Peningkatan ketahanan aus baja karbon rendah 0,0722% C dengan metode pelapisan hard chrome - USD Repository

  PENINGKATAN KETAHANAN AUS BAJA KARBON RENDAH 0,0722 % C DENGAN METODE PELAPISAN HARD CHROME TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan oleh: ADHI SETYA HUTAMA NIM : 075214010

  Kepada

  INCREASED WEAR RESISTANCE of LOW CARBON STEEL 0,0722 % C WITH HARD CHROME PALTING METHOD FINAL ASSIGNMENT As partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree by

  ADHI SETYA HUTAMA Student Number : 075214010 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

HALAMAN PERSEMBAHAN

  

” Karena impian harus didapatkan dengan usaha maksimal,

agar tercapai kemenangan sempurna ”

Dipersembahkan kepada:

• Tuhan Yesus Kristus penolong dan penghiburku

• Sumadi, Etik Trihastuti, Sri Hartono, dan Maria selaku keluarga yang selalu

  memberikan bantuan moral dalam penulisan tugas akhir.

• • Tim Tugas Akhir : Yusuf Chandra Agung Triatmaja, Robertus Agung

  Setyawan, Anang Tias Brigita, Yulius Dwi Haksoro, dkk yang selalu membantu dan menghiburku.

  Elias Ambirat Duhkito, SJ atas dukungan serta doa yang diberikan

kepada penulis dari awal sampai akhir proses penulisan Tugas Akhir ini.

• Fr.

• Marsela Lotjita Parahita yang selalu mendukung dan memberi semangat

  bagi penulis.
• Almamater.

  

INTISARI

Biasanya petani memanfaatkan jerami hanya untuk pakan ternak sapi

mereka, dan sisanya jerami akan dibakar atau dibiarkan membusuk. Dengan

mesin pencacah jerami, jerami yang sudah tidak digunakan lagi diolah dan

menghasilkan pupuk atau pakan ternak, dan sebagai bahan dasar bahan bakar

alternatif. Pada kenyataannya alat potong cepat terkorosi, mudah tumpul, berumur

pakai sebentar. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan umur alat potong

dengan metode pelapisan hard chrome.

  Penelitian dimulai dengan melakukan percobaan pelapisan hard chrome

pada benda uji yang dilakukan di Lab Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta. Dalam percobaan ini digunakan rectifier sebagai sumber arus, dan

benda uji digantungkan pada katoda yang berada pada bak electroplating. Setelah

dilakukan pelapisan, benda uji lalu dilakukan test uji keausan dengan

menggunakan metode Ogoshi pada Laboratorium Ilmu Bahan Universitas Gadjah

Mada, Yogyakarta.

  Dengan melakukan proses pelapisan elektroplating hard chrome, benda uji

terbukti mengalami peningkatan ketebalan sebesar 0,2 mm dan peningkatan

ketahanan aus sebesar 25,49% Kata kunci: jerami, electroplating hard chrome, peningkatan uji keausan.

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 KARBON RENDAH

  

0,0722 % C DENGAN METODE PELAPISAN

HARD CHROME

  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 Ir. Rines, M.T., dosen pembimbing Akademik 2007.

  4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., 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 Laboratorium Ilmu Logam Universitas

9. Yusuf Chandra Agung Triatmaja, rekan seperjuangan dalam melakukan penelitian tugas akhir.

  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, 2 Maret 2011 Penulis

ADHI SETYA HUTAMA

  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

  BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................

  1

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

  1

1.2 Tujuan ...........................................................................................

  2

1.3 Manfaat .........................................................................................

  2

1.4 Batasan Masalah ...........................................................................

  2

  BAB II. DASAR TEORI ...............................................................................

  4

2.1 Baja Karbon ..................................................................................

  4 2.1.1 Pengaruh Unsur-unsur yang Terdapat Dalam Baja ...........

  4 2.1.2 Pengelompokan Baja Berdasarkan Prosentase Karbon .....

  5

2.2 Elektroplating.................................................................................

  6 2.2.1 Prinsip Kerja Elektroplating ...............................................

  7 2.2.2 Kondisi yang Diperhatikan Saat Proses Elektroplating ......

  8 2.2.3 Macam-macam Proses Pelapisan .......................................

  9

2.3 Pengujian Kekerasan .....................................................................

  11 2.3.1 Pengujian Brinell ...............................................................

  12 2.3.2 Pengujian Vickers ..............................................................

  15 2.3.3 Pengujian Rockwell ............................................................

  18

2.4 Pengujian Keausan .........................................................................

  21 2.4.1 Prinsip Pengujian ...............................................................

  22 2.4.2 Macam-macam Jenis Keausan ...........................................

  24 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ..................................................

  27

3.1 Skema Kerja Penelitian .................................................................

  27

3.2 Persiapan Bahan dan Peralatan .....................................................

  28

  

3.6 Pengujian Kekerasan Brinell ........................................................

  31 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................

  34

4.1 Proses Pelapisan Hard Chrome ...................................................

  34 4.1.1 Laporan Hasil Percobaan 1 ................................................

  34 4.1.2 Laporan Hasil Percobaan 2 ................................................

  35 4.1.3 Kesimpulan Sementara Dari Laporan 1 dan 2 ...................

  37 4.1.4 Laporan Hasil Percobaan 3 ................................................

  38 4.1.5 Laporan Hasil Percobaan 4 ................................................

  40 4.1.6 Laporan Hasil Percobaan 5 ................................................

  41 4.1.7 Pembahasan dari Pembuatan Material Hard Chrome.........

  43

4.2 Pengujian Kekerasan .....................................................................

  44

4.3 Pengujian Keausan ........................................................................

  45 4.3.1 Penimbangan Massa Material ............................................

  45 4.3.2 Hasil Analisa Pengujian Keausan ......................................

  45 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................

  48

5.1 Kesimpulan Proses Elektroplating Hard Chrome ........................

  48

5.2 Kesimpulan Pengujian Keausan ....................................................

  48

5.3 Kesimpulan Pengujian Brinell .......................................................

  48

  DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Harga patokan beban uji Brinell (F) ...................................

  14 Tabel 2.2 Batas penyimpangan hasil uji Vickers ................................

  17 Tabel 2.3 Faktor penambahan pada uji Vickers .................................

  18 Tabel 2.4 Jenis skala uji Rockwell ......................................................

  18 Tabel 3.1 Beban uji pengujian Brinell ................................................

  32 Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan ..............................................................

  44 Tabel 4.2 Hasil penimbangan massa ...................................................

  45 Tabel 4.3 Hasil analisa uji keausan .....................................................

  45

  DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkain proses elektroplating ...........................................

  25 Gambar 2.11 Ilustrasi keausan lelah .........................................................

  29 Gambar 3.5 Profil spesimen ...................................................................

  28 Gambar 3.4 Kawat tembaga ...................................................................

  28 Gambar 3.3 Mikrometer .........................................................................

  27 Gambar 3.2 Dial kaliper .........................................................................

  26 Gambar 3.1 Skema kerja penelitian ........................................................

  26 Gambar 2.12 Ilustrasi skematis keausan oksidasi ....................................

  24 Gambar 2.10 Keausan abrasif ...................................................................

  8 Gambar 2.2 Skema proses pelapisan tembaga ........................................

  23 Gambar 2.9 Ilustrasi skematis keausan adhesif ......................................

  20 Gambar 2.8 Pengujian keausan dengan metode Ogoshi .........................

  19 Gambar 2.7 Ilustrasi hasil uji kekerasan Rockwell-B ............................

  16 Gambar 2.6 Ilustrasi hasil uji kekerasan Rockwell-C ............................

  13 Gambar 2.5 Ilustrasi hasil uji kekerasan Vickers ...................................

  10 Gambar 2.4 Ilusttrasi hasil uji kekerasan Brinell ...................................

  9 Gambar 2.3 Skema proses pelapisan nikel .............................................

  29 Gambar 3.7 Mesin uji keausan Riken Ogoshi’s universal wear dan

Gambar 4.1 Instalasi proses elektroplating percobaan pertama ..............

  35 Gambar 4.2 Hasil percobaan pertama ......................................................

  35 Gambar 4.3 Instalasi proses elektroplating percobaan kedua ..................

  36 Gambar 4.4 Hasil percobaan kedua .........................................................

  36 Gambar 4.5 Instalasi proses elektroplating percobaan ketiga .................

  38 Gambar 4.6 Hasil percobaan ketiga .........................................................

  39 Gambar 4.7 Material yang dililit dengan kawat tembaga .......................

  40 Gambar 4.8 Instalasi proses elektroplating percobaan keempat .............

  40 Gambar 4.9 Hasil percobaan keempat .....................................................

  41 Gambar 4.10 Instalasi proses elektroplating percobaan kelima ................

  42 Gambar 4.11 Hasil percobaan kelima ........................................................

  42 Gambar 4.12 Material yang diuji kekerasan ..............................................

  44 Gambar 4.14 Grafik peningkatan ketahan aus ...........................................

  46 Gambar 4.15 Dokumentasi pengujian keausan ........................................

  46

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 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. Peningkatan lapisan kekerasan pada alat potong mesin pencacah jerami.

  2. Pengoptimalan 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. Membandingkan kemampuan potong dari alat potong yang menggunakan lapisan hard chrome dengan alat potong tanpa lapisan dengan uji keausan.

  2. Membandingkan kemampuan potong dari alat potong yang menggunakan

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.

2.1.1 Pengaruh Unsur-unsur yang Terdapat Dalam Baja

  Adapun pengaruh unsur-unsur di atas antara lain sebagai berikut:

  1. Si dan Mn Biasanya baja karbon mengandung paling banyak 0,4% Si dan 0,5-0,8%

  Mn . Kedua unsur ini memiliki pengaruh yang tidak begitu berarti terhadap

  sifat mekanik dari baja. Mn sering dipakai untuk mengurangi sifat rapuh- panas dan mampu menghilangkan lubang-lubang pada saat proses pembuatan/penuangan baja.

  2. Phospor Phospor dapat larut baik dalam besi- α , yaitu dalam ikatan kimiawi besi phospit (Fe

3 P ). Phospor pada baja karbon akan mengakibatkan kerapuhan

  dalam keadaan dingin (rapuh-dingin). Semakin besar prosentase phospor, nya turun. Biasanya prosentase phospor di dalam baja karbon paling tinggi sekitar 0,08%. Tetapi kadang-kadang phospor sengaja ditambahkan pada baja karbon rendah (0,15-0,20% P) untuk memperbaiki machinability.

  3. Sulfur Prosentase tertinggi dari sulfur di dalam baja karbon sekitar 0,04%. Sulfur dapat mempengaruhi sifat rapuh-panas.

2.1.2 Pengelompokan Baja Berdasarkan Prosentase Karbon

  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. Low carbon steel biasanya digunakan unutuk konstruksi jembatan, bangunan, dan lain-lain.

  2. Baja karbon tengah Prosentase karbon yang terkandung dalam baja ini berkisar dari 0,25– 0,55%. Oleh sebab itu, jenis baja ini sifat-sifat lain dari baja ini adalah dapat dilas dan dapat dikerjakan pada mesin dengan baik. Biasanya baja ini

  3. Baja karbon tinggi Prosentase karbom yang terkandung dalam baja ini berkisar dari 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. Baja karbon tinggi biasanya dipergunakan untuk pegas, alat-alat pertanian, dan lain-lain.

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 : pelapisan emas, perak, kuningan, dan tembaga.

  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:

  4. Memperbaiki kehalusan atau bentuk permukaan dan toleransi dasar, misalnya: pelapisan nikel dan chromium.

  5. Elektroforming: 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 Adalah suatu terminal positif dalam larutan elektrolit dan terbagi dalam dua golongan, yaitu: a. Anoda larut (soluble anode)

  Anoda yang larut berfungsi untuk penghantar arus listrik dan juga sebagai bahan baku pelapis. Contoh : anoda nikel dan anoda seng.

  b. Anoda tak larut (unsoluble anode) Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja.

  Contoh : 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 elektroplating

2.2.2 Kondisi yang diperhatikan saat proses elektroplating

  1. Banyaknya rapat arus listrik yang ditentukan untuk mendapatkan atom-atom

  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

  a. Proses Pelapisan Tembaga Pelapisan tembaga biasanya digunakan dengan tujuan: 1. Sebagai lapisan perantara.

  2. 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 telah ada unsur tembaga, tidak perlu menggunakan pelapisan tembaga.

Gambar 2.2 Proses pelapisan tembaga b. Proses Pelapisan Nikel Pelapisan nikel merupakan kelanjutan dari proses pelapisan tembaga dan diakhiri dengan proses pelapisan chromium.

Gambar 2.3 Proses pelapisan nikel

  Pengerjaan pendahuluan meliputi : pembersihan secara mekanis, pencucian, pembersihan karat dan pembilasan. Jika logam dasar terbuat dari paduan tembaga (kuningan, perunggu) maka pelapisan nikel bisa langsung dilakukan tanpa proses pelapisan tembaga.

  c. Proses Pelapisan krom Pelapisan chromium di bedakan menjadi dua macam, antara lain :

  1. Pelapisan krom dekoratif Pada pelapisan ini umumnya logam (benda kerja) terlebih dulu dilapis 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

  2. Pelapisan hard chrome Pelapisan chromium dnegan memanfaatkan sifat-sifat chromium untuk mendapatkan sifat-sifat seperti : tahan panas, tahan gores, korosi, dan koefesien rendah. Pada pelapian hard chrome, chrome diendapkan pada logam dasar secara langsung tanpa pelapisan perantara. Lapisan hard

  chrome lebih tebal daripada lapisan chrome dekoratif, dengan ketebalan

  0,1- 0,2 mm. Manfaat dari Hard chrome itu sendiri antara lain agar logam tersebut: a. Lebih tahan terhadap karat.

  b. Melapisi permukaan logam agar lebih keras.

  c. Dalam ketebalan tertentu hard chrome tahan terhadap goresan.

  d. Agar permukaan logam lebih licin.

  e. Melindungi base material agar tahan terhadap suhu, cuaca, gesekan atau goresan.

2.3 Pengujian Kekerasan

  Uji kekerasan (hardness test) 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 kita gunakan bisa berbentuk bola (bulat), piramida, kerucut (runcing) dan terbuat dari material yang lebih keras dari benda uji.

2.3.1 Pengujian Brinell

  Tujuan

  1. Pengujian kekerasan menurut Brinell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

  2. Disarankan agar pengujian Brinell ini hanya diperuntukan material yang memiliki kekerasan Brinell sampai dengan 400 (ditulis 400 HB). Lebih dari itu dipakai pengujian Rockwell atau Vickers. Pengertian, Notasi, dan Satuan Besaran

  1. 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 .

  2. Notasi HB dilengkapi dengan indeks yang menyatakan syarat-syarat pengujian, yaitu: diameter bola baja, beban uji, dan lama pengujian (pembebanan uji). Contoh: HB 5/750/15 yang berarti pengujian kekerasan Brinell dengan bola bergaris tengah 5mm, beban uji 750kgf dan lama pengujian (pembebanan uji) 15 detik.

  3. Untuk pengujian standar yaitu dengan bola baja 10mm dengan beban uji

  ∅

  3.000N (306kgf) dan lama pengujian 15 detik, kekerasan Brinell yang dihasilkan hanya diberi notasi HB.

  2 . F HB

  =  

  2

  2   . D .( D D d

  

π − −

 

Gambar 2.4 Ilustrasi hasil uji kekerasan Brinell

  Perlengkapan Pengujian

  1. Benda tekan berupa bola baja yang dikeraskan. Jika bola baja mengalami deformasi atau kerusakan, maka hasil pengujian tidak dapat diterima. Bola baja yang rusak tersebut harus diganti dengan yang baru.

  2. Beban uji dipilih sedemikian rupa sehingga garis tengah bekas luka tekan d tidak lebih kecil daripada 0,2 D (d sukar diukur) dan tidak boleh lebih besar daripada 0,7 D (penyok ke luar mengganggu pengukuran d). Proses Pengujian

  1. Bola baja disinggungkan permukaan benda uji, kemudian diberi beban tegak lurus (sesuai dengan Tabel 2.1 Harga patokan beban uji Brinell) terhadap permukaan tersebut, bebas hentakan (bebas kejut) dan secara demikian berangsur-angsur sehingga beban uji tercapai dalam waktu pembebanan uji:

Tabel 2.1 Harga patokan beban uji Brinell (F)

  Beban uji F (kg) Tebal

  Brons, minimal Garis tengah

  Tembaga Metal ringan, material Baja, Besi bola uji D keras, Paduan metal Metal lunak pada tempat tuang

  (mm) Kuningan ringan pengujian keras

  (mm)

  2

  2

  2

  2

  30.D

  10.D

  5.D 2,5.D

  10 6 3000 1000 500 250

  5 3 750 250 125 62,5 2,5 3 187,5 62,5 31,25 15,6

  2. Pada umumnya pusat tempat pengujian berjarak sekurang-kurangnya 2D dari tepi material uji dan jarak tempat pengujian yang satu dengan yang lain 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 deformasi.

  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:

  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 ZB (biasanya ditulis B ) dan angka kekerasan

  σ σ Brinell HB.

  a. Untuk baja σ B = 3,5 x kekerasan Brinell (berlaku sampai σ B = 1400

  2 N/mm ).

  b. Untuk baja B = 4,0 x kekerasan Brinell (berlaku 1400 < B < 2100

  σ σ

  2 N/mm ).

2.3.2 Pengujian Vickers

  Pengertian, Notasi, dan Satuan Besaran

  1. Angka kekerasan Vickers (HV) adalah hasil bagi dari Beban Uji (F) dalam kgf dengan Luas Permukaan Bekas Luka Tekan Piramida Diamon (A) dalam

  2 mm .

  2. Notasi HV dilengkapi dengan indeks yang menyatakan syarat-syarat pengujian, yaitu: beban uji, dan lama pengujian (pembebanan uji).

  a. XXX HV 30 berarti kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji F= 30kgf dan lama pembebanan 15 detik.

  b. XXX HV 30/30 berarti kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji F= 30kgf dan lama pembebanan 30 detik.

  1 , 8544 . F HV

  =

  2 d

Gambar 2.5 Ilustrasi hasil uji kekerasan Vickers

  Proses Pengujian 1. Piramida diamon disinggungkan (tegak lurus pada permukaan) material uji.

  Pembebanan dilaksanakan dalam keadaan bebas hentakan dan bebas getaran sampai tercapai beban F yang dikehendaki. Menurut aturan standar, lama pembebanan uji 15 detik.

  2. Pada umumnya pusat tempat pengujian berjarak sekurang-kurangnya 2,5d dari tepi material uji atau dari pusat tempat pengujian yang lain.

  3. Beban uji F yang biasa dipakai: 5 kgf, 10 kgf, 30 kgf, dan 50 kgf. Hasil pengujian dengan beban-beban tersebut dapat diperbandingkan. Ternyata uji yang menghasilkan bekas luka tekan dengan diagonal d sekurang- kurangnya 0,4mm.

  4. Pengujian material tipis: a. Beban uji dipilih yang kecil agar tidak terjadi lubang tembus.

  b. Beban uji dipilih sedemikian rupa sehingga permukaan material uji bagian bawah tidak memperlihatkan tanda-tanda deformasi.

  Keterangan 1. Diagonal bekas luka tekan d harus diukur dengan ketelitian 0,002 mm.

  2. Batas penyimpangan Hasil Uji Vickers (lihat Tabel 2.2 Batas penyimpangan hasil uji Vickers ).

Tabel 2.2 Batas penyimpangan hasil uji Vickers

  Beban Uji (N) Penyimpangan Hasil (%)

  20

  4

  2

  8 0,2

  16

  3. Perbandingan antara luka tekan plastik dan luka tekan total (plastik+elastik) akan menjadi semakin kecil, jika beban uji semakin besar. Dibandingkan dengan kekerasan hasil pengujian dengan beban uji 100N, maka kekerasan hasil pengujian dengan beban uji yang lebih kecil harus disertai dengan faktor penambahan dalam %. (Tabel 2.3)

Tabel 2.3 Faktor Penambahan pada Uji Vickers

  Beban Uji (N) Penambahan (%)

  20

  6

  2

  12 0,2

  24

2.3.3 Pengujian Rockwell

  Tujuan

  1. Menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda penguji (dapat berupa bola baja atau kerucut diamond) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

  2. Untuk baja dipakai kerucut diamond sebagai benda penguji dan disebut pengujian Rockwell-C (C = cone = tirus), sedangkan untuk material lain dipakai bola baja dan disebut pengujian Rockwell-B (B = ball = bola).

  3. Untuk jenis-jenis skala uji Rockwell dapat dilihat di Tabel 2.4 Jenis skala uji Rockwell .

Tabel 2.4 Jenis skala uji Rockwell

  Skala Penekan Beban Utama Dial Penggunaan A Kerucut intan

  60 Hitam Tungsten carbide (special case) B Bola baja 1/16" 100 Merah Aluminium, Brass & Soft steel C Kerucut intan 150 Hitam Hardened steel D Kerucut intan 100 Hitam G Bola baja 1/16“ 150 Merah H Bola baja 1/8“

  60 Merah K Bola baja 1/8“ 150 Merah

  L Bola baja 1/4“

  60 Merah M Bola baja 1/4“ 100 Merah

  P Bola baja 1/4“ 150 Merah R Bola baja 1/2”

  60 Merah S Bola baja 1/2” 100 Merah

  V Bola baja 1/2” 150 Merah Pengertian, Notasi, dan Satuan Besaran

  1. Angka kekerasan Rockwell (HR) adalah selisih antara konstanta dan

dalamnya luka tekan permanen (e) yang dibagi dengan 0,002 mm.

  2. Pengujian dengan kerucut diamond (Rockwell-C):

  Keterangan Gambar 2.6 - uji kekerasan Rockwell-C: Sim. Arti Satuan

  Fo Beban uji awal (= 98,1 N) N F1 Beban uji utama (= 1373,4 N) N

  Ftot Beban uji total (= 1471,5 N) N ea Dalamnya luka tekan akibat Fo mm eg Dalamnya luka tekan akibat Ftot mm e Dalamnya luka tekan permanen jika F1 dihilangkan mm

  

Ggggggg

G

G

  3. Pengujian dengan bola baja (Rockwell-B):

Gambar 2.7 Ilustrasi hasil uji kekerasan Rockwell – B Keterangan Gambar 2.7-Uji Kekerasan Rockwell-B: Sim. Arti Sat

  Fo Beban uji awal (= 98,1 N) N F1 Beban uji utama (= 882,9 N) N

  Ftot Beban uji total (= 981 N) N ea Dalamnya luka tekan akibat Fo mm eg Dalamnya luka tekan akibat Ftot mm e Dalamnya luka tekan permanen jika F1 dihilangkan mm

2.4 Pengujian Keausan

  Keausan umumnya 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 mekanisme keausan pada material berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan (lubrication). 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

  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 2.8:

Gambar 2.8 Pengujian keausan dengan metode Ogoshi

  Keterangan : B : 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 …………………………………(1)

  Laju keausan (Ws) dapat ditentukan sebagai berikut :

  3 Ws : B.b / 8.r.Po.lo …………………………….(2)

  Keterangan : Po : Beban (kg) lo : jarak abrasi (m)

  Sebagaimana telah disebutkan pada bagian Pengantar, material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan adhesif, abrasi, lelah dan oksidasi. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut:

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 2.9 :

Gambar 2.9 Ilustrasi skematis keausan adhesif

  2. Keausan abrasif: Terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak, sebagaimana ditunjukkan oleh contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada 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 (rolling) tanpa efek abrasi.

Gambar 2.10 Keausan abrasif

  3. 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. Gambar 2.11 memberikan skematis mekanisme keausan lelah. Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro (t1). Retak-retak tersebut

Gambar 2.11 Ilustrasi keausan lelah

  4. 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 2.12 memperlihatkan skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Kerja Penelitian

Gambar 3.1 Skema kerja penelitian Persiapan bahan

  Buku-buku acuan Tanpa proses

  Baja Karbon rendah Data hasil penelitian Analisis data

  Kesimpulan Proses elektroplating hard chrome

  Uji komposisi Uji keausan Uji kekerasan Brinell

  Uji Keausan Uji Kekerasan Brinell

  3.2 Persiapan Bahan dan Peralatan

  1. Material Uji

  a. Baja karbon rendah diperoleh dari mesin pencacah jerami yang berada pada laboratorium mekanika Universitas Sanata Dharma b. Baja karbon tengah diperoleh dari bengkel handayani.

  2. Peralatan

  a. Kaliper

Gambar 3.2 Dial kaliper

  b. Mesin elektroplating hard chrome, milik Laboratorium Ilmu Logam, Universitas Sanata Dharma.

  c. Mikrometer

Gambar 3.3 Mikrometer d. Kawat tembaga

Gambar 3.4 Kawat tembaga

  d. mikroskop

  e. Autosol

  f. Amperemeter dan Voltmeter

  g. Rectifier dan Aki

  h. Mesin uji keausan, milik Labortorium Bahan Teknik, Universitas Gajah Mada Yogyakarta

i. Mesin uji kekerasan Brinell MOD 100 MR.

  Gambar-gambar bahan dan peralatan dapat di lihat pada halaman lampiran.

3.3 Pembuatan Spesimen Penelitian

  1. Pembuatan material uji dilakukan di bengkel BLPT Yogyakarta. Material uji awal dan material uji untuk proses elektroplating hard chrome rata-rata memiliki dimensi sebagai berikut :

• Memasukan dimensi baja karbon rendah

Gambar 3.5 Profil spesimen

  2. Pembuatan material uji untuk proses elektroplating Bahan baja karbon rendah yang sudah terbentuk. Di panaskan dalam larutan air sabun. Pemanasan air sabun ini untuk mengaktifkan kadar asam pada permukaan benda, agar ion-ion elektron bisa menempel pada material. Setelah dipanaskan dalam air sabun, material uji dilarutkan ke dalam bak

  2 elektroplating chrome dengan arus 10-30A/dm dan tegangan ±12Volt selama beberapa jam. Dan akhirnya menghasilkan material yang gelap, dan terlapisi semua permukaan material tersebut.

3.4 Pengujian komposisi

  1. Tujuan

Mengetahui kandungan unsur-unsur yang terdapat dalam benda uji

  2. Proses Pengujian komposisi ini dilakukan di Analisa Fisika Pusat Universitas Sanata Dharma, Paingan, Yogyakarta. Setelah mendapatkan hasil,

3.5 Pengujian Keausan

  1. Tujuan Menganalisa keausan material uji dengan perlakuan hard chrome dengan material awal.

  2. Proses Sebelum dilakukan pengujian keausan, material terlebih dahulu ditimbang untuk mengeteahui kadar massa awal. Penimbangan dilakukan dengan menggunakan timbangan digital, agar didapatkan massa yang signifikan. Setelah ditimbang material di pasang dalam mesin uji, lalu di seting dengan beban 4,5 kg sebagai beban awal, selama 1 menit.

  Untuk membandingkan hasil uji keausan material awal dengan material hard chrome , digunakan mikroskop untuk mengetahui perbedaannya.

Gambar 3.7 Mesin uji keausan riken ogoshi’s universal wear dan alat penimbang

b. Membandingkan harga kekerasan spesimen sebelum di chrome dengan spesimen sesudah di chrome .

2. Prosedur kerja

  a. Permukaan benda uji (spesimen) diratakan kemudian dihaluskan (dipoles) dan dibersihkan sehingga permukaan spesimen rata dan sejajar.

  b. ditentukan dahulu diameter identer dan beban penekanan sesuai dengan tabel 3.1

Tabel 3.1 Beban uji pengujian Brinell

  Beban uji F (N) Garis

  Brons, Metal Tengah tembaga ringan,

  Baja dan Metal bola uji keras, Paduan besi tuang lunak

  D ₂ kuningan Metal ₂

  30.D 2,5.D (mm) keras ringan _{2 2}

  10.D

  5.D 10 3000 1000 500 250 5 750 250 125 62,5 c. Spesimen dijepit dengan baik.

  d. Dilakukan kalibrasi nol pada skala beban penekanan.