KARAKTERISASI LAJU KOROSI, KEKUATAN IMPAK DAN KEKERASAN BAJA PERSEGI PADA LINGKUNGAN PANTAI

KARAKTERISASI LAJU KOROSI, KEKUATAN

IMPAK DAN KEKERASAN BAJA PERSEGI PADA

LINGKUNGAN PANTAI

TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

Oleh :

FX GIYARNO

NIM : 025214110

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

THE COASTAL EFFECT ON CORROSION RATE,

IMPACT, AND HARDNESS OF SQUARE SOLID

STEEL CHARACTERISTIC

FINAL PROJECT Pressented as Partial Fulfillment of The Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

By :

FX GIYARNO

Student Number : 025214110

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

And

Bapak, Ibu ,Adikku serta keluarga

besar di Muntilan dan Sukoharjo

! " # $ " %

KATA PENGANTAR

Ucap syukur kepada Bapa di surga atas kasih karunia-Nya yang dilimpahkan yang memampukan saya berjuang menyelesaikan tugas akhir ini Penelitian dan penyusunan tugas akhir dengan judul “Karakterisasi Laju

Korosi, Kekuatan Impak dan Kekerasan Baja Persegi Pada Lingkungan Pantai” ini adalah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

Saya mengucapakan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :

1. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen pembimbing Tugas Akhir.

4. Yosep Agung Cahyanta, S. T., M.T., Dosen Pembimbing Akademik 5.

Ir. FX Agus Unggul Santosa, Kepala Laboratorium Bahan dan Manufaktur Universitas Sanata Dharma.

6. Seluruh dosen Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma untuk segala ilmu, pengetahuan, pengalaman, dan bantuan untuk memajukan kami.

7. Orang tuaku Bapak Thomas Sudarsono, Ibu Theresia dan adikku Antonius Triyanto serta semua keluarga besarku atas doa, semangat, kasih sayang, dan semua yang telah diberikan.

8. Khusus buat Ika yang selalu berikan semangat dan dukungan lewat doa serta kasih sayang yang tulus sampai studi ini selesai.

9. Mas Martono, Laboran Laboratorium Manufaktur Universitas Sanata Dharma.

10. Mas Tri, Staff Sekretariat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan guna penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Yogyakarta, 16 Januari 2008 Penulis

FX Giyarno

INTISARI

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efek lingkungan pantai 2, 4 dan 6 bulan dengan jarak 1 km dari pantai terhadap laju korosi, kekuatan impak, kekerasan, foto mikro, dan bentuk patahan. Bahan yang dipakai adalah baja karbon rendah profil persegi dengan 55 x 10 x 10 mm.

Dalam pembuatan ada 20 spesimen diambil 5 spesimen untuk pengujian awal dan 15 spesimen lain diletakkan dipantai dengan posisi digantung memakai tali yang diletakkan di tempat terbuka supaya terkena sinar matahari, udara dan hujan. Dari 15 spesimen diambil 5 spesimen tiap 2 bulan sekali dalam waktu 6 bulan untuk diuji impak, kekerasan, mikro, pengamatan bentuk patahan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa korosi di lingkungan pantai pada baja pejal persegi dengan waktu 6 bulan mengakibatkan penurunan tenaga patah sebesar 3,43 joule (12,3%) dan penurunan keuletannya sebesar 0,12 joule/mm² dengan bentuk patahan yang dihasilkan jenis patah liat setelah diuji impak. Kekerasan dalam bentuk daya tahan material tidak mengalami penurunan yang begitu berarti, sebesar 0,8 kg/mm² (2,6%). Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa benda uji mengalami korosi celah dan laju korosinya terus menurun karena udara yang masuk dihalangi dinding korosi awal untuk benda uji terkorosi 2 bulan ke 4 bulan penurunan sebesar 0,3 mm/tahun (25%), penurunan laju korosi 4 bulan ke 6 bulan sebesar 0,18 mm/tahun (20%) dan sebesar 0,48 mm/tahun(40%) pada penurunan laju korosi 2 bulan ke 6 bulan.

DAFTAR ISI

2.1 Pengetahuan Tentang Baja ........................................................... 6

2.2.2 Laju Korosi ..................................................................... 16

2.2.1 Macam-macam Korosi ................................................... 14

2.2 Korosi .......................................................................................... 12

2.1.4 Struktur Mikro pada Baja dan Besi ................................ 11

2.1.3 Diagram Fasa .................................................................. 10

2.1.2 Sifat-sifat Baja Karbon Rendah ...................................... 9

2.1.1 Pembuatan Baja dan Jenisnya ......................................... 6

BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 6

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i TITLE ................................................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v PERNYATAAN ................................... ............................................................ vi KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii

1.6 Metode Pengumpulan Data ......................................................... 4

1.5 Batasan Masalah .......................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................... 2

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 2

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

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

INTISARI .......................................................................................................... x DAFTAR ISI ..................................................................................................... xi DARTAR TABEL ............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... .ix DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xvi

2.2.3 Faktor yang Mempengaruhi Korosi Baja Karbon Rendah 17

2.2.5 Faktor Intensitas Tegangan, K ...................................... 19

2.2.6 Karakteristik Umum Kurva Lelah Korosi ...................... 20

2.3 Pengujian Bahan .......................................................................... 22

2.3.1 Uji Impak ........................................................................ 22

2.3.2 Uji Kekearasan Brinell .................................................... 24

2.3.3 Pengamatan Struktur Mikro ............................................ 26

2.3.4 Bentuk-bentuk Patahan Uji Impak .................................. 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 29

3.1 Skema Penelitian .......................................................................... 29

3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 30

3.2.1 Pembuatan Benda Uji ...................................................... 30

3.2.2 Peralatan yang digunakan ................................................ 32

3.3 Pengujian Spesimen ...................................................................... 32

3.3.1 Uji Impak ........................................................................ 33

3.3.2 Langkah penelitian Uji Impak ......................................... 33

3.3.3 Uji Kekerasan .................................................................. 34

3.3.4 Pengamatan Struktur Mikro ............................................ 36

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................................... 39

4.1 Pengujian Impak ………………………………………………... 39

4.2 Pengujian Kekerasan Brinell …………………………………… 41

4.3 Pengamatan Mikro dan Makro …………………………………. 42

4.3.1 Pengamatan Struktur dan Korosi Secara Mikro .............. 42

4.3.2 Pengamatan Korosi Secara Makro .................................. 46

4.4 Pengamatan Bentuk Patahan ........................................................ 47

4.5 Pengujian Laju Korosi .................................................................. 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 52

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 52

5.2 Saran ............................................................................................. 53 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 54 LAMPIRAN ........................................................................................................ 55

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Diameter penetrator dan beban yang digunakan pada Brinell ....... 26Tabel 4.1 Tenaga Patah dan Keuletan Rata-rata ............................................ 39Tabel 4.2 Rata-rata kekerasan Brinell ............................................................ 41Tabel 4.3 Laju Korosi Rata-rata (per tahun) Jarak 1 km Dari Pantai ............ 51

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe – Fe C .............................................................10

₃ Gambar 2.2 Stuktur Mikro pada Baja dan Besi ............................................. 11

Gambar 2.3 Faktor intensitas tegangan, K ................................................... 19

₁ Gambar 2.4 Karakteristik umum kurva lelah korosi ...................................... 20

Gambar 2.5 Prinsip Pengujian Impak ............................................................ 23Gambar 2.6 Pemantulan cahaya pada benda ………………………………. 27Gambar 2.7 Bentuk Patahan Liat ................................................................... 27Gambar 2.8 Bentuk Patahan Getas ................................................................ 28Gambar 2.9 Bentuk Patahan Campuran ......................................................... 28Gambar 3.1 Skema Penelitian ……………………………………………… 29Gambar 3.2 Mesin Skrap ................................................................................. 30Gambar 3.3 Dimensi Benda Uji Impak .......................................................... 31Gambar 3.4 Benda Uji .................................................................................... 31Gambar 3.5 Uji Impak Frank ......................................................................... 33Gambar 3.6 Mesin Uji Kekerasan .................................................................. 36Gambar 3.7 Mikroskop dan Kamera .............................................................. 38Gambar 4.1 Grafik Rata-rata Tenaga Patah Jarak 1 km Dari Pantai ............. 40Gambar 4.2 Grafik Rata-rata Keuletan Jarak 1 km Dari Pantai ..................... 41Gambar 4.3 Grafik Rata-rata Kekerasan Brinell Jarak 1 km Dari Pantai ...... 42Gambar 4.4 Foto Struktur Mikro Baja Persegi Tanpa Terkorosi ................... 43Gambar 4.5 Foto Mikro Baja Persegi Terkorosi 2 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 44

Gambar 4.6 Foto Mikro Baja Persegi Terkorosi 4 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 44

Gambar 4.7 Foto Mikro Baja Persegi Terkorosi 6 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 45

Gambar 4.8 Foto Mikro Kawat Tembaga ...................................................... 45Gambar 4.9 Foto Makro Terkorosi 2 BulanGambar 4.10 Foto Makro Terkorosi 4 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 47

Gambar 4.11 Foto Makro Terkorosi 6 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 47

Gambar 4.12 Patahan Benda Uji Impak Tanpa Terkorosi ............................... 47Gambar 4.13 Patahan Benda Uji Impak Terkorosi 2 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 48

Gambar 4.14 Patahan Benda Uji Impak Terkorosi 4 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 48

Gambar 4.15 Patahan Benda Uji Impak Terkorosi 6 Bulan

Jarak 1 km Dari Pantai ............................................................... 48

Gambar 4.16 Grafik Laju Korosi Rata-rata Per 2 Bulan Dalam 1 Tahun

Jarak 1 km Dari Pantai ................................................................ 51

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel L.1 Hasil pengujian impak baja karbon rendah (profil persegi) tanpa korosi ........................................................................................56 Tabel L.2 Hasil pengujian impak baja karbon rendah (profil persegi) terkorosi 2 bulan.................................................................................56 Tabel L.3 Hasil pengujian impak baja karbon rendah (profil persegi) terkorosi 4 bulan...................................................................................56 Tabel L.4 Hasil pengujian impak baja karbon rendah (profil persegi) terkorosi 6 bulan...................................................................................57 Tabel L.5 Data hasil pengujian kekerasan awal.....................................................57 Tabel L.6 Data hasil pengujian kekerasan terkorosi 2 bulan.................................57 Tabel L.7 Data hasil pengujian kekerasan terkorosi 4 bulan................................58 Tabel L.8 Data hasil pengujian kekerasan terkorosi 6 bulan.................................58 Lampiran Pengujian Komposisi............................................................................59

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan dunia yang semakin pesat dan kemajuan ilmu

pengetahuan dan teknologi maka dalam perencanaan dan ketelitian harus lebih baik

terutama dalam pemilihan bahan untuk konstruksi ataupun komponen-komponen

pada mesin. Sebagian besar konstruksi dan komponen-komponen mesin mendapatkan

beban yang bervariasi, maka diperlukan suatu pengujian-pengujian agar mendapatkan

suatu bahan yang baik, sehingga dalam pembuatan konstruksi dan komponen-

komponen menjadi lebih baik karena suatu bahan memiliki sifat-sifat mekanis, yaitu :

kuat, ulet, keras, tangguh, dan lain sebagainya. Dalam pengujian ini dibutuhkan

pengetahuan tentang teknik manufaktur untuk mengetahui kemampuan bahan dalam

menerima pembebanan, baik dinamis maupun statis.

Pada jarak 1 km dari pantai masih mengandung garam sehingga bahan-bahan

yang terbuat dari besi dan baja dapat terkorosi dengan cepat , misalnya: kincir angin.

Dengan alasan diatas maka penulis tertarik untuk mengetahui seberapa kuat baja

dengan profil persegi (baja karbon rendah) terhadap lingkungan pantai dengan jarak

1 km terhadap laju korosi, ketahanan impak dan kekerasan.

1.2 Rumusan Masalah Korosi yang terjadi pada benda uji mengakibatkan adanya pengurangan

penampang pada benda uji, dan juga mempengaruhi kekuatan patah benda uji pada

saat dilakukan pengujian impak.

Pengujian ini dilakukan pada baja karbon rendah bertakik – V. Pengujian ini

dilakukan pada lingkungan pantai yang berjarak 1 km dari pantai, sehingga terjadi

korosi dan dilakukan dalam waktu 2, 4, 6 bulan. Hal ini untuk mengetahui

perbandingan kekuatan dan ketahanan antara benda yang tidak terkorosi dengan yang

terkorosi selama 2, 4, 6 bulan, dan dilakukan pengujian impak, uji kekerasan, laju

korosi, foto mikro dan foto makro.

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh korosi pada lingkungan pantai dengan jarak 1 km terhadap : a.

Ketahanan impak baja persegi b. Kekerasan baja persegi c. Perubahan struktur mikro yang terjadi pada baja persegi d. Bentuk patahan baja persegi e. Laju Korosi baja persegi

1.4 Manfaat Penelitian Penelitian yang dilakukan penulis diharapkan dapat memberikan konstribusi

bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta manfaat-manfaat lain,

yaitu: 1.

Dapat dipergunakan sebagai referensi pada penelitian berikutnya 2. Dapat menentukan hasil dari uji impak, uji kekerasan, laju korosi, dan struktur mikro untuk bahan pejal baja karbon rendah dengan profil persegi dari waktu ke waktu 3. Memberi input atau data untuk pengembangan energi angin (kincir) di daerah pantai.

1.5 Batasan Masalah Batasan masalah yang ditentukan penulis dalam penelitian dan penyusunan

tugas akhir ini, agar lebih terfokus dan sistematis. Untuk mengetahui sifat fisis dan

mekanis dari baja dengan profil persegi (baja karbon rendah) sebelum dan sesudah

mendapatkan proses perlakuan di pantai dengan variasi waktu 2 bulan, 4 bulan, dan

6 bulan.

Lingkup penelitian adalah : a. Bahan baja karbon rendah (dalam bentuk spesimen untuk uji impak).

b. Lokasi penelitian, di pantai Samas, Bantul, Yogyakarta.

c. Waktu penelitian 6 bulan.

d. Pengujian yang dilakukan : Uji impak, Uji Kekerasan, Laju korosi, Bentuk patahan, Pengamatan struktur mikro dan makro.

1.6 Metode Pengumpulan Data

Penyusunan hasil penelitian dan analisa yang dilakukan diharapkan bisa

mendapatkan hasil yang akurat dan sistematis serta tidak melenceng jauh dari

landasan teori yang ada, maka penulis melakukan beberapa metode pengumpulan

data, antara lain : a.

Literatur Studi literatur digunakan sebagai dasar acuan dan referensi yang diantaranya mencakup : Landasan teori, gambar, tabel, grafik, dan segala sesuatu yang berkaitan dengan penelitian. Persamaan untuk perhitungan yang berkaitan dengan analisa data diambil sebagai bahan perbandingan antara hasil dari penelitian dan pembahasan.

Konsultasi dan Diskusi Konsultasi dan diskusi dilakukan dengan dosen pembimbing, laboran yang membantu proses penelitian dan rekan-rekan mahasiswa lain yang bertujuan untuk mendapatkan hasil penelitian, analisa dan pembahasan yang baik, juga berguna untuk bertukar informasi, masukan antar mahasiswa yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan.

5 c.

Pengujian Benda Uji Data diperoleh berdasarkan proses korosi di pantai Samas, dengan cara spesimen yang digantung pada ketinggian 2 meter selama 2, 4 dan 6 bulan. Kemudian spesimen diambil dan diuji di laboratorium Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Uji komposisi dilakukan di PT. ITOKOH CEPERINDO, Klaten, Jawa Tengah.

BAB II DASAR TEORI Dalam penelitian ini penulis menggunakan bahan baja karbon rendah

profil pejal persegi. Untuk mendalami tentang teori baja, penulis menjelaskan dasar-dasar teori serta seluk-beluk tentang baja dan pengaruh lingkungan laut terhadap baja.

2.1 Pengetahuan Tentang Baja

Baja mempunyai kandungan besi (Fe) dan Karbon (C) dengan kadar karbon 0,05% – 1,7%. Selain karbon pada baja terkandung kurang lebih 0,25% – 0.3% Silikon (Si), 0,15% Mangan (Mn) dan unsur pengotor lain seperti : Phosfor (P) dan Belerang (S). Karena unsur-unsur tidak memberikan pengaruh utama maka unsur tersebut diabaikan.

Biji besi yang diperoleh dari pertambangan kemudian di lebur dalam dapur tinggi. Hasil dari dapur tinggi berupa besi kasar cair, di tuang dan di proses kembali dengan pemanasan lanjutan untuk mengurangi atau menambah unsur lain pada besi cair, hasil leburan tersebut di sebut baja.

2.1.1 Pembuatan Baja Dan Jenisnya

Proses oksidasi peleburan baja dilakukan pada converter, dapur listrik dan dapur pintu terbuka, selanjutnya dilakukan pembersihan unsur lain melalui proses asam dan proses basa. Melalui proses tersebut diatas, baja yang dihasilkan antara lain : a.

Baja paduan (Alloy Steel) Baja paduan di peroleh melalui penambahan unsur khromium (Cr), nikel (Ni), mangan (Mn), tungsten (W), silikon (Si) pada baja karbon.

Kelebihan dari baja paduan antara lain : 1. keuletan yang tinggi tanpa mengurangi kekuatan tarik.

2. kemampuan kekerasan yang baik mengurangi kemungkinan retak dan korosi.

3. Tahan terhadap perubahan suhu.

Baja karbon (Carbon Steel) Unsur pada baja cor dan baja tempa hampir sama, kecuali unsur Si dan Mn yang berfungsai mengikat O . Baja cor dihasilkan dari penambahan karbon ₂ sekitar 0,05% sampai 1,7% pada besi murni (Ferrit). Baja ini dibeda menjadi :

1. Baja karbon rendah (unsur C < 0,3 %) Semakin sedikit unsur karbon yang ada maka semakin mendekati sifat besi murni. Baja karbon rendah ditinjau dari kekuatannya memiliki sifat sedang, liat, serta tangguh. Baja ini mudah di mesin dan mampu las.

2. Baja karbon sedang (unsur C 0,3 % - 0,5 %) Baja ini lebih keras dari baja karbon rendah, dan sifatnya juga lebih kuat dan tangguh tetapi kurang liat. Sifat baja karbon sedang dapat diubah dengan cara heat treatment. Pembentukannya dengan cara ditempa.

3. Baja karbon tinggi (unsur C > 0,5 %)

Memiliki sifat lebih keras tapi kurang liat dan tangguh. Maka, untuk mempertinggi ketahanan terhadap aus dengan cara heat treatment dan untuk mengurangi sifat getasnya di temper. Baja jenis ini dipergunakan untuk pembuatan pegas, alat-alat pertanian dan lain-lain.

AISI (American Iron and Steel Institute) dan SAE (Society of Automotive

Engineers ) memberi kode untuk baja karbon biasa dengan seri 10xx. Dua angka

terakhir menunjukan kandungan karbon (C) dalam baja tersebut. Sebagai contoh : seri 1050 berarti baja karbon dengan kandungan C sebesar 0,50 % berat. Seri 1080 berarti baja karbon dengan kandungan karbon sebesar 0,80 % berat.

Baja tahan karat (Stainless Steel) Sifat baja yang tahan terhadap hampir semua kondisi karat (korosi), disebabkan karena baja ini mengandung paling sedikit 12% khromium sebagai unsur paduannya. Baja tahan karat dibedakan atas : 1.

Baja tahan karat austenitik.

2. Baja tahan karat ferritik.

3. Baja tahan karat martensitik atau Perlit.

Baja perkakas (Tool Steel) Baja ini mengandung unsur khromium (Cr), tungsten (W), Vanadium dan molibden (Mo), sehingga membuat baja lebih tahan aus, tahan terhadap gesekan serta mempunyai mampu keras yang baik.

Penambahan sejumlah elemen paduan pada baja ini akan memperbaiki serta melapisinya. Sehingga dapat di gunakan sebagai konstruksi bangunan, kerangka tower dan kincir angin, mesin dan lainnya.

Dalam penelitian ini penulis menggunakan bahan jenis baja karbon rendah, dikarenakan baja karbon rendah lebih mudah terkorosi.

2.1.2 Sifat-sifat Baja Karbon Rendah

Sifat-sifat Baja Karbon Rendah : 1. Liat atau ulet (memiliki kekuatan tarik tinggi).

2. Tangguh.

3. Mudah dimesin (diolah). Contohnya dirol (rol dingin atau rol panas).

4. Mudah dilas.

5. Kekuatan sedang dengan kandungan karbon maksimum 0,3 %.

Kadar karbon adalah unsur yang paling utama untuk menguatkan baja, sehingga baja harus mengandung kadar karbon sampai kandungan tertentu dan yang diinginkan kandungan karbonnya adalah selalu lebih rendah. Hal ini untuk mempertahankan sifat-sifat mekanis dari baja tersebut. Tetapi apabila ditinjau dari mampu las, kadar karbon harus sampai batas tertentu. Semakin sedikit kandungan karbon dalam baja, maka baja akan semakin mendekati sifat besi murni.

2.1.3 Diagram Fasa (Phase Diagram)

Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe – Fe

₃ C.

(Sumber :Van Vlack ,1991, hal 377)

Diagram fasa seperti pada Gambar 2.1 digunakan untuk menunjukkan fasa yang ada pada suhu tertentu atau komposisi paduan pada keadaan setimbang yaitu bila semua reaksi yang mungkin terjadi setelah penelitian selesai 1.

Ferrit – Besi α Besi murni (Ferrit) berubah strukturnya dua kali lipat sebelum mencair yaitu pada suhu 912° C. Ferrit lunak dan ulet, bersifat ferromagnetik dan mempunyai struktur kubik pemusatan ruang (kpr).

2. Austenit – Besi γ Bentuk besi murni ini stabil pada suhu antara 912° C - 1394° C, dengan struktur kubik pemusatan sisi (kps), lunak dan ulet bersifat paramagnetik.

3. Besi – δ Diatas suhu 1394° C, austenit bukan bentuk besi yang stabil karena struktur kristal kembali ke bentuk kpr, biasa disebut ferrit – δ.

4. karbida Besi (Sementit)

Terbentuk karena paduan besi – karbon, dimana karbon dikondisikan melebihi batas daya larut membentuk fase kedua, bersifat sangat keras, kurang kesat dan tidak ulet.

2.1.4 Stuktur Mikro pada Baja dan Besi.

Gambar 2.2 Stuktur Mikro pada Baja dan Besi. Keterangan Gambar 2.2 : a.

Menunjukkan stuktur mikro baja yang mempunyai kandungan karbon sebesar 0,06% C.

Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,25%. Baja ini dinormalkan pada suhu 930ºC.

Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,30%. Baja ini diaustenitkan pada suhu 930ºC dan ditransformasikan isothermal pada suhu 700ºC.

Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 0,45 %. Baja ini dinormalkan pada suhu 840ºC.

Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon 0,80%.

Baja ini diaustenitkan pada suhu 1150ºC dan didinginkan pada tungku.

Menunjukkan stuktur mikro baja mempunyai kandungan karbon sebesar 1%. Baja ini dirol pada suhu 1050ºC dan pendinginannya dilakukan dengan udara.

2.2 Korosi Korosi (karat) gejala destruktif yang mempengaruhi semua logam.

Walaupun besi bukan logam pertama yang dimanfaatkan, tetapi besi paling banyak digunakan dan paling awal menimbulkan korosi.

Pencegahan korosi atau karat sejak awal sampai sekarang, banyak membebani peradaban manusia dikarenakan : a.

Biaya korosi sangat mahal, baik akibat korosi maupun pencegahannya. b.

Korosi sangat memboroskan sumber daya alam.

Korosi sangat membahayakan manusia, bahkan mendatangkan maut. Definisi korosi adalah rusaknya suatu bahan atau menurunnya kualitas bahan karena terjadi reaksi dengan lingkungan.

Kebanyakan proses korosi adalah melalui proses elektrokimia beberapa secara kimiawi. Korosi terjadi pada logam, karena kebanyakan logam ditemukan dialam dalam bentuk oksida atau logam cenderung kembali ke keadaan pada saat ditemukan. Logam adalah konduktor listrik, sehingga memungkinkan terjadi proses elektrokimia.

Plastik tidak ada kecenderungan kembali ke kondisi alam. Korosi pada plastik terjadi karena reaksi dengan lingkungannya. Reaksi elektrokimia pada korosi logam biasanya secara elektrokimia yaitu dari Anoda menuju Katoda. Oksidasi adalah kehilangan elektron (terjadi di Anoda), sedangkan reduksi adalah mengembalikan ion menjadi atom (terjadi di Katoda).

Korosi karena tergantung dari logam yang berlainan, disebut juga korosi dwilogam atau korosi galvanis. Terjadinya korosi galvanis tergantung pada posisi relatif logam-logam tersebut pada deret galvanik. Deret galvanik menyatakan potensial relatif antara logam-logam pada kondisi tertentu.

Perbedaan deret galvanik (DG) dengan deret elektrokimia (DEK) : Deret elektrokimia (DEK) : 1.

Data elektrokimia yang mutlak, untuk perhitungan yang teliti.

2. Memuat data dari unsur-unsur logam.

3. Diukur pada kondisi standar. Deret galvanik (DG) : 1.

Data hubungan antara logam yang satu dengan lainnya dari hasil kualitatif.

2. Logam-logam murni dan campuran lebih bersifat praktis.

3. Diukur pada kondisi sembarang yang tertentu.

2.2.1 Macam-macam Korosi

Korosi dibedakan atau diklasifikasikan menurut penampakan logam yang terkorosi, adapun macam-macam korosi adalah sebagai berikut : a.

Korosi Merata Adalah proses kimiawi atom elektrokimia berlangsung secara diseluruh permukaan logam yang berhadapan dengan lingkungan pengkorosi. Korosi ini mudah dikontrol dengan cara coating incibitor (memakai bahan kimia), proteksi katodik.

Korosi Dwi Logam Diakibatkan adanya dua logam yang tak sejenis.

Korosi Pitting (kondisi pada air laut) Adalah korosi dipermukaan benda kerja yang berbentuk lubang- lubang karena sangat distruktif (bahaya), sulit dicek, dapat menyebabkan runtuhnya konstruksi dengan tak terduga. Dan untuk menghindari dipakai bahan-bahan yang tidak mempunyai korosi pitting antara lain : baja tahan karat 304, baja tahan karat 316, tembaga, incoloy, besi tuang, kuningan, perunggu, titanium dan masih banyak bahan yang tahan tehadap korosi pitting.

Korosi Crevice (Korosi Celah) Adalah korosi yang terjadi secara lokal didalam sela-sela antara logam dan permukaan logam yang terlindungi, dimana larutan didalamnya tidak bisa keluar dan banyak terjadi dibawah gasket, keling, baut, katub dan sebagainya.

Untuk menghindari korosi celah adalah menggunakan sambungan las, bahan keling atau baut serta menggunakan gasket yang tidak menyerap cairan (memakai teflon).

Korosi Intergranuler Terjadi karena pada daerah batas butir akibat adanya endapan atau mengandung senyawa lain. Adapun cara untuk menghindari korosi ini adalah menggunakan perlakuan panas dengan cairan yang bertemperatur tinggi sesudah pengelasan dan menurunkan kadar karbon, misalnya sampai 0,03% sehingga tidak terbentuk Cr C seperti pada stainless steel 304 ₂₃ ₆ (Fe, 18Cr, 8Ni).

f. Korosi Tegangan (Stress Corrosion) Pada peretakan korosi tegangan (Stress Corrosion Cracking / SCC) adalah peretakan intergranuler atau transgranuler pada logam, akibat gabungan antara tegangan tarik statik dan lingkungan khusus.

2.2.2 Laju korosi

Laju korosi untuk baja yang terendam dalam air maupun yang terletak di pantai dipengaruhi oleh interaksi berbagai faktor antara lain : a.

Karbon dioksida Karbon dioksida sangat mudah larut dalam air dingin, dan membentuk asam karbonat dengan pH 5,5 sampai 6.

Oksigen Oksigen akan meningkatkan efisiensi reaksi katoda dalam kondisi- kondisi basa yang selalu dijumpai pada ketel-ketel baja. Oksigen juga dapat menimbulkan sumuran atau peronggaan ketika terlempar keluar dari air saat temperatur naik dan masuk kedalam sistem.

Garam-garam magnesium dan kalsium Garam magnesium dan kalsium yang terlarut mengendap dari air ketika menguap, membentuk selapis kerak pada permukaan logam. Ketika kerak menebal, laju perpindahan panas menurun sehingga efisiensi hilang dan mendatangkan resiko terjadinya pelekukan atau distorsi serta terbentuknya endapan kerak kosong. Mutu air juga merupakan peranan yang besar. Meningkatnya laju aliran, khususnya ditempat terjadi olakan, juga meningkatkan laju korosi. Dalam air tawar, laju korosi sebesar 0,05 mm per tahun sudah biasa, walaupun mungkin laju itu turun hingga 0,01 mm per tahun bila endapan mengandung kapur sudah terbentuk. Dalam air laut laju korosi rata-rata kira-kira berada didaerah antara 0,1 – 0,15 mm per tahun. Untuk mengetahui laju korosi pada bahan baja karbon rendah

∆ menggunakan rumus sebagai berikut Laju korosi = didapat dari

rumus kelajuan benda sehingga rumus tersebut kita mampu menganalisa berapa laju korosi tiap tahunnya. Apabila disitu terdapat kerak, atau bila lokasinya berada didaerah pasang surut hingga selalu mengalami keadaan basah atau kering yang berulang, angka diatas akan menjadi lebih besar.

Laju korosi paling cepat untuk baja lunak dalam lingkungan laut karena terjadi hempasan gelombang dan karena disini terdapat banyak oksigen.

Disini laju hilangnya logam mungkin empat atau lima kali lebih cepat di banding bila logam itu terendam seluruhnya ditempat yang sama.

2.2.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi baja karbon di air laut a.

Ion klorida Sangat korosif terhadap logam yang mengandung besi. Baja karbon dan logam-logam besi biasa tidak dapat dipasifkan. Karena garam laut mengandung klorida lebih dari 55 %.

Hantaran listrik Hantaran yang tinggi memungkinkan anoda dan listrik katoda tetap bekerja kendati terpisah jauh, jadi peluang terkena korosi meningkat dan serangan total mungkin jauh lebih parah dibandingkan struktur yang sama pada air tawar.

Oksigen Korosi pada baja semakin besar dikendalikan secara katodik, jadi d.

Kecepatan Laju korosi meningkat, khususnya bila ada aliran olakan. Air laut yang bergerak mungkin :

1. Menghancurkan lapisan penghalang karat.

2. Mengandung lebih banyak oksigen.

Selain itu benturan-benturan mempercepat penetrasi, sedangkan peronggan memperbanyak permukaan baja yang tersingkap sehingga korosi berlanjut.

Temperatur Peningkatan temperatur sekitar cenderung mempercepat serangan korosi. Air laut yang menjadi panas mungkin mengendapkan lapisan kerak yang protektif atau kehilangan sebagian oksigennya.

2.2.4 Lelah korosi (Corrosion Fatigue)

Antara lelah korosi (Corrosion Fatigue) dan retak korosi tegangan (SCC) memang banyak miripnya, tetapi antara keduanya juga terdapat perbedaan sangat nyata, yakni bahwa lelah korosi sangat tidak spesifik.

Lelah mekanik dapat dialami semua logam, yaitu menyebabkan logam gagal pada tingkat tegangan jauh dibawah tingkat tegangan statik yang dapat membuatnya gagal.

Di lingkungan basah kita sering menjumpai bahwa ketahanan logam terhadap lelah menurun. Sehingga membuat lelah korosi menjadi bentuk korosi yang lazim dijumpai dan berbahaya. Tahapan-tahapan perkembangan retak lelah kurang lebih sebagai berikut : a.

Pembentukan pita-pita sesar yang menimbulkan intrusi atau ekstrusi pada bahan.

Nukleasi bakal retakan kurang lebih sepanjang 10 µm.

Pemanjangan bakal retakan ke arah paling disuka.

Perambatan retak makroskopik (0,1 sehingga 1 mm) dalam arah tegak lurus terhadap tegangan utama maksimum dan sehingga menyebabkan kegagalan. Lelah korosi di tiga kategori, antara lain : 1.

Aktif :Terkorosi dengan bebas, baja karbon dalam air laut.

2. Imun :Logam dalam keadaan terlindung baik secara katodik maupun dengan pengecatan.

3. Pasif :Logam dalam keadaan terlindung oleh selaput permukaan yang dibangkitkan oleh korosi sendiri yaitu selaput oksida.

¹ Gambar 2.3 Faktor intensitas tegangan, K ₁ (Sumber : Dari buku “ KOROSI “ KR. Tretheway, J. Chamberlain hal 189).

2.2.5 Faktor intensitas tegangan, K

Gambar 2.3 memperlihatkan bahwa dalam kondisi peretakan korosi tegangan (SCC), laju pertumbuhan retak pada tingkat tegangan rendah meningkat

dibanding ketika harga K . Dalam kondisi lelah korosi tingkat-tingkat tegangan

yang memungkinkan diperolehnya laju pertumbuhan retak yang sama bahkan lebih rendah.

2.2.6 Karakteristik umum kurva lelah korosi Gambar 2.4 Karakteristik umum kurva lelah korosi.

(Sumber : Dari buku “ KOROSI “ KR. Tretheway, J. Chamberlain hal 191).

Gambar 2.4 memperlihatkan karaktristik lelah dan lelah korosi pada baja paduan rendah baik dalam kondisi lembam maupun di lingkungan natrium klorida

berair. Di lingkungan basah, tampaknya efek yang timbul lebih besar pada tingkat tegangan rendah, pada tingkat tegangan tinggi perilaku retak lebih menyerupai mekanisme pertumbuhan retak oleh faktor mekanik semata.

Kurva lelah korosi untuk mudahnya dapat dibagi menjadi tiga daerah, seperti yang dilakukan untuk kurva pertumbuhan retak dan ambang SCC batas ditunjukkan pada Gambar 2.4 yaitu : Pemicuan, Penjalaran dan Kegagalan. Pada tingkat tegangan jauh lebih rendah dari tingkat-tingkat untuk SCC. Mengingat laju pertumbuhan retak SCC didaerah B biasanya tergantung pada faktor intenitas tegangan (sejajar dengan sumbu –x), tidak demikian halnya untuk lelah korosi yang sejati, perilaku retak biasanya sesuai dengan Hukum Paris, yaitu da / dN = _m “ KOROSI “ KR.

C ∆ K . Sumber rumus Hukum Paris tersebut diambil dari buku

Tretheway, J. Chamberlain hal.195 . Kecuali bila perilaku SCC tumpang tindih dengan

perilaku retak korosi.

Tegangan purata (Mean Stress) merupakan variabel paling penting karena untuk tetapan ∆ K kita dapat menggunakan harga-harga yang berbeda. Tegangan tarik purata merusak ketahan terhadap lelah korosi jika frekuensi berada dalam rentang efek yang maksimum. Apabila tegangan purata dinaikkan, untuk

∆ K yang sama (yaitu, R naik keharga lebih positif), laju pertumbuhan retak jadi meningkat. Ketahanan terhadap lelah korosi meningkat banyak sekali baik di udara maupun dalam hidroklorat melalui pemberian tegangan purata pada frekuensi rendah.

Uji ketahanan terhadap lelah korosi terus memainkan peranan penting dalam penentuan umur pakai. Ini karena masih banyaknya situasi yang membuat metode-metode mekanika perpatahan kurang teliti.

Dalam penjelasan detinitif tentang teori lelah korosi terbaru, Scott telah menguraikan manfaat penggabungan data laju pertumbuhan retak dan uji ketahanan dalam analisis. Melalui pengandaian bahwa laju pertumbuhan retak KR. Tretheway, J. Chamberlain, 1991:195). mengikuti Hukum Paris,(

m da / dN = C ∆ K

Keterangan : da / dN = Laju pertumbuhan retak

C = Batas ketahanan terhadap lelah

∆ K = Tegangan purata

2.3 Pengujian Bahan

Pengujian bahan ini dilakukan untuk mengetahui perbedaan sifat fisis dan mekanis dari benda uji yang diteliti.

2.3.1 Uji Impak

Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan

dengan cara dilepaskan dari sudut 150 ( α) dan sisi pisau pada palu menengenai benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm

dan takikkan 7 mm serta sudut takikkan 65 , karena pukulan tersebut benda uji akan patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut ( β) hasil dari keliatan benda uji.

Gambar 2.5 Prinsip Pengujian Impak

Harga uji impak dapat dicari dengan rumus: W = GR (cos

β - cos α) (joule) dimana : W = Tenaga patah (joule) α = Besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji

G = Berat palu = 83,3 N R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,83 m

Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus: Keliatan =

A W

(joule/mm

) dimana : W = tenaga patah (joule) A = luas patahan benda uji (mm

) Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut: 1.

Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur ketangguhan takik pada bahan kekuatan rendah.

2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang 3.

Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan perlakuan panas pada ketangguhan takik.

Disamping beberapa keuntungan diatas pada metode ini, terdapat juga kerugian yang terjadi, diantaranya:

1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini bersifat merusak.

2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.

2.3.2 Uji Kekerasan Brinell

KARAKTERISASI LAJU KOROSI, KEKUATAN IMPAK DAN KEKERASAN BAJA PERSEGI PADA LINGKUNGAN PANTAI