ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH

ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH

  SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  BRESMAN P SIBORO NIM. 100421024 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

KATA PENGANTAR

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

  Adapun judul dari skripsi ini adalah “Analisa Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Daerah Interface Hasil Proses Cladding Material Stainless Steel Terhadap Baja Karbon Menengah ”.

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

  1. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT - USU.

  2. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyusun skripsi ini.

  3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.

  4. untuk penyelesaian tugas sarjana ini.

  5. Kedua orang tua saya, Sixjen P. Siboro dan bunda tersayang Helmyna br.

  Sibarani yang selalu memberikan doa, nasehat, perhatian , materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.

  6. Teman satu kerja Legiman, Haryono, Sumarno, Muslim Ginting yang telah banyak menbantu saya dalam melakukan pengujian dan banyak memberikan masukan.

  8. Adik saya Sardo Haryson P. Siboro yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai.

  Semoga skripsi ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

Medan, 14 Maret 2014

  Penulis, BRESMAN P. SIBORO

  NIM : 100421024

ABSTRAK

  Penggunaaan Baja karbon menengah dalam dunia industri masih sangat

banyak digunakan. Namun dalam aplikasi tertentu, seperti peralatan otomotif,

konstruksi dekat laut, tangki tekanan tinggi, Baja karbon menengah perlu dilapis

dengan stainless steel agar dapat digunakan sesuai aplikasinya dan masa pakai

yang tahan lama. Proses yang diteliti adalah proses cladding yaitu ikatan

bersama-sama dari dua logam berbeda. Cladding dapat dicapai dengan dua

logam, melalui logam induk dan logam pelapis serta menekan lembaran bersama

dibawah tekanan dan temperatur tinggi (850

  C). Tujuan penelitian adalah untuk

mendapatkan nilai kekerasan dan mengamati difusi yang terjadi pada struktur

mikro di daerah antar muka. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan dan

• – uji struktur mikro. Nilai kekerasan pada daerah antar muka pada masing

  masing varian waktu penahanan 20 menit, 40 menit dan 60 menit ditemukan

  peningkatan nilai kekerasan secara berturut
• – turut yakni 113,5 BHN, 125,6 BHN

  dan 128,30 BHN. Analisa struktur mikro waktu penahanan 20 menit terjadi

  difusi, tetapi belum sepenuhnya disepanjang daerah antar muka, pada waktu

  penahanan 40 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka, dan pada

  waktu penahanan 60 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka.

  kesimpulan yang diperoleh adalah semakin lama waktu pemanasan pada proses

  cladding, nilai kekerasan yang diperoleh akan semakin tinggi. Pada struktur

  mikro, semakin lama waktu penahanan pemanasan difusi terjadi disepanjang

  daerah interface.

  Kata kunci : Cladding, Baja Karbon Menengah, Stainless Steel, Uji Kekerasan, dan Struktur Mikro.

ABSTRACT The use of medium carbon steel in the industrial is still very much in use

  However in certain applications, such as automotive construction equipment near the sea, high pressure tanks, medium carbon steel coated with stainless steel needs to be used efficiently and effectively.. The process under study is the cladding process that ties together of two dissimilar metals. Cladding is often achieved with the two metals, through the parent metal and metal coating and pressing sheets together under high pressure and temperature. The purpose of the study is to obtain hardness values and observe the diffusion that occurs in the microstructure in the interfacial region. Testing is performed hardness test and microstructure test. Value violence in interface areas on each variant holding time 20 minutes, 40 minutes and 60 minutes found an increase in hardness values respectively were the 113.5 BHN, 125.6 BHN and 128.30 BHN. Analysis of the microstructure of the 20 minute hold time diffusion, but not entirely along the interface region, the detention time of 40 minutes diffusion that occurs along the interface areas, and at the 60 minute hold time diffusion that occurs along the interface areas. conclusions obtained are the longer the heating time on the cladding process, the hardness values obtained will be higher. On the microstructure, the longer the better diffusion warming is happening.

  Structure.

  DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .................................................................................................. i ABSTRAK .................................................................................................................... iii DAFTAR ISI ................................................................................................................ v DAFTAR TABEL ......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... x DAFTAR NOTASI ....................................................................................................... xi

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

  1.2 Perumusan Masalah ..................................................................................... 2

  1.3 Tujuan Penilitian ......................................................................................... 2

  1.4 Manfaat Penilitian ........................................................................................ 3

  1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................. 4

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

   2.1 Pelapisan Permukaan Logam. ..................................................................... 5

  2.1.1 Macam- Macam Pelapisan Logam….. .............................................. 5

  2.1.1.2 Pelapisan Protektif….. .................................................................. 6

  2.1.1.3 Pelapisan Sifat Khusus Permukaan….. ......................................... 6

  2.2 Cladding ..................................................................................................... 6

  2.3 Daerah Antar Muka ( Interface ) ................................................................. 7

  2.4 Waktu Penahanan ( Holding Time ) ............................................................. 8

  2.5 Difusi……………………………………………..……………………...8

  2.6 Baja ............................................................................................................. 9

  2.6.1 Baja Karbon (Carbon Steel) ........................................................... 10

  2.6.1.1 Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel ) .................................. 10

  2.6.1.2 Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel ) ....................... 11

  2.6.1.3 Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel ) .................................. 11

  2.6.2 Baja Tahan Karat ( Stainless Steel ) ................................................ 11

  2.6.2.1 Austenitic Stainless Steel.............................................................. 13

  2.6.2.2 Ferritic Stainless Steel .................................................................. 13

  2.6.2.3 Martensitic Stainless Steel ............................................................ 13

  2.6.2.4 Duplex Stainless Steel .................................................................. 14

  2.7 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr .................................................................. 15

  2.8 Diagram Fasa Baja Karbon (Fe-C) ............................................................ 17

  2.8.1 Ferrite atau Besi Alpha .................................................................. 19

  2.8.2 Austenit atau Besi Gamma ............................................................. 19

  2.8.3 Karbida Besi atau Sementit ........................................................... 20

  2.8.4 Perlit ................................................................................................ 21

  2.8.5 Martensit .......................................................................................... 21

  2.9 Metallografi ............................................................................................. 22

  2.9.1 Pemotongan ( Sectioning ) .............................................................. 23

  2.9.2 Pembingkaian ( Mounting ) ........................................................... 24

  2.9.3 Penggerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan ................................ 25

  3.2 Proses Penelitian .................................................................................... 41

  3.2.8 Pengujian Kekerasan Brinnel ........................................................ 46

  3.2.7 Pendinginan Dengan Media Udara ............................................... 45

  3.2.6 Proses Pemanasan Pada Spesimen ................................................. 44

  3.2.5 Proses Penekanan Pada Spesimen ................................................. 43

  3.2.4 Proses Pembersihan Permukaan Spesimen ................................... 43

  3.2.3 Proses Pembuatan Alat Penekan Spesimen ................................... 42

  3.2.2 Uji Komposisi ................................................................................ 41

  3.2.1 Pembuatan Spesimen .................................................................... 41

  3.1.2 Alat Yang Digunakan .................................................................. 36

  2.9.4 Pengetsaan ( Etching ) ..................................................................... 27

  3.1.1 Bahan Yang Digunakan ............................................................... 36

  3.1 Bahan dan Alat ....................................................................................... 36

  BAB III METODE PENELITIAN

  2.11.3 Uji Keras Vickers ................................................................................. 34

  2.11.2 Uji Keras Rockwell ............................................................................. 33

  2.11.1 Uji Keras Brinnel ................................................................................. 32

  2.11 Pengujian Kekerasan ................................................................................ 31

  2.10 Pengujian Komposisi ............................................................................ 30

  2.9.5 Pengamatan Struktur Mikro............................................................. 27

  3.2.9 Pengujian Struktur Mikro .............................................................. 48

  3.3 Diagram Alir .......................................................................................... 50

  BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil Pengujian Brinell............................................................................ 52

  4.1.1 Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 20 Menit .............................. 54

  4.1.2 Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 40 Menit ............................... 56

  4.1.3 Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 60 Menit ............................... 58

  4.2 Hasil Uji Struktur Mikro ....................................................................... 60

  4.2.1 Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 20 Menit ................. 62

  4.2.2 Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 40 Menit ................. 64

  4.2.3 Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 60 Menit ................. 67

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 70

  5.2 Saran ......................................................................................................... 71

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Stainless Steel Berdasarkan S truktur Metalurgi…..14Tabel 3.1 Hasil uji Uji Komposisi ................................................................... 42Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan 20 Menit ............................................................ 54Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan 40 Menit ............................................................ 56Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan 60 Menit ............................................................ 58

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.11 Perumusan Untuk Pengujian Brinnel…..……….……………..33Gambar 3.4 Tungku Pemanas .............................................................................. 38Gambar 3.3 Gergaji .............................................................................................. 38Gambar 3.2 Alat Penekan Spesimen .................................................................... 37Gambar 3.1 Kunci Moment .................................................................................. 36Gambar 2.16 Bentuk Indentor Vikers ............................................................. 35Gambar 2.15 Pengujian Vikers ....................................................................... 35Gambar 2.14 Prinsip Kerja Metode Pengukuran Rockwell ........................... 34Gambar 2.13 Pengujian Rockwell .................................................................. 34Gambar 2.12 Alat uji kekerasan brinnel ......................................................... 33Gambar 2.10 Alat Uji Komposisi ( Metal Analizer ) .............................................. 30Gambar 2.1 Proses Cladding Dengan Menggunakan Pengerollan Panas ............. 7Gambar 2.9 Ilustrasi Prinsip Pengelihatan ............................................................ 29Gambar 2.8 Proses Pengamplasan dan Pemolesan Spesimen ............................... 26

  Terhadap Spesimen…………………………25

Gambar 2.7 Proses MountingGambar 2.6 Struktur Kristal BCT ......................................................................... 21Gambar 2.5 Struktur Kristal FCC ......................................................................... 20Gambar 2.4 Struktur Kristal BCC ......................................................................... 19Gambar 2.3 Diagram Fasa Baja Karbon (Fe-C) ................................................... 17Gambar 2.2 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr ......................................................... 15Gambar 3.5 Sarung Tangan .......................................................................... 39Gambar 3.6 Penjepit ............................................................................................. 39Gambar 3.17 Diagram Alir Penelitian.. .................................................................. 50Gambar 4.8 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 40 Menit ............................. 64Gambar 4.7 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 20 Menit ............................. 62Gambar 4.6 Contoh Pembacaan Keterangan Foto Struktur Mikro ....................... 61Gambar 4.5 Hasil Uji Kekerasan Setiap Variasi ................................................... 60Gambar 4.4 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 60 menit ................................ 59Gambar 4.3 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 40 menit ................................ 57Gambar 4.2 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 20 menit ................................ 55Gambar 4.1 Bentuk Spesimen Setelah Pengujian ................................................ 53Gambar 3.16 Mikroskop Optic.. ............................................................................. 48Gambar 3.7 Mesin Polish ..................................................................................... 40Gambar 3.15 Set Up Pengujian Kekerasan. ............................................................ 46Gambar 3.14 Pembingkaian (mounting) Spesimen ................................................ 46Gambar 3.13 Spesimen Dikeluarkan dari Tungku Pemanas ................................... 45Gambar 3.12 Spesimen Dalam Tungku Pemanas ................................................... 44Gambar 3.11 Penekanan Pada Spesimen ................................................................ 44Gambar 3.10 Pembersihan Permukaan Spesimen .................................................. 43Gambar 3.9 Alat Penekan Spesimen .................................................................... 42Gambar 3.8 Spesimen Penelitian.......................................................................... 41Gambar 4.9 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 60 Menit ............................. 67

  DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan

  F Beban kgf D Diameter mm d Diameter lelukan mm t Waktu pemanasan Menit L Panjang spesimen mm l Lebar spesimen mm