STRAIN-HARDENING BAJA KARBON AISI 1065 AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK.
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
2.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
ii
iii
iv
v
x
xi
1
7
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
1
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
7
3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
14
4. Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
21
5. Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto 34
6. Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
42
7. Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
49
8. Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
60
9. Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
67
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
73
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
83
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
90
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
96
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
263
271
280
297
309
315
324
332
340
346
354
363
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Pengukuran Kelayakan Beban Kerja pada Proses Palletizing di PT. XYZ dengan
Metode Perhitungan NIOSH, Felicia Wibowo, Helena J. Kristina
Peningkatan Kualitas Daya Listrik dan Penghematan Energi di Industri Tekstil
Menggunakan Filter Harmonisa, Hamzah Hilal
Analisa Kinerja Traksi Kendaraan Truk Muatan Berlebih (Studi Kasus: Pada Jalur
Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, I Kadek
Agus Dwi Adnyana
Analisa Kegagalan Produk Pengecoran Aluminium (Studi Kasus di CV. Nasa
Jaya Logam), Is Prima Nanda
Pemanfaatkan Energi Matahari untuk Tata Udara Ruangan dengan Dinding Lilin,
Isman Harianda
Usulan Penentuan Jumlah Tenaga Kerja dengan Penambahan Kebutuhan Lini
Konveyor dengan Analisa Transfer Line pada PT. Astra Komponen Indonesia,
Lina Gozali, Andres, Andrian Hartanto
Perencanaan Persediaan Bahan-Bahan Baku PFG 120 pada PT XYZ, Mellisa
Handryani Christine, Laurence
Penilaian Kinerja Suatu Perusahaan dengan Kriteria Malcolm Baldrige, Syahida
Nurul Haq, Aam Amaningsih Jumhur
Potensi Risiko Kelelahan Pengemudi Travel Jakarta-Bandung Berdasarkan
Lamanya Waktu Kerja dan Usulan Penanggulangannya, Rida Zuraida, Nike
Septivani
Peningkatan Kualitas Produksi Karung Plastik Bermerk pada PT. XYZ
Menggunakan Metode DMAIC, Samuel Cahya Saputra, Yuliana
Pengembangan Model Pengukuran dan Pengevaluasian Jam Tangan Pria dan
Kemasannya dengan Mempertimbangkan Faktor Emosi Konsumen Berdasarkan
Konsep Kansei Engineering, Tommy Hilman, Bagus Arthaya dan Johanna
Renny Octavia Hariandja
Rancang Bangun Alat Proses Penggorengan Kemplang (Kerupuk) dengan Bahan
Bakar Gas Elpiji untuk Industri Rumahan di Pedesaan Pulau Bangka, Zulfan Yus
Andi, Dhanni Tri Andini Setyaning, Wenny Azela, Isfarina, Rismandika
Logistik Bencana Berbasis SCM Komersial: Pembelajaran dari Erupsi Gunung
Merapi 2010, Adrianus Ardya Patriatama dan Agustinus Gatot Bintoro
Usulan Peningkatkan Kualitas Produksi PIN Di PT. X, Lithrone Laricha
Salomon, Moree Wibowo, Andres
Identifikasi Variabel-Variabel yang Mempengaruhi Minat Konsumen dalam
Pembelian Produk Handphone Samsung dengan Menggunakan Structural
Equation Modeling, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Martin
Aplikasi Metode Service Quality (Servqual) untuk Peningkatan Kualitas
Pelayanan Kawasan Wisata Kawah Putih Perum Perhutani Unit III Jawa Barat dan
Banten, Hendang Setyo Rukmi, Ambar Hasrsono, Sesar Triwibowo
Pemilihan Tempat Konferensi Nasional dengan Menggunakan Metode Analytical
Hierarchy Process, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Muhammad Reza
Utama
Multidisciplinary Research: Perspectives from Industrial and Systems
Engineering, Strategic Management and Psychology, Khristian Edi Nugroho
Soebandrija
Optimasi Penentuan Kapasitas Produksi dengan Menggunakan Metode Simplek
(Studi Kasus), Mulyadi Ilyas
424
435
442
450
456
464
472
481
486
493
502
511
520
528
536
545
555
564
573
| viii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
27. Pengembangan Model Sistem Produksi Industri Kecil dan Menengah yang Berada
dalam Lingkungan Just in Time, Slamet Setio Wigati dan Agustinus Gatot
Bintoro
28. Analisa Efektifitas Modifikasi Filter Oli pada Compressor Atlas Copco dengan
Overall Equipment Effectiveness di PT. GTU, Silvi Ariyanti, Yusup Hardiana
29. Usulan Peningkatan Produktifitas Melalui Perbaikan Stasiun Kerja dan Metode
Kerja (Studi Kasus: di PT. X), I Wayan Sukania, Nofi Erni, Handika
30. Pengurangan Penumpukan Produk Pada Stasiun Kerja Dengan Menggunakan
Analisis Sistem Antrian di PT. KMM, Ahmad
31. Pengukuran Tingkat Kepuasan Pelanggan Terhadap Layanan di Bengkel XYZ
Dengan menggunakan Metode Servqual, IPA, dan Kano, Ahmad, Wilson Kosasih
578
588
598
604
613
| ix
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
STRAIN-HARDENING BAJA KARBON AISI 1065 AKIBAT BEBAN
GELINDING-GESEK
I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta,
I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali (0361) 703321
e-mail: [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh variasi putaran terhadap keausan dan
perilaku sifat kekerasan (strain hardening) baja karbon setelah mengalami beban gelinding
gesek. Bahan penelitian adalah baja karbon AISI 1065 dimana bahan tersebut setara dengan
rel kereta api. Rel dan roda kereta api merupakan dua komponen yang mengalami beban
gelinding gesek yang dapat menyebabkan keausan dan kegagalan. Variasi putaran yang
dilakukan adalah 1000, 5000 dan 10.000 cycles. Jarak titik indentasi kek erasan dari
permukaan pada 300, 700, 1100, 1500, 1900, 2300, 2700, 3100, 3500 dan 3900 µm. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa semakin besar jumlah putaran pada uji keausan semakin besar
massa yang hilang. Sedangkan untuk uji kekerasan terjadi peningkatan kekerasan pada
permukaan baja karbon AISI 1065.
Kata kunci: Strain hardening, gelinding gesek, kekerasan, keausan.
1. PENDAHULUAN
Keausan dan kegagalan merupakan masalah yang sering dialami roda maupun rel
kereta api. Hal ini disebabkan karena beban yang diterima secara berulang-ulang. Keausan
dan kegagalan ini sering terjadi pada lintasan belok, sambungan rel dan persimpangan.
Pada roda, keausan dan cacat sering terjadi pada bagian flange roda. Keausan pada roda
maupun rel menyebabkan ketidak nyamanan penumpang, kebisingan dan yang lebih
berbahaya adalah keluarnya roda dari rel. Salah satu cara untuk mengurangi kegagalan
tersebut yaitu dengan cara meningkatkan sifat mekanis pada material [1].
Benda yang bergesekan seperti kontak gelinding gesek yang dialami roda dan rel
kereta api akan mengakibatkan material dibawah permukaan kontak mengalami deformasi
plastis (regangan geser). Deformasi plastis tersebut dapat merubah sifat mekanis material
(memberi kekerasan). Fenomena ini disebut material mengalami strain-hardening [2].
Adapun permasalahan yang akan diteliti adalah bagaimana perilaku sifat-sifat
kekerasan (strain-hardening) dari material baja karbon AISI 1065 setelah mengalami
beban gelinding-gesek dengan uji vicers dan gambaran struktur mikronya.
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kontak Mekanik (Kontak Silinder)
Pada tipe kontak yang berbentuk dua bidang silinder dengan masing-masing poros
parallel yang dibebankan pada kontak sebagai gaya P per satuan panjang dan bidang
kontak membuat panjang kontak berputar pada luas bidang 2a dipaksakan paralel ke porosy. Ini adalah dasar dari dua dimensi permukaan [3]:
TM-18 | 124
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Gambar 1. Mekanisme kontak dua bidang permukaan silinder
(Sumber: 3)
Distribusi tekanan normal p(x) pada permukaan kontak ditentukan dengan teori Hertz
adalah:
(1)
Dimana p0 adalah tekanan maksimal pada pusat kontak dan pada setengah luas
bidang kontak.
Tekanan maksimal pada kontak dapat di tentukan dengan:
(2)
Dimana P adalah tekanan, P adalah total pembebanan gaya per satuan panjang (L)
pada bidang kontak dan dapat didefinisikan dengan:
(3)
Juga dapat ditentukan dengan:
a=
(4)
Equivalent modulus Elastisitas E*, sudah ditetapkan dengan:
=
+
(5)
Dimana v adalah poison rasio, E adalah modulus young, dan mengacu pada bidang
1 dan 2 secara berurutan.
Persamaan R dapat ditentukan dengan:
= +
(6)
2.2 Slip roll-ratio
Perbandingan putaran dari dua buah disc yang menerima beban kontak gelinding
gesek. Jika suatu material menerima rolling-sliding contact serta adanya pengaruh slip-roll
ratio secara berulang-ulang akan menimbulkan adanya gesekan pada material di
permukaan dan di bawah permukaan kontak mengalami regangan geser dan terakumulasi
sangat besar. Apabila regangan geser ini terakumulasi dan mencapai titik kritis regangan
geser material maka kegagalan material dapat terjadi, seperti keausan (wear) dan
kegagalan akibat kelelahan (fatigue).
Untuk menentukan slip-roll ratio dapat ditentukan dengan persamaan [2]:
Sr =
(7)
dimana:
Sr = slip roll-ratio
V1 = kecepatan disc 1
V2 = kecepatan disc 2
TM-18 | 125
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
2.3 Kekerasan
Kekerasan suatu bahan sampai saat ini masih merupakan peristilahan yang kabur,
yang mempunyai banyak arti tergantung pada pengalaman pihak-pihak yang terlibat. Pada
umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam dengan
sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap defornasi plastik atau deformasi
permanen. Untuk orang-orang yang berkecimpung dalam mekanika pengujian bahan,
banyak yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran ketahanan terhadap lekukan. Untuk
para insinyur perancang, kekerasan sering di artikan sebagai ukuran kemudahan dan
kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari
suatu logam. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian tesebut
dilakukan [4].
2.3.1 Kekerasan Vickers
Pengujian yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah uji vickers. Uji
kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk
bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling
berhadapan adalah 136 . Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian
besar nilai pebandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola
penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka
pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramida intan. Angka kekerasan
piramida intan (DPH) atau angka kekerasan Vickers (HVN), didefinisikan sebagai
beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya luas ini dihitung dari
pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. HV (Hardness Vickers) dapat di
tentukan dari persamaan [4] sebagai berikut:
Hv =
2
P
d2
dimana A = d
=
o
A
1,8544
2 cos 22
Jadi Hv = 1,8544. P
(8)
d2
Dimana:
Hv = angka kekerasan Vickers (kg/mm2 ).
P = beban yang besarnya 1 kg
A = luas indentasi (mm2 ).
d = diagonal rata-rata.
d=
d1 + d 2
2
Karena jejak yang dibuat dengan penumbuk piramida serupa secara geometris
dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka HV tidak tergantung pada
beban.
Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban
yang biasanya di gunakan pada uji Vickers berkisar antara 1 hingga 120 kg, tergantung
kepada kekerasan yang akan diuji. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian
metode Vickers adalah uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk pengujian
rutin karena pengujian tersebut lamban, memerlukan persiapan permukaan benda uji
yang hati-hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan
panjang diagonal. Lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan
harus bebentuk bujur sangkar. Akan tetapi, penyimpangan yang telah dijelaskan secara
berkala karena keadaan demikian terdapat pada logam-logam yang dilunakkan dan
mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Bentuk demikian
diakibatkan oleh penimbunan diatas logam- logam di sekitar pemukaan penumbuk [5].
TM-18 | 126
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
P
136o
d1
d2
Gambar 2. Pengujian Kekerasan Vickers
(Sumber: 5)
Pengujian metode kekerasan berdasarkan ASTM E384 standar, ketika melakukan
test kekerasan jarak minimum dan jarak dari indentasi yaitu 2.5d, ke permukaan spesimen
harus diperhitungkan terlebih dahulu untuk menghindari interaksi daerah kerja yang
mengeras dan efek dari permukaan
3. METODE
3.1 Bahan
Material yang digunakan sebagai bahan uji adalah baja karbon AISI 1065. Bentuk
specimen uji keausan berdasarkan standart Railway and Vehicle Dynamic.
Gambar 3. Skema spesimen uji keausan dan kekerasan
Gambar 4. Foto spesimen benda uji keausan dan kekerasan
TM-18 | 127
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3.2 Alat Pengujian
Gambar 5. Skema mesin uji keasuan kontak dua disc (Twint dic test)
3.3 Uji Kekerasan Vickers Material Di bawah Permukaan Kontak
Pengujian kekerasan ini dilakukan untuk mengetahui perilaku sifat mekanik
(kekerasan material) dekat permukaan kontak akibat keausan.
Gambar 6. Jarak dan arah pengujian kekerasan
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil pengujian keausan pada gelinding gesek
No
Spesimen
1
AISI 1065
Tabel 1. Hasil pengujian keausan
Jumlah
Massa awal Massa akhir
cycles
(g)
(g)
1.000
175,58
175,08
5.000
175,26
174,95
10.000
175,99
175,32
Massa yang
hilang (g)
0,5
0,31
0,67
Massa yang hilang pada setiap spesimen yang telah ngalami uji keausan terus
bertambah mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan 10.000 cycles seperti gambar 7:
TM-18 | 128
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Gambar 7. Grafik hubungan jumlah siklus terhadap massa yang hilang
4.2 Hasil pengujian kekerasan Vickers
Tabel 2. Data hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jarak dari permukaan
kontak (µm)
300
700
1100
1500
1900
2300
2700
3100
3500
3900
Tanpa Uji Keausan
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
HVN
1000 cycles
212.573
199.920
192.651
189.164
185.771
184.660
186,892
195,874
195,832
196,271
5000 cycles
214,36
199.092
196.235
189,930
187,664
183.925
186.557
197.087
196.277
197,494
10.000 cycles
216,215
199.135
195.430
190,316
186,892
183.234
185.069
198,723
196.639
198.680
Nilai kekerasan dihitung berdasarkan metode vickers hardness dengan penambahan
400µm dari tiap-tiap indentasi, yaitu dengan jarak dari permukaan specimen dimulai dari
300µm. Jarak dari permukaan yang dimaksud adalah dimana dihitung dari ujung permukaan
menuju titik indentasi yang pertama yaitu 300µm, kemudian dilanjutkan dengan titik indentasi
yang kedua dengan penambahan jarak 400µm. Beban yang digunakan pada saat pengujian
adalah 1 kg. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dari masing-masing specimen.
Pada specimen yang tidak mengalami uji keausan hanya diambil 4 titik saja
kemudian dirata-ratakan dan dibandingkan dengan specimen yang mengalami uji keausan
mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan 10.000 cycles. Hasilnya disajikan gambar 8.
Gambar 8. Grafik hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065
TM-18 | 129
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro
4.3.1 Pengamatan tanpa uji keausan
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 9. Struktur mikro AISI 1065 tanpa uji keausan
Pada gambar 9 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 tidak
menunjukkan adanya regangan geser dan pemampatan pada partikel-partikelnya karena
spesimen belum mengalami uji keausan.
4.3.2 Pengamatan setelah 1000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 10. Struktur mikro AISI 1065 1000 cycles
Pada gambar 10 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 1000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat terjadi pemampatan pada partikel – partikelnya
dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas
mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite
(partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan.
TM-18 | 130
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4.3.3 Pengamatan setelah 5000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 11. Struktur mikro AISI 1065 5000 cycles
Pada gambar 11 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 5000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat bertambah pemampatan pada partikel-partikelnya
dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas
mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite
(partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan.
4.3.4 Pengamatan setelah 10. 000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 12. Struktur mikro AISI 1065 10.000 cycles
Pada gambar 12 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 10.000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat semakin bertambahnya pemampatan pada partikel –
partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan
ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel
Feritte (partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah
permukaan.
TM-18 | 131
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Dari pengamatan struktur mikro yang dilakukan pada baja karbon AISI 1065 baik
yang tanpa uji keausan maupun yang dengan uji keausan 1000, 5000 dan 10.000 cycles
menunjukkan struktur mikro yang sama, struktur mikro hanya mengandung struktur
pearlite (gelap) dan feritte (putih) dan tidak mengalami regangan geser tetapi hanya terjadi
pemampatan partikel pada permukaan.
5. SIMPULAN
Berdasarkan penelitian perilaku sifat kekerasan baja karbon material AISI 1065,
dapat ditarik kesimpulan yaitu:
1. Terjadi peningkatan kekerasan pada bagian permukaan yang telah mengalami
perubahan sifat mekanis material akibat beban pada saat uji keausan dimana semakin
besar jumlah cycle maka semakin besar pula massa yang hilang.
2. Pemampatan partikel pada permukaan spesimen dimana struktur Pearlite semakin
termampatkan ke atas mendekati permukaan dan strukur Ferrite menuju ke bawah
permukaan sehingga bagian permukaan menjadi sangat keras akibat beban pada saat
mengalami uji keausan.
DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011)). Diakses tanggal 1 Juli 2012
2. Tyfour, W.R, et al, (1996), “Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of
Pearlitic Rail Steel Due To Dry-Wet Rolling-Sliding Line Contack”, Department Of
Mechanical And Proses Engineering, The University Of Sheffield, UK.
3. Kalker, J.J.A, (1982), “Fast Algoritma For The Simplifield Theory Of Rolling
Contack (FASTSIM) Vehicle System Dynamic”, Vol: 11, Swets & Zeitlinger, B. V,
Lisse.
4. Tata Surdia, Sinroko Saito,” Pengetahuan Bahan Teknik 1995” cetakan keenam, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta
5. George E. Dieter, Sriati Djaprie, “ Mechanical Metallurgy ”, 3rd edition ., (Jakarta:
Erlangga, 1990).
6. Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw Hill Book Co. 1988.
7. ASTM E384, “Standar Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials”
TM-18 | 132
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
2.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
ii
iii
iv
v
x
xi
1
7
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
1
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
7
3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
14
4. Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
21
5. Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto 34
6. Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
42
7. Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
49
8. Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
60
9. Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
67
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
73
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
83
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
90
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
96
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
263
271
280
297
309
315
324
332
340
346
354
363
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Pengukuran Kelayakan Beban Kerja pada Proses Palletizing di PT. XYZ dengan
Metode Perhitungan NIOSH, Felicia Wibowo, Helena J. Kristina
Peningkatan Kualitas Daya Listrik dan Penghematan Energi di Industri Tekstil
Menggunakan Filter Harmonisa, Hamzah Hilal
Analisa Kinerja Traksi Kendaraan Truk Muatan Berlebih (Studi Kasus: Pada Jalur
Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, I Kadek
Agus Dwi Adnyana
Analisa Kegagalan Produk Pengecoran Aluminium (Studi Kasus di CV. Nasa
Jaya Logam), Is Prima Nanda
Pemanfaatkan Energi Matahari untuk Tata Udara Ruangan dengan Dinding Lilin,
Isman Harianda
Usulan Penentuan Jumlah Tenaga Kerja dengan Penambahan Kebutuhan Lini
Konveyor dengan Analisa Transfer Line pada PT. Astra Komponen Indonesia,
Lina Gozali, Andres, Andrian Hartanto
Perencanaan Persediaan Bahan-Bahan Baku PFG 120 pada PT XYZ, Mellisa
Handryani Christine, Laurence
Penilaian Kinerja Suatu Perusahaan dengan Kriteria Malcolm Baldrige, Syahida
Nurul Haq, Aam Amaningsih Jumhur
Potensi Risiko Kelelahan Pengemudi Travel Jakarta-Bandung Berdasarkan
Lamanya Waktu Kerja dan Usulan Penanggulangannya, Rida Zuraida, Nike
Septivani
Peningkatan Kualitas Produksi Karung Plastik Bermerk pada PT. XYZ
Menggunakan Metode DMAIC, Samuel Cahya Saputra, Yuliana
Pengembangan Model Pengukuran dan Pengevaluasian Jam Tangan Pria dan
Kemasannya dengan Mempertimbangkan Faktor Emosi Konsumen Berdasarkan
Konsep Kansei Engineering, Tommy Hilman, Bagus Arthaya dan Johanna
Renny Octavia Hariandja
Rancang Bangun Alat Proses Penggorengan Kemplang (Kerupuk) dengan Bahan
Bakar Gas Elpiji untuk Industri Rumahan di Pedesaan Pulau Bangka, Zulfan Yus
Andi, Dhanni Tri Andini Setyaning, Wenny Azela, Isfarina, Rismandika
Logistik Bencana Berbasis SCM Komersial: Pembelajaran dari Erupsi Gunung
Merapi 2010, Adrianus Ardya Patriatama dan Agustinus Gatot Bintoro
Usulan Peningkatkan Kualitas Produksi PIN Di PT. X, Lithrone Laricha
Salomon, Moree Wibowo, Andres
Identifikasi Variabel-Variabel yang Mempengaruhi Minat Konsumen dalam
Pembelian Produk Handphone Samsung dengan Menggunakan Structural
Equation Modeling, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Martin
Aplikasi Metode Service Quality (Servqual) untuk Peningkatan Kualitas
Pelayanan Kawasan Wisata Kawah Putih Perum Perhutani Unit III Jawa Barat dan
Banten, Hendang Setyo Rukmi, Ambar Hasrsono, Sesar Triwibowo
Pemilihan Tempat Konferensi Nasional dengan Menggunakan Metode Analytical
Hierarchy Process, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Muhammad Reza
Utama
Multidisciplinary Research: Perspectives from Industrial and Systems
Engineering, Strategic Management and Psychology, Khristian Edi Nugroho
Soebandrija
Optimasi Penentuan Kapasitas Produksi dengan Menggunakan Metode Simplek
(Studi Kasus), Mulyadi Ilyas
424
435
442
450
456
464
472
481
486
493
502
511
520
528
536
545
555
564
573
| viii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
27. Pengembangan Model Sistem Produksi Industri Kecil dan Menengah yang Berada
dalam Lingkungan Just in Time, Slamet Setio Wigati dan Agustinus Gatot
Bintoro
28. Analisa Efektifitas Modifikasi Filter Oli pada Compressor Atlas Copco dengan
Overall Equipment Effectiveness di PT. GTU, Silvi Ariyanti, Yusup Hardiana
29. Usulan Peningkatan Produktifitas Melalui Perbaikan Stasiun Kerja dan Metode
Kerja (Studi Kasus: di PT. X), I Wayan Sukania, Nofi Erni, Handika
30. Pengurangan Penumpukan Produk Pada Stasiun Kerja Dengan Menggunakan
Analisis Sistem Antrian di PT. KMM, Ahmad
31. Pengukuran Tingkat Kepuasan Pelanggan Terhadap Layanan di Bengkel XYZ
Dengan menggunakan Metode Servqual, IPA, dan Kano, Ahmad, Wilson Kosasih
578
588
598
604
613
| ix
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
STRAIN-HARDENING BAJA KARBON AISI 1065 AKIBAT BEBAN
GELINDING-GESEK
I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta,
I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali (0361) 703321
e-mail: [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh variasi putaran terhadap keausan dan
perilaku sifat kekerasan (strain hardening) baja karbon setelah mengalami beban gelinding
gesek. Bahan penelitian adalah baja karbon AISI 1065 dimana bahan tersebut setara dengan
rel kereta api. Rel dan roda kereta api merupakan dua komponen yang mengalami beban
gelinding gesek yang dapat menyebabkan keausan dan kegagalan. Variasi putaran yang
dilakukan adalah 1000, 5000 dan 10.000 cycles. Jarak titik indentasi kek erasan dari
permukaan pada 300, 700, 1100, 1500, 1900, 2300, 2700, 3100, 3500 dan 3900 µm. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa semakin besar jumlah putaran pada uji keausan semakin besar
massa yang hilang. Sedangkan untuk uji kekerasan terjadi peningkatan kekerasan pada
permukaan baja karbon AISI 1065.
Kata kunci: Strain hardening, gelinding gesek, kekerasan, keausan.
1. PENDAHULUAN
Keausan dan kegagalan merupakan masalah yang sering dialami roda maupun rel
kereta api. Hal ini disebabkan karena beban yang diterima secara berulang-ulang. Keausan
dan kegagalan ini sering terjadi pada lintasan belok, sambungan rel dan persimpangan.
Pada roda, keausan dan cacat sering terjadi pada bagian flange roda. Keausan pada roda
maupun rel menyebabkan ketidak nyamanan penumpang, kebisingan dan yang lebih
berbahaya adalah keluarnya roda dari rel. Salah satu cara untuk mengurangi kegagalan
tersebut yaitu dengan cara meningkatkan sifat mekanis pada material [1].
Benda yang bergesekan seperti kontak gelinding gesek yang dialami roda dan rel
kereta api akan mengakibatkan material dibawah permukaan kontak mengalami deformasi
plastis (regangan geser). Deformasi plastis tersebut dapat merubah sifat mekanis material
(memberi kekerasan). Fenomena ini disebut material mengalami strain-hardening [2].
Adapun permasalahan yang akan diteliti adalah bagaimana perilaku sifat-sifat
kekerasan (strain-hardening) dari material baja karbon AISI 1065 setelah mengalami
beban gelinding-gesek dengan uji vicers dan gambaran struktur mikronya.
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kontak Mekanik (Kontak Silinder)
Pada tipe kontak yang berbentuk dua bidang silinder dengan masing-masing poros
parallel yang dibebankan pada kontak sebagai gaya P per satuan panjang dan bidang
kontak membuat panjang kontak berputar pada luas bidang 2a dipaksakan paralel ke porosy. Ini adalah dasar dari dua dimensi permukaan [3]:
TM-18 | 124
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Gambar 1. Mekanisme kontak dua bidang permukaan silinder
(Sumber: 3)
Distribusi tekanan normal p(x) pada permukaan kontak ditentukan dengan teori Hertz
adalah:
(1)
Dimana p0 adalah tekanan maksimal pada pusat kontak dan pada setengah luas
bidang kontak.
Tekanan maksimal pada kontak dapat di tentukan dengan:
(2)
Dimana P adalah tekanan, P adalah total pembebanan gaya per satuan panjang (L)
pada bidang kontak dan dapat didefinisikan dengan:
(3)
Juga dapat ditentukan dengan:
a=
(4)
Equivalent modulus Elastisitas E*, sudah ditetapkan dengan:
=
+
(5)
Dimana v adalah poison rasio, E adalah modulus young, dan mengacu pada bidang
1 dan 2 secara berurutan.
Persamaan R dapat ditentukan dengan:
= +
(6)
2.2 Slip roll-ratio
Perbandingan putaran dari dua buah disc yang menerima beban kontak gelinding
gesek. Jika suatu material menerima rolling-sliding contact serta adanya pengaruh slip-roll
ratio secara berulang-ulang akan menimbulkan adanya gesekan pada material di
permukaan dan di bawah permukaan kontak mengalami regangan geser dan terakumulasi
sangat besar. Apabila regangan geser ini terakumulasi dan mencapai titik kritis regangan
geser material maka kegagalan material dapat terjadi, seperti keausan (wear) dan
kegagalan akibat kelelahan (fatigue).
Untuk menentukan slip-roll ratio dapat ditentukan dengan persamaan [2]:
Sr =
(7)
dimana:
Sr = slip roll-ratio
V1 = kecepatan disc 1
V2 = kecepatan disc 2
TM-18 | 125
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
2.3 Kekerasan
Kekerasan suatu bahan sampai saat ini masih merupakan peristilahan yang kabur,
yang mempunyai banyak arti tergantung pada pengalaman pihak-pihak yang terlibat. Pada
umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam dengan
sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap defornasi plastik atau deformasi
permanen. Untuk orang-orang yang berkecimpung dalam mekanika pengujian bahan,
banyak yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran ketahanan terhadap lekukan. Untuk
para insinyur perancang, kekerasan sering di artikan sebagai ukuran kemudahan dan
kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari
suatu logam. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian tesebut
dilakukan [4].
2.3.1 Kekerasan Vickers
Pengujian yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah uji vickers. Uji
kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk
bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling
berhadapan adalah 136 . Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian
besar nilai pebandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola
penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka
pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramida intan. Angka kekerasan
piramida intan (DPH) atau angka kekerasan Vickers (HVN), didefinisikan sebagai
beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya luas ini dihitung dari
pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. HV (Hardness Vickers) dapat di
tentukan dari persamaan [4] sebagai berikut:
Hv =
2
P
d2
dimana A = d
=
o
A
1,8544
2 cos 22
Jadi Hv = 1,8544. P
(8)
d2
Dimana:
Hv = angka kekerasan Vickers (kg/mm2 ).
P = beban yang besarnya 1 kg
A = luas indentasi (mm2 ).
d = diagonal rata-rata.
d=
d1 + d 2
2
Karena jejak yang dibuat dengan penumbuk piramida serupa secara geometris
dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka HV tidak tergantung pada
beban.
Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban
yang biasanya di gunakan pada uji Vickers berkisar antara 1 hingga 120 kg, tergantung
kepada kekerasan yang akan diuji. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian
metode Vickers adalah uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk pengujian
rutin karena pengujian tersebut lamban, memerlukan persiapan permukaan benda uji
yang hati-hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan
panjang diagonal. Lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan
harus bebentuk bujur sangkar. Akan tetapi, penyimpangan yang telah dijelaskan secara
berkala karena keadaan demikian terdapat pada logam-logam yang dilunakkan dan
mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Bentuk demikian
diakibatkan oleh penimbunan diatas logam- logam di sekitar pemukaan penumbuk [5].
TM-18 | 126
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
P
136o
d1
d2
Gambar 2. Pengujian Kekerasan Vickers
(Sumber: 5)
Pengujian metode kekerasan berdasarkan ASTM E384 standar, ketika melakukan
test kekerasan jarak minimum dan jarak dari indentasi yaitu 2.5d, ke permukaan spesimen
harus diperhitungkan terlebih dahulu untuk menghindari interaksi daerah kerja yang
mengeras dan efek dari permukaan
3. METODE
3.1 Bahan
Material yang digunakan sebagai bahan uji adalah baja karbon AISI 1065. Bentuk
specimen uji keausan berdasarkan standart Railway and Vehicle Dynamic.
Gambar 3. Skema spesimen uji keausan dan kekerasan
Gambar 4. Foto spesimen benda uji keausan dan kekerasan
TM-18 | 127
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
3.2 Alat Pengujian
Gambar 5. Skema mesin uji keasuan kontak dua disc (Twint dic test)
3.3 Uji Kekerasan Vickers Material Di bawah Permukaan Kontak
Pengujian kekerasan ini dilakukan untuk mengetahui perilaku sifat mekanik
(kekerasan material) dekat permukaan kontak akibat keausan.
Gambar 6. Jarak dan arah pengujian kekerasan
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil pengujian keausan pada gelinding gesek
No
Spesimen
1
AISI 1065
Tabel 1. Hasil pengujian keausan
Jumlah
Massa awal Massa akhir
cycles
(g)
(g)
1.000
175,58
175,08
5.000
175,26
174,95
10.000
175,99
175,32
Massa yang
hilang (g)
0,5
0,31
0,67
Massa yang hilang pada setiap spesimen yang telah ngalami uji keausan terus
bertambah mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan 10.000 cycles seperti gambar 7:
TM-18 | 128
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Gambar 7. Grafik hubungan jumlah siklus terhadap massa yang hilang
4.2 Hasil pengujian kekerasan Vickers
Tabel 2. Data hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jarak dari permukaan
kontak (µm)
300
700
1100
1500
1900
2300
2700
3100
3500
3900
Tanpa Uji Keausan
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
196,734
HVN
1000 cycles
212.573
199.920
192.651
189.164
185.771
184.660
186,892
195,874
195,832
196,271
5000 cycles
214,36
199.092
196.235
189,930
187,664
183.925
186.557
197.087
196.277
197,494
10.000 cycles
216,215
199.135
195.430
190,316
186,892
183.234
185.069
198,723
196.639
198.680
Nilai kekerasan dihitung berdasarkan metode vickers hardness dengan penambahan
400µm dari tiap-tiap indentasi, yaitu dengan jarak dari permukaan specimen dimulai dari
300µm. Jarak dari permukaan yang dimaksud adalah dimana dihitung dari ujung permukaan
menuju titik indentasi yang pertama yaitu 300µm, kemudian dilanjutkan dengan titik indentasi
yang kedua dengan penambahan jarak 400µm. Beban yang digunakan pada saat pengujian
adalah 1 kg. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dari masing-masing specimen.
Pada specimen yang tidak mengalami uji keausan hanya diambil 4 titik saja
kemudian dirata-ratakan dan dibandingkan dengan specimen yang mengalami uji keausan
mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan 10.000 cycles. Hasilnya disajikan gambar 8.
Gambar 8. Grafik hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065
TM-18 | 129
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro
4.3.1 Pengamatan tanpa uji keausan
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 9. Struktur mikro AISI 1065 tanpa uji keausan
Pada gambar 9 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 tidak
menunjukkan adanya regangan geser dan pemampatan pada partikel-partikelnya karena
spesimen belum mengalami uji keausan.
4.3.2 Pengamatan setelah 1000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 10. Struktur mikro AISI 1065 1000 cycles
Pada gambar 10 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 1000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat terjadi pemampatan pada partikel – partikelnya
dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas
mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite
(partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan.
TM-18 | 130
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4.3.3 Pengamatan setelah 5000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 11. Struktur mikro AISI 1065 5000 cycles
Pada gambar 11 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 5000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat bertambah pemampatan pada partikel-partikelnya
dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas
mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite
(partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan.
4.3.4 Pengamatan setelah 10. 000 cycles
(a) 100 x pembesaran
(b) 400 x pembesaran
Gambar 12. Struktur mikro AISI 1065 10.000 cycles
Pada gambar 12 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang
mengalami uji keausan 10.000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat
gesekan namun sudah mulai terlihat semakin bertambahnya pemampatan pada partikel –
partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan
ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel
Feritte (partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah
permukaan.
TM-18 | 131
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Dari pengamatan struktur mikro yang dilakukan pada baja karbon AISI 1065 baik
yang tanpa uji keausan maupun yang dengan uji keausan 1000, 5000 dan 10.000 cycles
menunjukkan struktur mikro yang sama, struktur mikro hanya mengandung struktur
pearlite (gelap) dan feritte (putih) dan tidak mengalami regangan geser tetapi hanya terjadi
pemampatan partikel pada permukaan.
5. SIMPULAN
Berdasarkan penelitian perilaku sifat kekerasan baja karbon material AISI 1065,
dapat ditarik kesimpulan yaitu:
1. Terjadi peningkatan kekerasan pada bagian permukaan yang telah mengalami
perubahan sifat mekanis material akibat beban pada saat uji keausan dimana semakin
besar jumlah cycle maka semakin besar pula massa yang hilang.
2. Pemampatan partikel pada permukaan spesimen dimana struktur Pearlite semakin
termampatkan ke atas mendekati permukaan dan strukur Ferrite menuju ke bawah
permukaan sehingga bagian permukaan menjadi sangat keras akibat beban pada saat
mengalami uji keausan.
DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011)). Diakses tanggal 1 Juli 2012
2. Tyfour, W.R, et al, (1996), “Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of
Pearlitic Rail Steel Due To Dry-Wet Rolling-Sliding Line Contack”, Department Of
Mechanical And Proses Engineering, The University Of Sheffield, UK.
3. Kalker, J.J.A, (1982), “Fast Algoritma For The Simplifield Theory Of Rolling
Contack (FASTSIM) Vehicle System Dynamic”, Vol: 11, Swets & Zeitlinger, B. V,
Lisse.
4. Tata Surdia, Sinroko Saito,” Pengetahuan Bahan Teknik 1995” cetakan keenam, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta
5. George E. Dieter, Sriati Djaprie, “ Mechanical Metallurgy ”, 3rd edition ., (Jakarta:
Erlangga, 1990).
6. Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw Hill Book Co. 1988.
7. ASTM E384, “Standar Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials”
TM-18 | 132