwa material hasil elektroplating hard chrome tidak sesuai yang diharapkan, maka percobaan dihentikan.
3.3.2 Percobaan 2
Percobaan kedua mendapat perlakuan berupa material disiapkan dengan proses pemesinan dan sumber arus menggunakan aki. Prosesnya:
1. Material disiapkan dengan proses milling dan surface grinding.
2. Material diberi lubang berdiameter 4 mm sebagai lubang gantung.
3. Material dibersihkan dengan menggunakan air sabun.
4. Material digantung menggunakan kawat tembaga berdiameter 1,8 mm dan dicelupkan pada larutan hard chrome.
5. Sumber arus berupa aki dan jarak anoda-katoda sejauh 200 mm.
Gambar 3.6 Instalasi proses elektroplating percobaan 26. Pengecekan pertama didapatkan hasil: lapisan tebal, tidak rata, dan pecah-pecah.
Gambar 3.7 Hasil percobaan 27. Dari hasil pengecekan pertama dapat disimpulkan bahwa material hasil elektroplating hard chrome tidak sesuai yang diharapkan, maka percobaan dihentikan.
3.3.3 Perlakuan Tambahan Dalam Pembuatan Spesimen Hard Chrome
Karena hasil percobaan pertama dan kedua tidak memuaskan, maka penulis memutuskan untuk mendatangi supplier unit elektroplating di Semarang.
Dari kunjungan tersebut, didapatkan saran untuk mendapatkan performa dan kualitas yang baik, yaitu:
1. Sumber arus menggunakan rectifier dengan arus yang dapat diatur.
2. Pembersihan material dari kotoran dan minyak menggunakan air sabun yang dipanaskan.
3. Besar arus sesuai dengan luas material yang dikrom (fluks: 10-30
A
/
dm
2 ).
4. Pengaktifan ion pada permukaan material dengan menggunakan HCl (karena berbahaya untuk kesehatan, saran ini tidak dilakukan dalam proses penelitian).
Dari saran-saran tersebut, percobaan selanjutnya akan diberlakukan perlakuan yang berbeda-beda. Perlakuan itu berupa:
1. Pembuatan material uji dilakukan dengan proses pemesinan.
2. Sumber arus menggunakan rectifier.
3. Jarak anoda-katoda sejauh 100 mm dan 200 mm.
4. Pengaitan material dengan cara digantung dan dililit.
5. Pengecekan dilakukan tiap satu jam.
3.3.4 Percobaan 3
Percobaan ketiga mendapat perlakuan berupa material disiapkan dengan proses pemesinan, sumber arus menggunakan rectifier, jarak anoda-katoda sejauh 200 mm, dan pengaitan dengan cara digantung. Prosesnya: 1. Material disiapkan dengan proses milling dan surface grinding.
2. Material diberi lubang berdiameter 4 mm sebagai lubang gantung.
3. Material dipanaskan bersamaan dengan air sabun.
4. Material dibilas dengan air bersih.
5. Material digantung menggunakan kawat tembaga berdiameter 1,8 mm dan dicelupkan pada larutan hard chrome.
6. Sumber arus berupa rectifier dan jarak anoda-katoda sejauh 200 mm.
7. Pengecekan pertama didapatkan hasil: lapisan tipis (tembus pandang dan material awal terlihat samar), rata, dan tidak pecah-pecah.
8. Pengecekan kedua didapatkan hasil: lapisan tipis (penambahan tebal tidak signifikan dari pengecekan pertama), rata, dan tidak pecah-pecah.
Gambar 3.9 Hasil percobaan 39. Akhirnya, untuk mencapai tuntutan ketebalan (0,1-0,2 mm) diperlukan waktu 6 jam. Hasilnya: rata, tidak pecah-pecah, dan warna sedikit gelap.
3.3.5 Percobaan 4
Percobaan keempat mendapat perlakuan berupa material disiapkan dengan proses pemesinan, sumber arus menggunakan rectifier, jarak anoda-katoda sejauh 200 mm, dan pengaitan dengan cara dililit. Prosesnya: 1. Material disiapkan dengan proses milling dan surface grinding.
2. Material dipanaskan besamaan dengan air sabun.
3. Material dibilas dengan air bersih.
4. Material dililit menggunakan kawat tembaga berdiameter 1,8 mm dan dicelupkan pada larutan hard chrome.
5. Sumber arus berupa rectifier dan jarak anoda-katoda sejauh 200 mm.
Gambar 3.11 Instalasi proses elektroplating percobaan 46. Pengecekan pertama didapatkan hasil: lapisan tipis (tembus pandang dan material awal terlihat samar), permukaan material yang dekat dengan lilitan terlihat lebih tipis dibanding permukaan yang jauh dari lilitan, dan tidak pecah-pecah.
7. Pengecekan kedua didapatkan hasil: lapisan tipis dan terlihat jelas perbedaan permukaan material yang dekat dengan lilitan lebih tipis dibanding permukaan yang jauh dari lilitan.
Gambar 3.12 Hasil percobaan 48. Karena pengecekan kedua telah didapat hasil dengan perfoma yang tidak sesuai, maka percobaan dihentikan.
3.3.6 Percobaan 5
Percobaan kelima mendapat perlakuan berupa material disiapkan dengan proses pemesinan, sumber arus menggunakan rectifier, jarak anoda-katoda sejauh
1. Material disiapkan dengan proses milling dan surface grinding.
2. Material diberi lubang berdiameter 4 mm sebagai lubang gantung.
3. Material dipanaskan besamaan dengan air sabun.
4. Material dibilas dengan air bersih.
5. Material digantung menggunakan kawat tembaga berdiameter 1,8 mm dan dicelupkan pada larutan hard chrome.
6. Sumber arus berupa rectifier dan jarak anoda-katoda sejauh 100 mm.
Gambar 3.13 Instalasi proses elektroplating percobaan 57. Pengecekan pertama didapatkan hasil: lapisan tipis, rata, dan tidak pecah- pecah.
8. Pengecekan kedua didapatkan hasil: lapisan mulai terlihat gelap.
9. Pengecekan ketiga didapatkan hasil: lapisan menjadi lebih gelap, tetapi ketebalan belum tercapai.
Gambar 3.14 Hasil percobaan 510.Pengecekan keempat didapatkan hasil: ketebalan lapisan memenuhi
3.4 Pengujian Keausan
Pengujian keausan bertujuan untuk menganalisa keausan material hard
chrome dan material awal. Proses pengujian aus berupa material dipasang dalam
mesin uji yang diseting dengan beban 4,5 kg sebagai dan jarak 400 m. Pengujian aus dilakukan selama 1 menit. Untuk melihat hasil uji aus, digunakan mikroskop.
Gambar 3.15 Mesin uji keausan3.5 Pengujian Kekerasan Brinell
Pengujian kekerasan Brinell bertujuan untuk membandingkan harga kekerasan material hard chrome dan material awal. Prosesnya:
1. Permukaan spesimen diratakan lalu dipoles dan dibersihkan.
2. Tentukan diameter identer dan beban penekanan sesuai tabel konversi di bawah dan diameter bekas penekanan d harus diantara d dan d .
min max
Tabel 3.1 Beban uji pengujian Brinell! " # $ % & ' % ' % (' % ('
d = 0,25 D
min
3. Spesimen dijepit dengan baik.
4. Lakukan kalibrasi nol pada skala beban penekanan.
5. Lakukan penekanan identor dengan cara memutar handle penekan sampai jarum menunjukkan beban penekanan yang sesuai dengan tabel.
6. Berikan waktu penahanan beban untuk semua jenis bajaselama 15 detik dan metal bukan besi selama 30 detik.
7. Amati dan catat data besarnya beban penekanan.
8. Lepas penjepitan spesimen.
9. Pengukuran kekerasan dilakukan beberapa kali untuk tiap spesimen.
10. Pindahkan benda uji dari alat uji dan amati besarnya diameter lubang bekas penekanan dengan menggunakan mikroskop.
11. Catat data dan hitung harga kekerasan untuk spesimen tersebut.
Data mesin uji kekerasan brinell: D = Diameter identer (mm).
P = Gaya Penekanan (kg). d = Diameter bekas penekanan (mm).
2 . F Angka Kekerasan Brinell (HB) =
§ · 2 2 ¨ ¸
π . D . D − D − d
( )
© ¹
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pembuatan Material Hard Chrome
Dari lima percobaan yang telah dilakukan, perbedaan terletak pada perlakuan:
1. Sumber arus menggunakan aki dan rectifier.
2. Pembuatan material uji dilakukan tanpa proses pemesinan dan dengan proses pemesinan.
3. Jarak anoda-katoda sejauh 100 mm dan 200 mm.
4. Cara penggantungan material dengan digantung dan dililit. Perlakuan yang berbeda menghasilkan produk elektroplating yang berbeda pula. Hal tersebut terbukti dari percobaan pertama, kedua, ketiga, keempat, dan kelima yang masing-masing mendapatkan produk yang berbeda.