Pengaruh Struktur Mikro Terhadap Sifat Mekanis Baja Hss Asp 23 Untuk Bahan Mata Pisau Pemanen Sawit
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penguatan yang berdampak terhadap peningkatan sifat mekanik dapat
terjadi dengan berbagai cara, antara lain dengan mekanisme pengerasan
regangan (strain hardening), larut padat, fasa kedua, fresfitasi, dispersi,
penghalusan butir dan tekstur. Untuk memenuhi tuntutan konsumen dalam
teknik penguatan logam ini peneliti mencoba mengangkat permasalahan
penguatan logam dengan cara prespitasi yaitu melalui proses perlakuan panas
quenching dan tempering pada baja HSS ASP 23 untuk mata pisau pemanen
sawit, alasan yang mendasari peneliti mengambil baja HSS ASP 23 karena
baja ini banyak dipergunakan dalam bidang permesinan seperti mata pahat
dalam proses pembubutan, baja ini memiliki kekerasan yang tinggi sehingga
cocok untuk komponen yang membutuhkan ketangguhan dan keuletan.
Baja karbon sedang sebagai bahan yang dipakai saat ini untuk
pembuatan mata pisau pemanen sawit yang dibuat secara konvensional masih
memiliki banyak kelemahan. Seperti yang telah diketahui bahwa cukup
banyak kekurangan dari mata pisau pemanen sawit yang dibuat dipasaran,
terutama pada kekerasannya yang tidak merata, hal ini dikarenakan proses
yang digunakan adalah hammering (penempaan manual) dengan sifat
ketangguhannya yang masih rendah yang menyebabkan sering patah/lecet
nya permukaan mata pisau sehingga umur pakai lebih singkat. Maka hal
inilah yang mendasari dilakukannya penelitian untuk menggunakan material
Universitas Sumatera Utara
2
yang berbeda dalam hal meningkatkan umur pakai mata pisau pemanen sawit
(1).
Usaha menjaga agar logam lebih tahan gesekan atau tekanan adalah
dengan cara perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting
dalam upaya meningkatkan ketangguhan baja sesuai kebutuhan. Salah satu
proses perlakuan panas pada baja adalah proses hardening, yaitu proses
perlakuan panas sampai suhu di daerah atau diatas daerah rekristalisasi
disusul dengan pendinginan yang cepat dinamakan quench (2).
Metode quenching sederhana adalah berupa pencelupan baja yang
telah dipanaskan mencapai fasa austenit ke dalam bak berisi media pendingin
sehingga panas pada baja terabsorbsi ke media pendingin yang akan
menghasilkan peningkatan ketangguhan sebagai akibat perubahan struktur
mikronya (3).
Tujuan dari penemperan adalah untuk meningkatkan keuletan dan
mengurangi kerapuhan. Pengaruh dari suhu tempering ini akan menurunkan
tingkat kekerasan dari logam. Penelitian disini membatasi cara pemanasan
logam dengan cara tempering (4).
Beberapa hasil penelitian yang pernah dilakukan sesuai dengan subjek
penelitian, maka dapat diuraikan sebagai berikut :
Meningkatnya suhu tempering memiliki kecenderungan menurunkan nilai
kekerasan dan kekuatan tarik material dan pada struktur mikronya semakin
kecil ukuran butiran maka bahan semakin keras dan kekuatan tariknya makin
tinggi (3).
Universitas Sumatera Utara
3
Pengaruh quenching menggunakan
Oli SAE 40 meningkatkan harga
kekerasan, kekuatan tarik dan ketangguhan dari raw material dan proses
tempering
menurunkan
nilai
kekerasan
dan
kekuatan
tarik
tetapi
meningkatkan ketangguhan baja (5).
Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan masih perlu melakukan
penelitian lanjut dengan proses perlakuan panas. Proses heat treatment
dilakukan dengan proses hardening dengan quenching kemudian dilanjutkan
dengan proses tempering. Perbaikan sifat mekanis dapat dikendalikan dengan
proses tempering sehingga akan menghasilkan pembuatan mata pisau yang
lebih baik lagi untuk pisau pemanen kelapa sawit yang lebih dikenal dengan
pisau egrek/dodos.
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan menjadi pokok perumusan masalah adalah :
1) Bagaimana pengaruh hardening dan tempering terhadap sifat mekanis
bahan seperti kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23 sebelum dan setelah proses heat
treatment.
2) Bagaimana pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis bahan baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23.
3) Bagaimana memilih bahan yang tepat pada mata pisau sawit
Universitas Sumatera Utara
4
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1) mengetahui pengaruh hardening dan tempering terhadap sifat mekanis
bahan seperti kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23 sebelum dan setelah proses heat
treatment.
2) Mengetahui pengaruh ukuran butiran terhadap sifat mekanis bahan baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23.
3) Mengetahui bahan yang tepat pada mata pisau sawit antara material HSS
ASP 23 dengan baja karbon sedang (per daun mobil bekas).
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini:
1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan
pengalaman tentang material dan ilmu logam fisik khususnya proses
heat treatment.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi
tambahan untuk penelitian tentang mikrosturktur logam.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam
pembuatan bahan pisau egrek atau dodos sawit yang dapat
diproduksi dalam skala besar. Hal ini dapat ditingkatkan dengan heat
treatment atau termomekanikal sehingga dapat mengurangi biaya
produksi sekaligus meningkatkan kualitas produk khususnya sifat
mekanisnya.
Universitas Sumatera Utara
5
1.5 Batasan Masalah
Adapun pembatasan masalah pada skripsi ini yaitu:
1. Material yang digunakan adalah baja High Speed Steel (HSS) ASP 23
termasuk baja paduan tinggi (high alloy steel) dengan komposisi Fe
(75,00), C(1,28), W(6,40), Cr(4,20), Mo(5,00), V(3,10), Mn(0,438),
P(0,036), Ni(0,214), Al(0,035), Ti(0,058), Sn(0,096), Nb(0,062),
Pb(0,066), Cu(0,045), dan Si(0,032).
2. Pemanasan awal dilakukan pada suhu 1050oC dan diikuti dengan
proses waktu tahan selama 1 jam lalu di quenching dengan media
pendingin oli SAE 40 dan air es (Mendekati 0oC yaitu 4oC-5oC)
kemudian dipanasi kembali pada temperature 300oC, 350oC, 400oC,
450oC, 500oC dengan waktu tahan masing-masing 1 jam (proses
tempering) dan
didinginkan hingga mencapai temperatur kamar
(30oC).
3. Pengujian sifat mekanis setelah dilakukan proses heat treatment
meliputi uji kekerasan, uji tarik, uji fatique dan pengamatan struktur
mikro setelah dilakukan proses heat treatment.
1.6 Sistematika Penulisan
Agar penelitian skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi
dalam beberapa bagian yaitu: halaman judul, lembar pengesahan, abstrak,
kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, bab 1 Pendahuluan
(pada bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
Universitas Sumatera Utara
6
penelitian, manfaat
penelitian, batasan masalah, dan
sistematika
penulisan), bab 2 tinjauan pustaka (pada bab ini akan dibahas mengenai
teori-teori berhubungan dengan penulisan skripsi sperti baja dan
aplikasinya, pengaruh unsur paduan, dan teori dasar pengujian sifat
mekanik (uji tarik,uji kekerasan, dan struktur mikro), dan materi yang
berhubungan dengan judul tugas akhir), bab 3 Metodologi penelitian (pada
bab ini yang akan dibahas mengenai metode dilakukan mencakup diagram
alir penelitian berdasarkan data-data yang diperoleh, pemilhan bahan,
persiapan bahan, proses pengerjaan dan proses pengujian), bab 4 analisa
dan pembahasan (pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai datadata yang telah diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan), bab 5
kesimpulan dan saran (pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas
akhir dan saran-saran), daftar pustaka dan lampiran.
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penguatan yang berdampak terhadap peningkatan sifat mekanik dapat
terjadi dengan berbagai cara, antara lain dengan mekanisme pengerasan
regangan (strain hardening), larut padat, fasa kedua, fresfitasi, dispersi,
penghalusan butir dan tekstur. Untuk memenuhi tuntutan konsumen dalam
teknik penguatan logam ini peneliti mencoba mengangkat permasalahan
penguatan logam dengan cara prespitasi yaitu melalui proses perlakuan panas
quenching dan tempering pada baja HSS ASP 23 untuk mata pisau pemanen
sawit, alasan yang mendasari peneliti mengambil baja HSS ASP 23 karena
baja ini banyak dipergunakan dalam bidang permesinan seperti mata pahat
dalam proses pembubutan, baja ini memiliki kekerasan yang tinggi sehingga
cocok untuk komponen yang membutuhkan ketangguhan dan keuletan.
Baja karbon sedang sebagai bahan yang dipakai saat ini untuk
pembuatan mata pisau pemanen sawit yang dibuat secara konvensional masih
memiliki banyak kelemahan. Seperti yang telah diketahui bahwa cukup
banyak kekurangan dari mata pisau pemanen sawit yang dibuat dipasaran,
terutama pada kekerasannya yang tidak merata, hal ini dikarenakan proses
yang digunakan adalah hammering (penempaan manual) dengan sifat
ketangguhannya yang masih rendah yang menyebabkan sering patah/lecet
nya permukaan mata pisau sehingga umur pakai lebih singkat. Maka hal
inilah yang mendasari dilakukannya penelitian untuk menggunakan material
Universitas Sumatera Utara
2
yang berbeda dalam hal meningkatkan umur pakai mata pisau pemanen sawit
(1).
Usaha menjaga agar logam lebih tahan gesekan atau tekanan adalah
dengan cara perlakuan panas pada baja, hal ini memegang peranan penting
dalam upaya meningkatkan ketangguhan baja sesuai kebutuhan. Salah satu
proses perlakuan panas pada baja adalah proses hardening, yaitu proses
perlakuan panas sampai suhu di daerah atau diatas daerah rekristalisasi
disusul dengan pendinginan yang cepat dinamakan quench (2).
Metode quenching sederhana adalah berupa pencelupan baja yang
telah dipanaskan mencapai fasa austenit ke dalam bak berisi media pendingin
sehingga panas pada baja terabsorbsi ke media pendingin yang akan
menghasilkan peningkatan ketangguhan sebagai akibat perubahan struktur
mikronya (3).
Tujuan dari penemperan adalah untuk meningkatkan keuletan dan
mengurangi kerapuhan. Pengaruh dari suhu tempering ini akan menurunkan
tingkat kekerasan dari logam. Penelitian disini membatasi cara pemanasan
logam dengan cara tempering (4).
Beberapa hasil penelitian yang pernah dilakukan sesuai dengan subjek
penelitian, maka dapat diuraikan sebagai berikut :
Meningkatnya suhu tempering memiliki kecenderungan menurunkan nilai
kekerasan dan kekuatan tarik material dan pada struktur mikronya semakin
kecil ukuran butiran maka bahan semakin keras dan kekuatan tariknya makin
tinggi (3).
Universitas Sumatera Utara
3
Pengaruh quenching menggunakan
Oli SAE 40 meningkatkan harga
kekerasan, kekuatan tarik dan ketangguhan dari raw material dan proses
tempering
menurunkan
nilai
kekerasan
dan
kekuatan
tarik
tetapi
meningkatkan ketangguhan baja (5).
Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan masih perlu melakukan
penelitian lanjut dengan proses perlakuan panas. Proses heat treatment
dilakukan dengan proses hardening dengan quenching kemudian dilanjutkan
dengan proses tempering. Perbaikan sifat mekanis dapat dikendalikan dengan
proses tempering sehingga akan menghasilkan pembuatan mata pisau yang
lebih baik lagi untuk pisau pemanen kelapa sawit yang lebih dikenal dengan
pisau egrek/dodos.
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan menjadi pokok perumusan masalah adalah :
1) Bagaimana pengaruh hardening dan tempering terhadap sifat mekanis
bahan seperti kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23 sebelum dan setelah proses heat
treatment.
2) Bagaimana pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis bahan baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23.
3) Bagaimana memilih bahan yang tepat pada mata pisau sawit
Universitas Sumatera Utara
4
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1) mengetahui pengaruh hardening dan tempering terhadap sifat mekanis
bahan seperti kekerasan, kekuatan tarik, fatique dan struktur mikro baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23 sebelum dan setelah proses heat
treatment.
2) Mengetahui pengaruh ukuran butiran terhadap sifat mekanis bahan baja
High Speed Steel (HSS) ASP 23.
3) Mengetahui bahan yang tepat pada mata pisau sawit antara material HSS
ASP 23 dengan baja karbon sedang (per daun mobil bekas).
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini:
1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan
pengalaman tentang material dan ilmu logam fisik khususnya proses
heat treatment.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi
tambahan untuk penelitian tentang mikrosturktur logam.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam
pembuatan bahan pisau egrek atau dodos sawit yang dapat
diproduksi dalam skala besar. Hal ini dapat ditingkatkan dengan heat
treatment atau termomekanikal sehingga dapat mengurangi biaya
produksi sekaligus meningkatkan kualitas produk khususnya sifat
mekanisnya.
Universitas Sumatera Utara
5
1.5 Batasan Masalah
Adapun pembatasan masalah pada skripsi ini yaitu:
1. Material yang digunakan adalah baja High Speed Steel (HSS) ASP 23
termasuk baja paduan tinggi (high alloy steel) dengan komposisi Fe
(75,00), C(1,28), W(6,40), Cr(4,20), Mo(5,00), V(3,10), Mn(0,438),
P(0,036), Ni(0,214), Al(0,035), Ti(0,058), Sn(0,096), Nb(0,062),
Pb(0,066), Cu(0,045), dan Si(0,032).
2. Pemanasan awal dilakukan pada suhu 1050oC dan diikuti dengan
proses waktu tahan selama 1 jam lalu di quenching dengan media
pendingin oli SAE 40 dan air es (Mendekati 0oC yaitu 4oC-5oC)
kemudian dipanasi kembali pada temperature 300oC, 350oC, 400oC,
450oC, 500oC dengan waktu tahan masing-masing 1 jam (proses
tempering) dan
didinginkan hingga mencapai temperatur kamar
(30oC).
3. Pengujian sifat mekanis setelah dilakukan proses heat treatment
meliputi uji kekerasan, uji tarik, uji fatique dan pengamatan struktur
mikro setelah dilakukan proses heat treatment.
1.6 Sistematika Penulisan
Agar penelitian skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi
dalam beberapa bagian yaitu: halaman judul, lembar pengesahan, abstrak,
kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, bab 1 Pendahuluan
(pada bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
Universitas Sumatera Utara
6
penelitian, manfaat
penelitian, batasan masalah, dan
sistematika
penulisan), bab 2 tinjauan pustaka (pada bab ini akan dibahas mengenai
teori-teori berhubungan dengan penulisan skripsi sperti baja dan
aplikasinya, pengaruh unsur paduan, dan teori dasar pengujian sifat
mekanik (uji tarik,uji kekerasan, dan struktur mikro), dan materi yang
berhubungan dengan judul tugas akhir), bab 3 Metodologi penelitian (pada
bab ini yang akan dibahas mengenai metode dilakukan mencakup diagram
alir penelitian berdasarkan data-data yang diperoleh, pemilhan bahan,
persiapan bahan, proses pengerjaan dan proses pengujian), bab 4 analisa
dan pembahasan (pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai datadata yang telah diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan), bab 5
kesimpulan dan saran (pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas
akhir dan saran-saran), daftar pustaka dan lampiran.
Universitas Sumatera Utara