TUGAS AKHIR PENGARUH HEAT TREAMENT (QUENCHING, AGING, ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB.
TUGAS AKHIR
PENGARUH HEAT TREAMENT (QUENCHING, AGING,
ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA,
TKB
Diajukan Untuk Memenihi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Disusun oleh :
ROHMAN RHIFAI
NIM : D.200.05.0011
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2010
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dengan judul :
PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING, AGING, ANNEALING)
TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS POROS RODA
GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB
Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi
dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah
Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
saya cantumkan dimana mestinya.
Surakarta, Februari 2011
Yang menyatakan
Rohman Rhifai
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING,
AGING, ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB”, telah
disetujui
pembimbing
dan
diterima
untuk
memenuhi
persyaratan
mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh:
Nama
: Rohman Rhifai
NIM
: D.200.05.0011
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. Bibit Sugito, MT.
Ir. H. Masyrukan, MT.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING,
AGING, ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB”, telah
dipertahankan dihadapan Tim Penguji Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan diterima untuk
memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: Rohman Rhifai
NIM
: D.200.05.0011
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji :
Ketua
: Ir. Bibit Sugito, MT
(..........................)
Anggota 1
: Ir. H. Masyrukan, MT
(..........................)
Anggota 2
: Dr. Supriyono
(..........................)
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. Agus Riyanto, MT.
Ir. Sartono Putro, MT.
iv
v
LEMBAR MOTTO
“ Jadikanlah sabar dan sholat itu sebagai penolongmu. Dan
sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali orang-orang
yang khusyu “
(QS : Al Baqarah : 45)
“ Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila
kamu telah salesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguhsungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah
hendaknya kamu berharap “
(QS : Al Insyiqaaq : 6 - 8)
“ Barang siapa diuji, lalu bersabar, diberi lalu bersyukur, didzalimi lalu
memaafkan dan berbuat dzalim lalu istighfar, maka keselamatan dan
merekalah orang-orang yang memperoleh hidayah “
(HR BAihaqi)
vi
ABSTRAKSI
Untuk meningkatkan kekuatan mekanis poros roda gigi dilakukan
proses heat treatment. Tujuan penelitian tentang pengaruh heat treatment
(quenching, aging dan annealing) pada poros roda gigi reduser ini untuk
mengetauhi komposisi bahan, struktur mikro dan kekerasan pada pada poros
roda gigi reduser type CCM, CEA dan TKB.
Bahan yang dipakai pada penelitian ini berupa poros pinion dan
poros roda gigi cacing reduser type CCM, CEA dan TKB. Pada spesimen
dilakukan proses heat treatment dengan memanaskan spesimen pada elektri
trance (tungku) pada suhu 950° C selama 1 jam, lalu di quenching dengan
air, setelah itu spesimen yang lain di aging dalam suhu kamar dan dibiarkan
selama 24 jam dan setelah itu di annealing dengan cara didinginkan secara
alami dengan media angin selama 24 jam. Pengujian yang dilakukan antara
lain uji komposisi kimia, struktur mikro dan kekerasan.
Dari uji komposisi kimia diketauhi bahan poros pinion dan poros roda
gigi cacing type CCM, CEA dan TKB adalah baja mangan (Mn), dimana
unsur yang dominan pada poros pinion type CCM, CEA dan TKB mangan
(Mn) 0,5977%, 0,5630% dan 0,7665%. Sedangkan pada poros roda gigi
cacing type CCM, CEA dan TKB mangan (Mn) 0,7100%, 0,9225% dan
0,9640%. Pada struktur mikro ditemukan fasa ferit, perlit dan austenit sisa.
Pada uji poros pinion type CCM mengalami penurunan quenching 386,4
Kg/mm2 , aging 88,1 Kg/mm2 dan annealing 78,5 Kg/mm2 Type CEA quenching
345,2 Kg/mm2 , aging 102,6 Kg/mm2 dan annealing 214 Kg/mm2. Type TKB
quenching 111,9 Kg/mm2 , aging 107,4 Kg/mm2 dan annealing 130 Kg/mm2
Pada uji kekerasan poros roda gigi cacing type CCM, raw material 33,1
Kg/mm2, quenching 131,9 Kg/mm2 , aging 145,5 Kg/mm2 dan annealing 130,2
Kg/mm2. Type CEA raw material 291,1 Kg/mm2, quenching 301,2 Kg/mm2 ,
aging 138 Kg/mm2 dan annealing 219,9 Kg/mm2. Type TKB raw material 269,1
Kg/mm2, quenching 139,7 Kg/mm2 , aging 66,1 Kg/mm2 dan annealing 130
Kg/mm2.
Kata kunci : Poros Roda Gigi Reduser, Heat Treatment, Quenching,
Aging, Annealing, komposisi kimia
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur alhamdullilah, penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah
SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas akhir berjudul “Pengaruh Heat Treatment (Quenching, Aging,
Annealing) Terhadap Perubahan Sifat Fisis dan Mekanis Poros Roda Gigi
Reduser Type CCM, CEA, TKB ″, dapat terselesaikan atas dukungan pihak.
Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segalah ketulusan dan
keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT; selaku Dosen Pembimbing satu, yang telah
memberikan arahan-arahan dan saran disela-sela kesibukannya.
4. Bapak Ir. H. Masyrukan, MT, selaku Dosen Pembimbing kedua yang
telah meluangkan waktu dan memberikan bimbingan.
viii
5. Bapak Ir. Subroto, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang
telah memberikan bimbingan dan arahan semasa kuliah.
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang tak bisa disebut satu-persatu, yang
telah membekali ilmu yang yang berguna bagi penulis untuk
menyongsong masa depan.
7. Para Staf Tata Usaha, Laboratorium, dan Perpustakaan Teknik Mesin
yang banyak membantu dalam pencarian referensi penelitian dan
administrasi.
8. Bapak & Ibu beserta Adikku yang selalu berdo’a dengan ketulusan
jiwanya dan selalu memberi dukungan moral dan materialnya.
9. Meyliana Sinta Ardita Maharani, Yudi Agus Sarwanto, seseorang yang
selalu memberi inspirasi dan semangat untuk menyelesaikan tugas
akhirku.
10. Kelompok Tugas Akhirku, Agung Idra Wicaksono dan Wawan terima
kasih atas kerja samanya.
11. Temen-temen di Fakultas Teknik terkhusus untuk temen-temen Teknik
Mesin angkatan 2005 yang selalu kompak, terima kasih atas
dukungannya dan partisipasinya selama ini.
ix
Tugas akhir ini semoga dapat bermanfaat meskipun masih terdapat
kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dan
pembaca akan penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Februari 2011
Rohman Rhifai
x
DAFTAR ISI
Hal
Halaman Judul ............................................................................................. i
Pernyataan Keaslian Skripsi ........................................................................ ii
Halaman Persetujuan .................................................................................. iii
Halaman Pengesahan ................................................................................. iv
Lembar Soal Tugas Akhir ............................................................................ v
Motto ............................................................................................................ vi
Abstraksi ...................................................................................................... vii
Kata Pengantar ............................................................................................ viii
Daftar Isi ...................................................................................................... xi
Daftar Gambar ............................................................................................. xiv
Daftar Tabel ................................................................................................. xvii
Daftar Simbol .............................................................................................. xix
Daftar Grafik ............................................................................................... xx
Daftar Lampiran ........................................................................................... xxi
BAB I.
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang ................................................................... 1
1.2.
Perumusan Masalah........................................................... 3
1.3.
Batasan Masalah ................................................................ 3
1.4.
Tujuan Penelitian ................................................................ 4
xi
BAB II.
1.5.
Manfaat Penelitian .............................................................. 4
1.6.
Metodologi Penelitian ......................................................... 5
1.7.
Sistematika Penulisan ........................................................ 6
DASAR TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka ............................................................... .8
2.2.
Landasan Teori .................................................................. .9
2.2.1.
Klasifisikasi Baja .................................................. 9
2.2.2.
Fasa-fasa yang Terjadi Pada Baja ....................... 16
2.2.3.
Pengaruh Unsur Pada Baja ................................. 18
2.2.4.
Diagram Fasa Fe - C............................................ 21
2.2.5.
Diagram Fasa Fe - Mn ......................................... 23
2.2.6.
Digram CCT ......................................................... 24
2.2.7.
Diagram TTT ........................................................ 25
2.2.8.
Heat Treatment .................................................... 26
2.2.9.
Sifat Mekanik Bahan ............................................ 29
2.2.10. Sifat Fisis Bahan .................................................. 31
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1.
Diagram Alir Penelitian ...................................................... 32
3.2.
Bahan dan Alat Penelitian .................................................. 33
3.2.1.
Bahan Penelitian .................................................. 33
xii
3.3.
3.4.
BAB IV.
3.2.2.
Alat Penelitian ...................................................... 34
3.2.3.
Spesimen ............................................................. 36
Instalasi Pengujian ............................................................. 37
3.3.1.
Alat untuk Perlakuan Panas ................................ 37
3.3.2.
Alat Uji Komposisi Kimia ...................................... 39
3.3.3.
Alat Uji Struktur Mikro .......................................... 40
3.3.4.
Alat Uji Kekerasan ............................................... 41
Sampel .............................................................................. 43
3.4.1.
Sampel Pengujian Komposisi Kimia .................... 43
3.4.2.
Sampel Pengujian Struktur Mikro dan kekerasan 44
DATA DAN HASIL PENELITIAN
4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................... 46
Pembahasan ..................................................................... 51
4.2. Data Penelitian Uji Struktur Mikro ....................................... 52
Pembahasan ...................................................................... 63
4.3. Data Hasil Uji Kekerasan .................................................... 64
Pembahasan ...................................................................... 78
BAB V.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan ........................................................................ 81
5.2.
Saran ................................................................................. 82
xiii
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Fe-C......................................................................... 22
Gambar 2.2. Diagram Fe-Mn ...................................................................... 23
Gambar 2.3. Diagram (CCT) ....................................................................... 24
Gambar 2.4. Diagram (TTT)........................................................................ 26
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian........................................................... 31
Gambar 3.2. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type CCM .......... 32
Gambar 3.3. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type CEA ........... 33
Gambar 3.4. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type TKB............ 33
Gambar 3.5. Gergaji Besi Tangan .............................................................. 33
Gambar 3.6. Gergaji Besi Mesin ................................................................. 34
Gambar 3.7. Tanur Elektrik ......................................................................... 38
Gambar 3.8. Spectrometer ......................................................................... 39
Gambar 3.9. Olympus metallurgical Mikroscope......................................... 39
Gambar 3.10. Viskers Hardness Tester ....................................................... 40
Gambar 3.11. Spesimen Pengujian Komposisi Kimia Poros Pinion dan Poros
Roda Gigi Cacing Type CCM, CEA, TKB ............................. 42
xiv
Gambar 3.12. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Quenching) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan
.............................................................................................. 43
Gambar 3.13. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Annealing) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan
.............................................................................................. 43
Gambar 3.14. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Aging) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan .... 44
Gambar 3.15. Spesimen raw material dengan pengujian struktur mikro dan
kekerasan Roda Gigi Cacing Type CCM, CEA, TKB. (Agung
Indra Wicaksono) ................................................................. 44
Gambar 4.1. Raw material Roda Gigi Cacing CCM ( Agung Indra) ............ 51
Gambar 4.2. Raw material Roda Gigi Cacing CEA ( Agung Indra) ............. 52
Gambar 4.3. Raw material Roda Gigi Cacing TKB ( Agung Indra) ............. 52
Gambar 4.4. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas quenching
.............................................................................................. 53
Gambar 4.5. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Quenching
.............................................................................................. 53
Gambar 4.6. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Quenching
.............................................................................................. 54
Gambar 4.7. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas Aging ....... 54
xv
Gambar 4.8. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Aging........ 55
Gambar 4.9. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Aging ....... 55
Gambar 4.10. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 56
Gambar 4.11. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 57
Gambar 4.12. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 57
Gambar 4.13. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 58
Gambar 4.14. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 58
Gambar 4.15. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 59
Gambar 4.16. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 59
Gambar 4.17. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 60
Gambar 4.18. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 60
Gambar 4.19. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 61
Gambar 4.20. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 61
xvi
Gambar 4.21. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 62
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Macam Pengujian dan jumlah spesimen pada poros pinion Type
CCM, CEA dan TKB ............................................................. 35
Tabel 3.2. Macam Pengujian dan jumlah spesimen pada poros roda gigi
cacing Type CCM, CEA dan TKB ......................................... 36
Tabel 4.1. Komposisi poros pinion Type CCM ............................................ 45
Tabel 4.2. Komposisi poros pinion Type CEA ............................................. 46
Tabel 4.3. Komposisi poros pinion Type TKB ............................................. 47
Tabel 4.4. Komposisi poros roda gigi cacing Type CCM ............................ 48
Tabel 4.5. Komposisi poros roda gigi cacing Type CEA ............................. 49
Tabel 4.6. Komposisi poros roda gigi cacing Type TKB.............................. 50
Tabel 4.7. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 64
Tabel 4.8. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 64
Tabel 4.9. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 65
Tabel 4.10. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 66
xvii
Tabel 4.11. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 66
Tabel 4.12. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 67
Tabel 4.13. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 68
Tabel 4.14. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 68
Tabel 4.15. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 69
Tabel 4.16. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
CCM (Agung Indra W) .......................................................... 70
Tabel 4.17. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type CCM................................ 70
Tabel 4.18. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type CCM......................................... 71
Tabel 4.19. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type CCM......................................... 71
Tabel 4.20. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
CEA (Agung Indra W) ........................................................... 72
Tabel 4.21. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type CEA ................................ 73
Tabel 4.22. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type CEA ......................................... 73
xviii
Tabel 4.23. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type CEA ......................................... 74
Tabel 4.24. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
TKB (Agung Indra W) ........................................................... 75
Tabel 4.25. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type TKB ................................. 75
Tabel 4.26. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type TKB .......................................... 76
Tabel 4.27. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type TKB .......................................... 76
DAFTAR SIMBOL
HV
= Nilai kekerasan Hardness Vickers
P
= Beban yang menekan
D
= Diameter penetrator
d
= Diameter injakan penetrator
HVN = Nilai kekerasan rata-rata Hardness Vickers
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Quenching)
pada poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 65
xix
Grafik 4.2. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Aging) pada
poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji kekerasan
.............................................................................................. 67
Grafik 4.3. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Quenching)
pada poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 65
Grafik 4.4. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type CCM terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 72
Grafik 4.5. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type CEA terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 74
Grafik 4.6. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 77
xx
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Pengujian Komposisi Kimia di Lab. S1, T. Mesin
UGM.
Lampiran 2 Data Hasil Pengujian Struktur Mikro di Lab. D3, T. Mesin UGM.
Lampiran 3 Data Hasil Pengujian Kekerasan Vikers di Lab. S1, T. Mesin
UGM dan perhitungan uji kekerasan.
Lampiran 4 Sampel – Sampel Pengujian.
xxi
PENGARUH HEAT TREAMENT (QUENCHING, AGING,
ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA,
TKB
Diajukan Untuk Memenihi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Disusun oleh :
ROHMAN RHIFAI
NIM : D.200.05.0011
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2010
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dengan judul :
PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING, AGING, ANNEALING)
TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS POROS RODA
GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB
Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi
dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah
Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
saya cantumkan dimana mestinya.
Surakarta, Februari 2011
Yang menyatakan
Rohman Rhifai
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING,
AGING, ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB”, telah
disetujui
pembimbing
dan
diterima
untuk
memenuhi
persyaratan
mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh:
Nama
: Rohman Rhifai
NIM
: D.200.05.0011
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. Bibit Sugito, MT.
Ir. H. Masyrukan, MT.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH HEAT TREATMENT (QUENCHING,
AGING, ANNEALING) TERHADAP PERUBAHAN SIFAT FISIS DAN
MEKANIS POROS RODA GIGI REDUSER TYPE CCM, CEA, TKB”, telah
dipertahankan dihadapan Tim Penguji Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan diterima untuk
memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: Rohman Rhifai
NIM
: D.200.05.0011
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji :
Ketua
: Ir. Bibit Sugito, MT
(..........................)
Anggota 1
: Ir. H. Masyrukan, MT
(..........................)
Anggota 2
: Dr. Supriyono
(..........................)
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. Agus Riyanto, MT.
Ir. Sartono Putro, MT.
iv
v
LEMBAR MOTTO
“ Jadikanlah sabar dan sholat itu sebagai penolongmu. Dan
sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali orang-orang
yang khusyu “
(QS : Al Baqarah : 45)
“ Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila
kamu telah salesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguhsungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah
hendaknya kamu berharap “
(QS : Al Insyiqaaq : 6 - 8)
“ Barang siapa diuji, lalu bersabar, diberi lalu bersyukur, didzalimi lalu
memaafkan dan berbuat dzalim lalu istighfar, maka keselamatan dan
merekalah orang-orang yang memperoleh hidayah “
(HR BAihaqi)
vi
ABSTRAKSI
Untuk meningkatkan kekuatan mekanis poros roda gigi dilakukan
proses heat treatment. Tujuan penelitian tentang pengaruh heat treatment
(quenching, aging dan annealing) pada poros roda gigi reduser ini untuk
mengetauhi komposisi bahan, struktur mikro dan kekerasan pada pada poros
roda gigi reduser type CCM, CEA dan TKB.
Bahan yang dipakai pada penelitian ini berupa poros pinion dan
poros roda gigi cacing reduser type CCM, CEA dan TKB. Pada spesimen
dilakukan proses heat treatment dengan memanaskan spesimen pada elektri
trance (tungku) pada suhu 950° C selama 1 jam, lalu di quenching dengan
air, setelah itu spesimen yang lain di aging dalam suhu kamar dan dibiarkan
selama 24 jam dan setelah itu di annealing dengan cara didinginkan secara
alami dengan media angin selama 24 jam. Pengujian yang dilakukan antara
lain uji komposisi kimia, struktur mikro dan kekerasan.
Dari uji komposisi kimia diketauhi bahan poros pinion dan poros roda
gigi cacing type CCM, CEA dan TKB adalah baja mangan (Mn), dimana
unsur yang dominan pada poros pinion type CCM, CEA dan TKB mangan
(Mn) 0,5977%, 0,5630% dan 0,7665%. Sedangkan pada poros roda gigi
cacing type CCM, CEA dan TKB mangan (Mn) 0,7100%, 0,9225% dan
0,9640%. Pada struktur mikro ditemukan fasa ferit, perlit dan austenit sisa.
Pada uji poros pinion type CCM mengalami penurunan quenching 386,4
Kg/mm2 , aging 88,1 Kg/mm2 dan annealing 78,5 Kg/mm2 Type CEA quenching
345,2 Kg/mm2 , aging 102,6 Kg/mm2 dan annealing 214 Kg/mm2. Type TKB
quenching 111,9 Kg/mm2 , aging 107,4 Kg/mm2 dan annealing 130 Kg/mm2
Pada uji kekerasan poros roda gigi cacing type CCM, raw material 33,1
Kg/mm2, quenching 131,9 Kg/mm2 , aging 145,5 Kg/mm2 dan annealing 130,2
Kg/mm2. Type CEA raw material 291,1 Kg/mm2, quenching 301,2 Kg/mm2 ,
aging 138 Kg/mm2 dan annealing 219,9 Kg/mm2. Type TKB raw material 269,1
Kg/mm2, quenching 139,7 Kg/mm2 , aging 66,1 Kg/mm2 dan annealing 130
Kg/mm2.
Kata kunci : Poros Roda Gigi Reduser, Heat Treatment, Quenching,
Aging, Annealing, komposisi kimia
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur alhamdullilah, penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah
SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas akhir berjudul “Pengaruh Heat Treatment (Quenching, Aging,
Annealing) Terhadap Perubahan Sifat Fisis dan Mekanis Poros Roda Gigi
Reduser Type CCM, CEA, TKB ″, dapat terselesaikan atas dukungan pihak.
Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segalah ketulusan dan
keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT; selaku Dosen Pembimbing satu, yang telah
memberikan arahan-arahan dan saran disela-sela kesibukannya.
4. Bapak Ir. H. Masyrukan, MT, selaku Dosen Pembimbing kedua yang
telah meluangkan waktu dan memberikan bimbingan.
viii
5. Bapak Ir. Subroto, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang
telah memberikan bimbingan dan arahan semasa kuliah.
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang tak bisa disebut satu-persatu, yang
telah membekali ilmu yang yang berguna bagi penulis untuk
menyongsong masa depan.
7. Para Staf Tata Usaha, Laboratorium, dan Perpustakaan Teknik Mesin
yang banyak membantu dalam pencarian referensi penelitian dan
administrasi.
8. Bapak & Ibu beserta Adikku yang selalu berdo’a dengan ketulusan
jiwanya dan selalu memberi dukungan moral dan materialnya.
9. Meyliana Sinta Ardita Maharani, Yudi Agus Sarwanto, seseorang yang
selalu memberi inspirasi dan semangat untuk menyelesaikan tugas
akhirku.
10. Kelompok Tugas Akhirku, Agung Idra Wicaksono dan Wawan terima
kasih atas kerja samanya.
11. Temen-temen di Fakultas Teknik terkhusus untuk temen-temen Teknik
Mesin angkatan 2005 yang selalu kompak, terima kasih atas
dukungannya dan partisipasinya selama ini.
ix
Tugas akhir ini semoga dapat bermanfaat meskipun masih terdapat
kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dan
pembaca akan penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Februari 2011
Rohman Rhifai
x
DAFTAR ISI
Hal
Halaman Judul ............................................................................................. i
Pernyataan Keaslian Skripsi ........................................................................ ii
Halaman Persetujuan .................................................................................. iii
Halaman Pengesahan ................................................................................. iv
Lembar Soal Tugas Akhir ............................................................................ v
Motto ............................................................................................................ vi
Abstraksi ...................................................................................................... vii
Kata Pengantar ............................................................................................ viii
Daftar Isi ...................................................................................................... xi
Daftar Gambar ............................................................................................. xiv
Daftar Tabel ................................................................................................. xvii
Daftar Simbol .............................................................................................. xix
Daftar Grafik ............................................................................................... xx
Daftar Lampiran ........................................................................................... xxi
BAB I.
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang ................................................................... 1
1.2.
Perumusan Masalah........................................................... 3
1.3.
Batasan Masalah ................................................................ 3
1.4.
Tujuan Penelitian ................................................................ 4
xi
BAB II.
1.5.
Manfaat Penelitian .............................................................. 4
1.6.
Metodologi Penelitian ......................................................... 5
1.7.
Sistematika Penulisan ........................................................ 6
DASAR TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka ............................................................... .8
2.2.
Landasan Teori .................................................................. .9
2.2.1.
Klasifisikasi Baja .................................................. 9
2.2.2.
Fasa-fasa yang Terjadi Pada Baja ....................... 16
2.2.3.
Pengaruh Unsur Pada Baja ................................. 18
2.2.4.
Diagram Fasa Fe - C............................................ 21
2.2.5.
Diagram Fasa Fe - Mn ......................................... 23
2.2.6.
Digram CCT ......................................................... 24
2.2.7.
Diagram TTT ........................................................ 25
2.2.8.
Heat Treatment .................................................... 26
2.2.9.
Sifat Mekanik Bahan ............................................ 29
2.2.10. Sifat Fisis Bahan .................................................. 31
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1.
Diagram Alir Penelitian ...................................................... 32
3.2.
Bahan dan Alat Penelitian .................................................. 33
3.2.1.
Bahan Penelitian .................................................. 33
xii
3.3.
3.4.
BAB IV.
3.2.2.
Alat Penelitian ...................................................... 34
3.2.3.
Spesimen ............................................................. 36
Instalasi Pengujian ............................................................. 37
3.3.1.
Alat untuk Perlakuan Panas ................................ 37
3.3.2.
Alat Uji Komposisi Kimia ...................................... 39
3.3.3.
Alat Uji Struktur Mikro .......................................... 40
3.3.4.
Alat Uji Kekerasan ............................................... 41
Sampel .............................................................................. 43
3.4.1.
Sampel Pengujian Komposisi Kimia .................... 43
3.4.2.
Sampel Pengujian Struktur Mikro dan kekerasan 44
DATA DAN HASIL PENELITIAN
4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................... 46
Pembahasan ..................................................................... 51
4.2. Data Penelitian Uji Struktur Mikro ....................................... 52
Pembahasan ...................................................................... 63
4.3. Data Hasil Uji Kekerasan .................................................... 64
Pembahasan ...................................................................... 78
BAB V.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan ........................................................................ 81
5.2.
Saran ................................................................................. 82
xiii
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Fe-C......................................................................... 22
Gambar 2.2. Diagram Fe-Mn ...................................................................... 23
Gambar 2.3. Diagram (CCT) ....................................................................... 24
Gambar 2.4. Diagram (TTT)........................................................................ 26
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian........................................................... 31
Gambar 3.2. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type CCM .......... 32
Gambar 3.3. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type CEA ........... 33
Gambar 3.4. Poros Pinion dan Poros Roda Gigi Cacing Type TKB............ 33
Gambar 3.5. Gergaji Besi Tangan .............................................................. 33
Gambar 3.6. Gergaji Besi Mesin ................................................................. 34
Gambar 3.7. Tanur Elektrik ......................................................................... 38
Gambar 3.8. Spectrometer ......................................................................... 39
Gambar 3.9. Olympus metallurgical Mikroscope......................................... 39
Gambar 3.10. Viskers Hardness Tester ....................................................... 40
Gambar 3.11. Spesimen Pengujian Komposisi Kimia Poros Pinion dan Poros
Roda Gigi Cacing Type CCM, CEA, TKB ............................. 42
xiv
Gambar 3.12. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Quenching) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan
.............................................................................................. 43
Gambar 3.13. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Annealing) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan
.............................................................................................. 43
Gambar 3.14. Spesimen Pengujian Poros Pinion dan Poros Roda Gigi
Cacing Type CCM, CEA, TKB Setelah di Heat Treatment
(Aging) dengan pengujian struktur mikro dan kekerasan .... 44
Gambar 3.15. Spesimen raw material dengan pengujian struktur mikro dan
kekerasan Roda Gigi Cacing Type CCM, CEA, TKB. (Agung
Indra Wicaksono) ................................................................. 44
Gambar 4.1. Raw material Roda Gigi Cacing CCM ( Agung Indra) ............ 51
Gambar 4.2. Raw material Roda Gigi Cacing CEA ( Agung Indra) ............. 52
Gambar 4.3. Raw material Roda Gigi Cacing TKB ( Agung Indra) ............. 52
Gambar 4.4. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas quenching
.............................................................................................. 53
Gambar 4.5. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Quenching
.............................................................................................. 53
Gambar 4.6. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Quenching
.............................................................................................. 54
Gambar 4.7. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas Aging ....... 54
xv
Gambar 4.8. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Aging........ 55
Gambar 4.9. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Aging ....... 55
Gambar 4.10. Poros pinion Type CCM dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 56
Gambar 4.11. Poros pinion Type CEA dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 57
Gambar 4.12. Poros pinion Type TKB dengan Perlakuan Panas Annealing
.............................................................................................. 57
Gambar 4.13. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 58
Gambar 4.14. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 58
Gambar 4.15. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Quenching ........................................................................... 59
Gambar 4.16. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 59
Gambar 4.17. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 60
Gambar 4.18. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Aging ................................................................................... 60
Gambar 4.19. Poros Roda Gigi Cacing Type CCM dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 61
Gambar 4.20. Poros Roda Gigi Cacing Type CEA dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 61
xvi
Gambar 4.21. Poros Roda Gigi Cacing Type TKB dengan Perlakuan Panas
Annealing ............................................................................. 62
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Macam Pengujian dan jumlah spesimen pada poros pinion Type
CCM, CEA dan TKB ............................................................. 35
Tabel 3.2. Macam Pengujian dan jumlah spesimen pada poros roda gigi
cacing Type CCM, CEA dan TKB ......................................... 36
Tabel 4.1. Komposisi poros pinion Type CCM ............................................ 45
Tabel 4.2. Komposisi poros pinion Type CEA ............................................. 46
Tabel 4.3. Komposisi poros pinion Type TKB ............................................. 47
Tabel 4.4. Komposisi poros roda gigi cacing Type CCM ............................ 48
Tabel 4.5. Komposisi poros roda gigi cacing Type CEA ............................. 49
Tabel 4.6. Komposisi poros roda gigi cacing Type TKB.............................. 50
Tabel 4.7. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 64
Tabel 4.8. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 64
Tabel 4.9. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Quenching pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 65
Tabel 4.10. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 66
xvii
Tabel 4.11. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 66
Tabel 4.12. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Aging pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 67
Tabel 4.13. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type CCM .................................................................. 68
Tabel 4.14. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type CEA ................................................................... 68
Tabel 4.15. Kekerasan Vikers dengan perlakuan panas Annealing pada poros
pinion Type TKB ................................................................... 69
Tabel 4.16. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
CCM (Agung Indra W) .......................................................... 70
Tabel 4.17. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type CCM................................ 70
Tabel 4.18. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type CCM......................................... 71
Tabel 4.19. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type CCM......................................... 71
Tabel 4.20. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
CEA (Agung Indra W) ........................................................... 72
Tabel 4.21. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type CEA ................................ 73
Tabel 4.22. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type CEA ......................................... 73
xviii
Tabel 4.23. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type CEA ......................................... 74
Tabel 4.24. Kekerasan Vikers raw material pada poros roda gigi cacing Type
TKB (Agung Indra W) ........................................................... 75
Tabel 4.25. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Quenching
pada poros roda gigi cacing Type TKB ................................. 75
Tabel 4.26. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Aging pada
poros roda gigi cacing Type TKB .......................................... 76
Tabel 4.27. Kekerasan Vikers prlakuan panas heat treatment Annealing pada
poros roda gigi cacing Type TKB .......................................... 76
DAFTAR SIMBOL
HV
= Nilai kekerasan Hardness Vickers
P
= Beban yang menekan
D
= Diameter penetrator
d
= Diameter injakan penetrator
HVN = Nilai kekerasan rata-rata Hardness Vickers
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Quenching)
pada poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 65
xix
Grafik 4.2. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Aging) pada
poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji kekerasan
.............................................................................................. 67
Grafik 4.3. Histogram perbandingan pengaruh Heat Treatment (Quenching)
pada poros pinion Type CCM, CEA dan TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 65
Grafik 4.4. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type CCM terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 72
Grafik 4.5. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type CEA terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 74
Grafik 4.6. Histogram perbandingan pengaruh Raw material dan Heat
Treatment pada poros roda gigi cacing Type TKB terhadap uji
kekerasan ............................................................................. 77
xx
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Pengujian Komposisi Kimia di Lab. S1, T. Mesin
UGM.
Lampiran 2 Data Hasil Pengujian Struktur Mikro di Lab. D3, T. Mesin UGM.
Lampiran 3 Data Hasil Pengujian Kekerasan Vikers di Lab. S1, T. Mesin
UGM dan perhitungan uji kekerasan.
Lampiran 4 Sampel – Sampel Pengujian.
xxi