TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

SIFAT FISIS DAN MEKANIS MATERIAL SWING ARM SEPEDA MOTOR TUGAS AKHIR

  

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

LABERTUS ANDRIANTO 025214030 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

SIFAT FISIS DAN MEKANIS MATERIAL SWING ARM SEPEDA MOTOR TUGAS AKHIR

  

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

LABERTUS ANDRIANTO 025214030 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES

OF MOTORCYCLE SWING ARM

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

by

LABERTUS ANDRIANTO

  

Student Number : 025214030

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGARAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

  

PERNYATAAN

  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 dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 5 Oktober 2007 Penulis

  Labertus Andrianto

  

HALAMAN MOTO

˝ Imajinasi jauh lebih penting daripada pengetahuan ˝.

• - Albert Einstein

  

˝ Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat. Tidak ada yang

dapat menggantikan kerja keras. Keberuntungan adalah sesuatu yang terjadi ketika kesempatan bertemu dengan kesiapan ˝.

• - Thomas A. Edison

  

˝ Ketika satu pintu tertutup, pintu lain terbuka; namun

terkadang kita melihat dan menyesali pintu tertutup tersebut

terlalu lama hingga kita tidak melihat pintu lain yang telah

terbuka ˝.

• - Alexander Graham Bell

  

˝ Kita tidak bisa menjadi bijaksana dengan kebijaksanaan orang

lain, tapi kita bisa berpengetahuan dengan pengetahuan orang

lain ˝.

• - Michel De Montaigne

  

˝ Saat kutemukan sebuah arti dalam hidup ini, hidupku akan

lebih bijaksana ˝.

• - Anonim

  Ad Maiorem Dei Gloriam I dedicate my Final Project simply to :

  # Bapa disurga dan keluarga kudus, terima kasih atas semua bimbingan dan kekuatan yang telah Engkau berikan.

  

# Keluargaku tercinta : Bapak Andreas Suratdiya dan Ibu Anastasia

Boinem serta adikku Dwi, yang telah memberikan perhatian tak

terbatas, pengertian tak ternilai, dorongan semangat yang luar biasa dan

kesedian untuk berbagi dalam setiap kesulitan.

  # Bapak Lanjar dan segenap karyawan P.T Mega Andalan Kalasan atas kesempatan untuk melakukan penelitian Tugas Akhir.

  # Benny Aditya, terimakasih sudah menjadi teman terbaik dalam penulisan Tugas Akhir ini.

  

# Agnes Desideria Andyanti Putri atas teladan yang telah kamu berikan

selama menemani aku di jogja, suatu kebanggaan pernah hadir dalam hidupmu.

  # Seseorang Ginting dimanapun kamu berada, terimakasih atas perhatian, kasih sayang dan telah menjadi inspirasi dalam penulisan

Tugas Akhir ini. Jadilah yang terbaik bagi orang tuamu dan bagi orang-

orang yang menyayangi kamu.

  

# Teman-teman Angkatan 2002 yang telah banyak membantu dalam

segala hal. Sukses selalu untuk kalian semua.

  # Honda Supra R 5355 YK atas kesetian menemani dalam setiap langkahku, bersamamu kita lalui segalanya.

  

# Yamaha Mio R 4579 UB, terimakasih atas semua pengorbananmu.

  Kamu telah jadi bagian dari hidupku dan menjadi teman setia saat sodaramu mulai merasa lelah.

  # Pentium dual core 2007, terimakasih atas perfoma terbaiknya.

  Kamu hadir disaat yang tepat.

  Salamku,

KATA PENGANTAR

  Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih, rahmat dan bimbingan-Nya sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan baik. Maksud dan tujuan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai pemenuhan salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Penulis dalam kesempatan ini mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan, dukungan serta bimbingan yang diberikan dalam proses penyusunan ini, oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Perpindahan Panas Universitas Sanata Dharma yang telah membantu penelitian penulis.

  4. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FT-USD yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa-masa kuliah.

  5. Keluarga besarku di Cilacap, bapak-ibu ( Andreas Suratdiya ) dan (Anastasia Boinem ) dan adikku Maria Dwi Lestari terima kasih untuk semuanya.

  6. Ade Irmayani Br Ginting yang telah memberikan doa, kasih sayang dan dorongan semangat dalam penulisan Tugas Akhir ini.

  7. Teman-teman Dwi, Bowo, Haryanto, Tomo, Surya, Beni, Dimas, Heri, Yayat, Calvin, Andi, dan semua teman-teman TM angkatan 2002 yang telah membantu banyak dalam Tugas Akhir ini.

8. Semua teman-teman dari Panulisan, Pungkas, Herdiana, Toni, Darus, Carto, Iyus atas dukungannya selama ini.

  Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan manfaat baik bagi penulis maupun pihak lain, sebagai ilmu pengetahuan dan informasi.

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh material yang terbaik untuk pembuatan swing arm sepeda motor. Penelitian ini meliputi tiga material baja karbon rendah yang memiliki komposisi dan struktur mikro yang berbeda.

  Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian tarik, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur mikro. Setiap material dipotong menjadi plat, kemudian beberapa bagian plat tersebut dibentuk menjadi benda uji yang disesuaikan dengan standar ASTM. Dari hasil pengujian tarik diperoleh data bahwa baja MS 1 memiliki kekuatan tarik tertinggi sebesar 50,64 kg/mm² dan baja MS 3 merupakan material yang memiliki kekutan tarik terendah sebesar 43,57 kg/mm² sedangkan baja MS 2 memiliki kekuatan tarik sebesar 45,59 kg/mm². Pada pengujian komposisi kimia, unsur paduan karbon terbanyak pada baja MS 2 sebesar 0,128 % dan terendah pada baja MS 1 sebesar 0,09 %. Dari pengujian struktur mikro terlihat bahwa baja MS 2 memiliki kandungan karbon terbanyak, sedangkan baja MS 3 memiliki unsur paduan karbon yang sedikit lebih banyak dari baja MS 1.

  Dari pengujian-pengujian tersebut, dapat disimpulkan unsur karbon memiliki pengaruh yang penting terhadap kekutan tarik material baja. Namun, kekuatan tarik suatu material tidak hanya dipengaruhi oleh unsur karbon. Perlakuan panas, proses pembuatan dan pembentukan baja dapat juga mempengaruhi kekuatan tarik material.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………..…………………………………. i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS………………………..………. ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING……………….…………... iii

HALAMAN PERNYATAAN………………………..…………………….. v

HALAMAN MOTO………………………………………………………... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN………..…………………………………... vii

KATA PENGANTAR…………………………………………..………….. ix

  

INTI SARI……………………………………..……………………………. xi

DAFTAR ISI………………………………………………………….…….. xii

DAFTAR GAMBAR…………………………………………..…………… xv

DAFTAR TABEL………………………………………….……………..… xvi

BAB I PENDAHULUAN……………………………..………………… 1

  1.1. Latar Belakang…………………………………..…………. 1 1.2.

  Batasan Masalah………………………………………….... 3

  1.3. Tujuan Penelitian………………………………….……….. 3

  

BAB II DASAR TEORI………………………………………..………… 4

2.1. Pengertian Baja………………...………………..…………. 4

  2.2. Proses Produksi Baja…………………………………..…… 5 2.3.

  Struktur Mikro Besi dan Baja…………………..………….. 5

  2.3.2. Perubahan Struktur Pada Perlakuan Panas..……… 9

  Nikel ( Ni )............................................................... 17

  2.5.12. Boron……………………………………………… 19

  2.5.11. Aluminium ( Al )………………………………….. 19

  2.5.10. Posfor ( P )..……………………………………….. 18

  Wolfram ( W )…………………………………….. 18

  2.5.8. Tembaga ( Cu )……………………………………. 18 2.5.9.

  2.5.7. Vanadium ( V )……………………………………. 18

  2.5.6. Molybdenum ( Mo )…………………...………….. 18

  2.5.5. Chromium ( Cr )....................................................... 17

  2.5.3. Sulfur ( S )................................................................ 17 2.5.4.

  2.4. Klasifikasi Baja.…………………..………………………... 11 2.4.1.

  Mangan ( Mn )......................................................... 17

  2.5.1. Karbon ( C )............................................................. 16 2.5.2.

  2.5. Unsur-unsur Yang Terkandung Dalam Baja........................... 16

  Baja Spesial………………………………………. 16

  2.4.5. Baja Perkakas…………………………………….. 15 2.4.6.

  Baja Cor…………………………………………... 15

  2.4.3. Baja Tahan Karat..................................................... 15 2.4.4.

  2.4.2. Baja Paduan Rendah................................................ 13

  Baja Karbon Biasa…………………….………….. 12

  2.6. Sifat Mekanis Baja………………………………………….. 19

  2.7.1. Uji Tarik……………….…………………………… 21

  2.7.2. Pengamatan Struktur Mikro………………………... 24

  2.7.3. Pengamatan Bentuk Patahan……………………….. 25

  BAB III METODE PENELITIAN……………………………………….. 27

  3.1. Skema Penelitian…….…………………………………….... 27

  3.2. Persiapan Bahan……………...……………..………………. 28

  3.3. Pembuatan Benda Uji............................................................. 28

  3.4. Peralatan Yang Digunakan..................................................... 30

  3.5. Pengujian Bahan..................................................................... 31

  3.5.1. Uji Tarik……………………..……………………. 31

  3.5.2. Pengamatan Struktur Mikro..…………………..…. 33

  3.5.3. Uji Komposisi Kimia............................................... 35

  BAB IV DATA PENELITIAN DAN PEMBAHASAN…………………. 37

  4.1. Analisis Pengujian Tarik……….…………………………… 37

  4.2. Analisis Pengujian Struktur Mikro………………………..... 42

  4.3. Analisis Pengujian Komposisi Kimia……............................. 43

  4.4 Analisis Ketebalan Plat dan Ketangguhan Material............... 45

  BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP……………………………..... 47

  5.1. Kesimpulan…………………..……………………………... 47

  5.2. Penutup …………………………………..………………… 49

  5.3. Saran………………………………..………………………. 49

  DAFTAR PUSTAKA

   DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram Fasa Besi Karbon…...…………………………….... 7Gambar 2.2. Struktur Mikro Baja Karbon……………….………………… 8Gambar 2.3. Diagram Tegangan Regangan…………………………...…... 23Gambar 2.4. Pemantulan Cahaya pada Benda……………………...……... 25Gambar 2.5. Jenis-jenis Perpatahan………………………………...……... 26Gambar 3.1. Skema Penelitian..................................................................... 27Gambar 3.2. Benda Uji Tarik………….………………..……….…….….. 28Gambar 3.3. Mesin Skrap…………………………………..……...……... 29Gambar 3.4. Mesin Uji Tarik…………………………………………….... 33Gambar 3.5. Mikroskop dan Kamera…………………………………...…. 34Gambar 3.6. Mesin Uji Komposisi Kimia…………………….…………... 36Gambar 4.1. Diagram Nilai Rata-rata Kekuatan Tarik……………...…...... 38Gambar 4.2. Diagram Nilai Rata-rata Regangan ………………….....…… 39Gambar 4.3. Diagram Nilai Rata-rata Kontraksi………………………..… 39Gambar 4.4. Diagram Nilai Rata-rata Modulus Elastisitas……………….. 40Gambar 4.5. Foto Struktur Mikro Material MS 1………………………… 42Gambar 4.6. Foto Struktur Mikro Material MS 2……………….……..…. 42Gambar 4.7. Foto Struktur Mikro Material MS 3………………..……...... 42Gambar 4.8. Diagram Nilai Ketangguhan Baja Material Swing Arm.......... 46

   DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi Baja Menurut SAE dan AISI.................................... 12Tabel 3.1. Dimensi Spesimen Standar ASTM............................................. 29Tabel 3.2. Hubungan Dimensional Benda Uji Tarik.................................. 30Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Tarik Material Swing Arm...................... 37Tabel 4.2. Nilai Rata-rata Kekuatan Tarik................................................. 37Tabel 4.3. Nilai Rata-rata Regangan Material Swing Arm........................ 37Tabel 4.4. Nilai Rata-rata Kontraksi Material Swing Arm………............. 38Tabel 4.5. Nilai Rata-rata Modulus Elastisitas……………………........... 38Tabel 4.6. Nilai Unsur Paduan Karbon Baja Material Swing Arm............. 43Tabel 4.7. Nilai Unsur Paduan Karbon Setelah Pengujian Ulang.............. 43Tabel 4.8. Nilai Unsur Paduan Setelah Pengujian Ulang.......................... 44Tabel 4.9. Nilai Ketangguhan Baja Material Swing Arm........................... 45

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

1.1 Dewasa ini perkembangan dunia otomotif berkembang dengan

  pesatnya, maka perancangan dan pemilihan bahan konstruksi ataupun komponen mesin sangatlah sulit dan rumit serta membutuhkan ketelitian.

  Sebagian besar konstruksi mesin dalam aplikasinya selalu menerima beban yang bervariasi, sehingga diperlukan suatu bahan yang baik dan kuat, untuk mendapatkan bahan tersebut diperlukan pengujian sifat-sifat fisis dan mekanis yang meliputi kekuatan tarik, struktur mikro dan komposisi kimianya. Dalam pengujian ini dibutuhkan pengetahuan tentang teknik manufaktur untuk mengetahui kemampuan bahan dalam menerima pembebanan, baik dinamis maupun statis.

  Riset dan pengembangan terus dilakukan untuk memperoleh teknologi baru yang lebih efisien dan efektif baik pengembangan mesin maupun konstruksi. Salah satu konstruksi yang terus dikembangkan adalah swing arm sepeda motor. Swing arm merupakan komponen penting pada sepeda motor yang dapat meredam beban kejut dengan baik sehingga kestabilan sepeda motor dapat terjaga. Material yang umumnya digunakan dalam pembuatan

  swing arm sepeda motor yaitu baja karbon rendah. Material yang saat ini

  dipakai sering pecah dimungkinkan karena komposisi, perlakuan panas maupun pengerjaan yang salah. Maka dari itu diperlukan adanya penelitian terhadap material yang baik untuk swing arm sepeda motor.

  Penelitian ini meliputi tiga jenis pipa kotak MS yang akan digunakan dalam pembuatan swing arm sepeda motor. Adapun ketiga baja tersebut adalah : 1. Baja kotak putih, MS ukuran 20 mm x 40 mm x 1,8 mm.

  2. Baja kotak coklat, MS ukuran 20 mm x 39,5 mm x 1,8 mm.

  3. Baja kotak hitam, MS ukuran 19,5 mm x 40 mm x 2 mm

   Tujuan Penelitian

  1.2 Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

  1. Mengetahui kekuatan tarik, regangan dan kontraksi beberapa baja material swing arm sepeda motor

  2. Mengetahui komposisi kimia baja material swing arm sepeda motor

  3. Menentukan material yang paling sesuai untuk pembuatan swing arm sepeda motor

   Batasan Masalah

  1.3 Batasan masalah yang ditentukan penulis dalam penelitian dan

  penyusunan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari 3 baja material yang akan digunakan dalam pembuatan swing arm sepeda motor. Pengujian yang dilakukan meliputi uji tarik, pengamatan struktur mikro dan uji komposisi kimia. Material diperoleh dari PT. Mega Andalan Kalasan dan pengujiannya di Laboratorium Ilmu Logam Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Baja

  Baja merupakan paduan yang terdiri dari besi (Fe), karbon (C) dan unsur lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoron atau penempaan.

  Karbon merupakan salah satu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja.

  Besi dan baja merupakan logam yang banyak dipakai dan digunakan dalam dunia teknik, meliputi 95% dari seluruh produksi logam dunia, baik dalam bentuk pelat, lembaran, pipa, batang profil dan sebagainya. Untuk penggunaan tertentu, besi dan baja merupakan satu-satuya logam yang memenuhi persyaratan teknik maupun ekonomis, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang bervariasi. Yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dari yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajam sekalipun atau apa saja dengan bentuk struktur logam dapat dibuat dengan metode pengecoran. Dari unsur besi (Fe) berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya mengapa besi dan baja disebut dengan bahan yang kaya dengan sifat-sifat. Namun di beberapa bidang lainnya logam ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi. Besi diperkirakan telah dikenal manusia sekitar tahun 1200 SM.

  2.2 Proses Produksi Baja

  Untuk memproduksi baja dapat ditempuh dengan cara pengecoran atau dengan cara metalurgi serbuk. Pengecoran dilakukan dengan cara melebur biji besi yang diperoleh dari tambang dalam dapur tinggi (blast furnance). Dengan cara serbuk metalurgi yaitu dengan melebur kembali baja sraps dalam dapur pengolahan baja (steel furnance). Melalui cara ini , baja diperoleh dengan cara memadatkan campuran serbuk besi dan serbuk lainnya dalam satu wadah tertentu dan selanjutnya dilakukan pemanasan terhadap hasil pemadatan.

  2.3 Struktur Mikro Besi dan Baja

2.3.1 Diagram Fasa Besi Karbon

  Dari unsur besi berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya besi dan baja kaya dengan sifat-sifat. Sifat unsur penyusun baja dan besi dapat dilihat secara jelas dalam diagram fasa besi karbon, seperti pada gambar 2.1. Gambar tersebut menunjukan gambar keseimbangan besi karbon sebagai dasar dari bahan yang berupa besi baja. Selain karbon pada besi dan baja, terkandung kira-kira 0,25 % Si, 0,3 – 1,5 % Mn, dan unsur pengotor lain P, S dan sebagainya. Karena unsur-unsur ini tidak memberikan pengaruh utama kepada diagram fasa, maka diagram fasa tersebut dapat dipergunakan tanpa menghiraukan adanya unsur-unsur tersebut.

  Pada paduan besi karbon fasa karbida yang disebut simentit, dan juga grafit, grafit lebih stabil dari pada simentit. Yang akan dibahas disini hanyalah diagram Fe-Fe C (simentit mempunyai kadar C = 6,67 %). Titik- ₃ A.

  Titik cair besi B. Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik

  H. Larutan padat δ yang da hubungannya dengan reaksi peritektik. Kelarutan karbon maksimum, adalah 0,10 %.

  J. Titik peritektik selama pendinginan eustenit, pada komposisi J, fase γ terbebtuk dari larutan padat

  δ, pada komposisi H, dan cairan komposisi B.

  N. Titik transformasi dari besi dari besi δ ↔ besi γ, titik transformasi A ⁴ murni.

  C. Titik eutektik. Selama pendinginan fasa γ dengan komposisi E dan sementit pada komposisi F (6,67 % C) terbentuk dari cairan pada komposisi C, fasa eutektik ini disebut ledeburit.

E. Titik yang menyatakan fasa γ, ada hubungan dengan reaksi eutektik.

  Kelarutan maksimum dari karbon 2,14 %. Paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja.

  G. Titik transformasi besi untuk besi.

  δ ↔ α. Titik transformasi A ³ P. Titik yang menyatakan ferit, fasa α ada hubungannya dengan reaksi eutektoid. Kelarutan maksimum dari karbon kira-kira 0,02 %.

  S. Titik eutectoid. Selama pendinginan, ferit pada komposisi P dan sementiti pada komposisi K (sama dengan F) terbentuk simultat dari austenit pada komposisi S. Reaksi eutektoid ini dinamakan transformasi A , dan fasa ₁ eutektoid ini dinamakan perlit.

  GS. Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dengan komposisi di mana mulai terbentuk ferit dari austenit. Garis ini disebut garis A . ₃ ES. Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dan komposisi, di mana mulai terbentuk simentit dari austenit dinamakan garis A _cm A . Titik transformasi magnetik untuk besi atau ferit. ₂ A . Titik transformasi magnetik untuk sementit.

Gambar 2.1 : Diagram fasa besi karbon

  Sumber : Prof. Ir. Tata Surdia, M.S. Met.E : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 70

  a b c d e f

Gambar 2.2 : Struktur mikro baja karbon

  Sumber : Prof. Ir. Tata Surdia, M.S. Met.E : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 71

  Keterangan Gambar 2.2 :

  a. Menunjukkan stuktur mikro baja yang mempunyai kandungan karbon b.

  Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,25 %. Baja ini dinormalkan pada suhu 930ºC.

  c. Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,30 %. Baja ini diaustenitkan pada suhu 930ºC dan ditransformasikan isothermal pada suhu 700ºC.

  d.

  Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,45 %. Baja ini dinormalkan pada suhu 840ºC.

  e. Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon 0,80 %. Baja ini diaustenitkan pada suhu 1150ºC dan didinginkan pada tungku.

  f.

  Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 1 %. Baja ini dirol pada suhu 1050ºC dan pendinginannya dilakukan dengan udara. Baja yang berkadar karbon sama dengan komposisi eutektoid dinamakan baja eutektoid, yang berkadar kurang dari komposisi eutektoid disebut baja hypoeutektoid dan yang berkadar karbon lebih dari komposisi eutektoid disebut baja hypopereutektoid.

2.3.2 Perubahan Struktur Pada Perlakuan Panas

  Besi dan baja diharapkan mempunyai kekuatan statis dan dinamik, ulet, mudah diolah, tahan korosi dan mempunyai sifat elektromagnet agar dapat dipakai sebagai bahan untuk konstruksi dan mesin-mesin. Dilihat dari transformasi ada tiga macam baja yaitu :

  1. Baja dengan titik transformasi A ₁ berupa ferit di bawah A ₁ dan austenit pada A atau diatas A ₁ . ₃

  2. Baja dengan titik transformasi A ₁ di bawah temperatur kamar, berupa austenit pada temperatur kamar.

3. Baja dengan daerah austenit yang kecil, berupa ferit sampai temperatur tinggi pada daerah komposisi tertentu.

  Baja yang tergolong macam 1 berupa ferit pada temperatur kamar (dalam keseimbangan), dapat diproses menjadi berbagai struktur dengan jalan perlakuan panas. Struktur tersebut diiktisarkan pada Gambar 2.1.

  Fasa yang ada pada baja. Fasa-fasa tersebut memiliki sifat-sifat khas, sebagai berikut :

  1. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body centered

  cubic (bcc), menunjukan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada temperatur rendah.

  2. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau face

  centered cubic (fcc), menunjukan titik mulur yang jelas tanpa

  kegetasan pada keadaan dingin. Akan tetapi kalau berupa fasa metastabil bisa berubah menjadi α’ pada temperatur rendah, dengan pengerjaan.

  3. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau body centered tetragonal (bct). Makin tinggi derajat kelewat jenuhan karbon, makin besar perbandingan satuan sumbu sel satuannya dan makin keras serta makin getas martensit tersebut.

  4. Bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit dan ferit. Sesuai dengan keanekaragaman strukturnya, maka dapat diperoleh berbagai sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Faktor-faktor yang menentukan sifat-sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsur paduan dalam fasa, ukuran dan bentuk senyawa. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diinginkan perlu mendapat struktur yang cocok dengan komposisi kimia dan perlakuan panas yang tepat.

2.4 Klasifikasi Baja

  Berdasarkan unsur paduannya, klasifikasi baja mengikuti SAE (Society of Automotive Engineers ) dan AISI ( American Iron and Steel Institute ).

  Macam-macam kategori baja diantaranya sebagai berikut : Baja karbon biasa (plain-carbon steel).

• Baja paduan rendah (hight-strength, low alloy steel). - Low alloy structural steel.
• Baja tahan karat (stainless steel). - Baja tuang / cor (cast steel). - Baja perkakas (tool steel).
• Baja penggunaan spesial / khusus (spesial purpose steel) -

Tabel 2.1. Klasifikasi baja menurut SAE dan AISI

  

Sumber : Budi Setyahandana. S.T, M.T. : Diktat Material Teknik, hal 12

  2.4.1 Baja karbon biasa Baja karbon biasa merupakan jenis baja yang paling awal dikenal orang.

  Baja ini mempunyai komponen utama Fe dan C, baja ini dibedakan lagi

  1. Baja karbon rendah dengan kandungan karbon berkisar 0,05 – 0,30 % 2.

  Baja karbon sedang dengan kandungan karbon berkisar 0,30 – 0,50 %

  3. Baja karbon tinggi dengan kandungan karbon lebih besar dari 0,50 % Sifat umum baja karbon berdasarkan kadar % C :

  1. Baja karbon rendah (0,05 – 0,30 %) - Kekuatan sedang, liat dan tangguh tapi lunak.

• Untuk komponen dengan tegangan rendah.
• Mudah dimesin dan dilas.

  2. Baja karbon sedang (0,3 – 0,6 %) - Lebih keras dari pada baja karbon rendah.

• Lebih kuat dan tangguh, tetapi kurang liat.
• Sifat dapat diubah dengan heat treatment.

  3. Baja karbon tinggi (0,6 – 0,95 %) - Lebih keras tetapi kurang liat dan tangguh.

• Dapat di heat treatment untuk memperkeras dan mempertinggi ketahanan arus.
• Untuk C > 0,96 % digunakan untuk tool steel.

  2.4.2 Baja paduan rendah Baja paduan rendah mengandung unsur-unsur paduan sebagai elemen tambahan pada Fe dan C, Mo (Molibden), Si (Silicon) dan lain-lain.

  Umumnya kandungan masing-masing elemen paduan lebih kecil dari 5 %. Baja ini pada umunya telah mendapat perlakuan panas (heat treatment) oleh

  1. Baja paduan rendah (jumlah unsur paduan khusus < 8,0 %) 2.

  Baja paduan tinggi (jumlah unsur paduan khusus > 8,0 %) Maksud penambahan unsur-unsur paduan : 1.

  Meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja.

  2. Memperbaiki sifat-sifat baja. Unsur-unsur paduan pada baja dapat digolongkan menjadi : 1.

  Membuat baja lebih kuat dan ulet yang bereaksi dengan Fe seperti Ni, Mn, Cr dan Mo.

  2. Membuat baja lebih keras jika bereaksi dengan C seperti Cr, W, Mo dan V.

  Penggolongan 1 terutama digunakan untuk baja konstruksi, sedang 2 terutama digunakan untuk baja perkakas dan baja pembentuk seperti pembentuk huruf nama. Dari segi ilmu bahan, unsur-unsur paduan pada baja akan memberi pengaruh dalam hal :

  1. Perubahan struktur fcc – bcc, suhu kritis akan berpindah ke atas (Cr, W, Mo, Si) atau ke bawah (Ni, Mn).

  Penyimpangan diagram sebanding dengan kadar unsur-unsur paduan yang terdapat pada baja. Peningkatan cukup banyak kadar Mn dan Ni (12 – 14 %) dapat mengubah suhu kritis bawah, dibawah suhu kamar.

  2. Titik eutektik (titik dimana suhu kritis atas dan bawah berada pada tempat yang sama) akan bergeser ke kiri pada diagram Fe-C.

  3. Kecepatan pendinginan kritis akan lambat.

  2.4.3 Baja tahan karat Baja tahan karat pada umumnya yang berlaku dipasaran dapat dibedakan menjadi sebagai berikut :

• Baja tahan karat ferit (ferit stainlees steel). - Baja tahan karat martensit (martensite stainlees steel).

  Baja tahan karat austenit (Austenite stainlees steel).

• Semua jenis baja tahan karat ini mempunyai daya tahan terhadap korosi yang berbeda, tergantung pada kandungan cromium (Cr). Baja austenit termasuk kelompok baja Cr – Ni (seri 300). Baja ferit (masuk dalam seri 400) tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.

  2.4.4 Baja cor Baja cor mempunyai komposisi yang hampir sama dengan baja tempa, kecuali pada komposisi Si dan Mn mempunyai jumlah lebih besar yang berfungsi untuk mengikat O dan gas-gas lainnya. Baja cor komersial masih ₂ dibedakan atas :

  Baja karbon rendah dengan C < 0,2 %. - Baja karbon sedang dengan C 0,20 – 0 ,50 %.

• Baja karbon tinggi dengan C < 0,50 %. Baja paduan rendah dengan jumlah total elemen paduan C < 8 %. - Baja paduan tinggi dengan jumlah total elemen paduan C > 8 %.
• 2.4.5 Baja perkakas

  Baja perkakas yang beredar secara internasional pada umumnya harus

• Kemampuan mempertahankan kekerasan dan kekuatan pada suhu tinggi.
• Kemampuan terhadap beban kejut/impact.
• Kemampuan untuk mempertahankan diri terhadap keausan dan gesekan. Baja perkakas biasanya mengandung unsur-unsur Cr, W, V dan Mo dengan jumlah cukup besar, sehingga baja tersebut menjadi lebih keras dan tahan terhadap keausan.

2.4.6 Baja Spesial

  Baja special pada umumnya digunakan untuk maksud-maksud tertentu sebagai berikut :

• Baja tahan suhu tinggi.
• Baja tahan suhu rendah.
• Baja kekuatan tinggi. Untuk penggunaan pada suhu tinggi (950 – 1100 ºC) dapat dipilih baja tahan karat austenik (misal seri 302, 309, 310, 316, 321, 327) tetapi kekuatannya turun dratis sampai pada temperatur 1100 ºC. Dapat juga digunakan baja tahan karat jenis martensit dan feritik.

2.5. Unsur-unsur Yang Terkandung Dalam Baja

  Unsur-unsur paduan baja mempunyai pengaruh sebagai berikut :

  2.5.1. Karbon ( C ) Pengaruh unsur karbon adalah menaikkan besaran kekuatan tarik, kekerasan dan kepekaan takik tetapi menurunkan keliatan ( regangan patah), kemampuan tempa dan las. Hal ini dapat diatasi dengan cara paduan dan

  2.5.2. Mangan ( Mn ) Kombinasi Mn + S sebagai MnS ( mangan sulfida lunak ), penambahan pada besi sulfida untuk mengurangi kegetasan. Pada alloy stell kandungan 11

  % - 14 % Mn berfungsi untuk : Membentuk paduan austenit yang tidak magnetis. - Meningkatkan kekerasan, tahan aus.

• Ideal untuk alat iris yang menderita beban kejut.
• 2.5.3. Sulfur ( S )

  Umumnya tidak dikehendaki karena membuat efek brittle ( getas ). Jika bersenyawa dengan mangan sifat sulfur berkurang atau membuat baja rapuh bila tidak ada mangan.

  2.5.4. Nikel ( Ni ) Unsur ini berpengaruh untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan terhadap beban kejut terutama pada temparatur rendah, membantu pengerasan inti. Umumnya unsur ini digunakan sebagai paduan sebesar 2 % - 5 %, biasnya diguanakan pada baja perkakas. Kadar 12 % - 20 % Ni dengan C rendah dapat meningkatkan ketahanan korosi. Sifat Ni-Cr untuk keliatan, tahan api dan panas dan tahan terhadap asam.

  2.5.5. Chromium ( Cr ) Prosentase Cr dalam jumlah besar dapat berpengaruh terhadap ketahanan korosi dan tahan panas/api. Kandungan Cr rendah < 2 % berfungsi untuk mampu keras dan menambah kekuatan, biasanya paduan ini digunakan yang tahan aus dan dugunakan pada baja karburising,

  Chromium Carbides baja perkakas, baja bantalan tahan aus dan karat.

  2.5.6. Molybdenum ( Mo ) Unsur ini digunakan pada baja paduan kurang dari 0,3 % untuk menaikkan kekerasan dan menaikkan kekuatan terutama terhadap beban dinamik dan temperatur tinggi, mencegah kegetasan. Mo dapat juga menggantikan Cr untuk baja yang di temper dan di quench, menggantikan W untuk baja-baja perkakas.

  2.5.7. Vanadium ( V ) Kandungan 0,03 % - 0,25 % pada Vanadium Carbide berguna untuk menghindari atau menahan pertumbuhan batas butir dan menaikkan kekuatan.

  2.5.8. Tembaga ( Cu ) Tembaga mempunyai sifat tahan korosi di udara luar, umumnya sebagai paduan baja 0,10 % - 0,50 %. Tembaga biasanya digunakan pada low carbon sheet dan baja struktur karena tahan korosi.

  2.5.9. Wolfram ( W ) Wolfram berfungsi untuk menaikkan kekerasan dan keliatan. Biasanya unsur ini digunakan untuk baja-baja pada pengerjaan panas dengan kadar W sebesar 3 % - 20 %.

  2.5.10. Posfor ( P ) Posfor memperburuk kegetasan pada temperatur rendah dan meningkatkan sensitivitas dari kegetasan temper karena fasa yang

2.5.11. Aluminium ( Al )

  Unsur ini berfungsi untuk meninggikan pengerasan permukaan dari baja nitrat dengan membentuk Al-nitrat sebesar 0,95 % - 1,3 %, memperbaiki ketahanan terhadap panas dan proses penuaan.

  2.5.12. Boron Boron sangat efektif terhadap sifat kekerasan, 250 – 750 kali lebih efektif dari Ni, 75 – 125 kali lebih efektif dari Mo, 100 kali lebih efektif dari

  C. Dengan jumlah yang sangat sedikit boron memberikan sifat yang dikehendaki pada baja karbon rendah ( efek berkurang drastis seiring kenaikan kadar C ). Boron tidak membentuk carbide sehingga bersifat machinability dan cold forming capability.

2.6. Sifat Mekanis Baja

  Tujuan pengujian mekanik suatu logam yaitu dengan percobaan- percobaan yang dilakukan terhadap suatu logam untuk mendapatkan data- data yang dapat menunjukan sifat-sifat mekanik logam tersebut serta berperan penting dalam mendesain suatu rancangan.

  1. Malleability / dapat ditempa Logam ini dapat dengan mudah dibentuk dengan suatu gaya, baik dalam keadaan dingin maupun panas tanpa terjadi retak misalnya hammer ataupun dengan rol.

2. Ductility / keuletan Logam dapat dibentuk dengan tarikan tanpa menunjukan gejala putus.

  Kemampuan suatu logam untuk dibengkokan beberapa kali tanpa mengalami retak.

  4. Hardness / kekerasan Ketahanan suatu logam terhadap penetrasi/penusukan logam lain.

  5. Strength / kekuatan Kemampuan suatu logam untuk menahan gaya yang bekerja atau kemampuan logam menahan deformasi (perubahan bentuk karena pengaruh aksi dari luar).

  6. Weldability

  Kemampuan logam untuk dapat dilas, baik dengan listrik maupun las karbit/gas.

  7. Corrosion resistance / tahan korosi Kemampuan suatu logam untuk menahan korosi/karat akibat kelembaban udara, zat-zat kimia dan lain-lainnya.

  8. Machinability

  Kemampuan suatu logam untuk dikerjakan dengan mesin, misalnya dengan mesin bubut, mesin frais dan lain-lainnya.

  9. Elasticity

  Kemampuan suatu logam untuk kembali ke bentuk semula tanpa mengalami deformasi plastic / permanen.

  10. Brittle / kerapuhan Sifat logam yang mudah retak dan pecah. Sifat ini berhubungan erat

  Baja mempunyai kandungan besi ( Fe ) dan Karbon ( C ) dengan kadar karbon 0,05 % - 1,7 %. Selain karbon pada baja terkandung kurang lebih 0,25 % Si - 0,3 – 0.15 % Mn dan unsur pengotor lain seperti : Phosfor ( P ) dan Belerang ( S ) Karena unsur-unsur tidak memberikan pengaruh utama maka unsur tersebut di abaikan.

  Biji besi yang diperoleh dari pertambangan kemudian di lebur dalam dapur tinggi. Hasil dari dapur tinggi berupa besi kasar cair, di tuang dan di proses kembali dengan pemanasan lanjutan untuk mengurangi atau menambah unsur lain pada besi cair. Hasil leburan tersebut di sebut baja.

2.7. Pengujian Bahan

  Pengujian bahan ini dilakukan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari benda uji yang diteliti.

   Uji Tarik

2.7.1 Uji tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan

  perubahannya dari suatu logam terhadap pembebanan tarik. Beban tarik tersebut dimulai dari nol dan berhenti pada beban atau tegangan patah tarik dari logam yang bersangkutan. Benda uji yang telah disesuaikan standar ukurannya dipasang pada mesin tarik, kemudian diberi beban atau gaya tarik secara berlahan - lahan dari nol sampai maksimum. Setiap kali dibuat catatan mengenai perubahan atau pertambahan panjang dan gaya yang diberikan.

  Hasil catatan tersebut digambarkan dalam bentuk diagram tegangan-regangan. Rumus yang digunakan untuk perhitungan adalah sebagai berikut :

  P max

  σ = _T

  A L − L ₁

  100 % ε = ×

  L

  dengan :

  2

  = Tegangan tarik ( kg/mm )

  T σ ε = Regangan total (%)

  = Tegangan / beban maksimum yang diberikan ( kg )

  Pmax

  2 A = Luas penampang benda uji ( mm ) L = Panjang ukur mula-mula ( mm ) L = Panjang ukur ketika patah ( mm )

1 Perbandingan antara perubahan penampang setelah patah (setelah

  pengujian) dan penampang awal (sebelum pengujian) disebut kontraksi ( ψ). Rumus yang digunakan untuk menghitung kontraksi adalah :

  A − A _{o 1}

  ψ = × 100 %

  A _o

  dengan : A = luas penampang mula-mula benda uji.

  A 1 = luas penampang ketika patah benda uji.

Gambar 2.3 Diagram tegangan regangan.

  Sumber : Suroto, A, Sudibyo, B : Ilmu Logam/Metalugi, hal 3