PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075 TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

  

PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING

PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

  

Sarjana Teknik

Oleh :

FEBRI BUDI DARSONO

  

NIM. I 1412036

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017

  

MOTTO

  “Musuh yang paling berbahaya di atas dunia ini adalah penakut dan bimbang. Teman yang paling setia, hanyalah keberanian dan keyakinan yang teguh.” FEBRI BUDI DARSONO

  

PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING

PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO

Febri Budi Darsono

  Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

  Surakarta 57126 Email: febribudidarsono@gmail.com

  

Abstrak

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan case

  

hardening pada aluminium 7075 terhadap sifat mekanik dan struktur mikro, metode

  yang digunakan dalam proses case hardening yaitu dengan pack carburizing. Variasi yang dilakukan pada proses pack carburizing berupa variasi suhu solution heat (SHT) 350

  C, 400

  C, 450

  C, dan 500 C dengan waktu tahan selama 2 jam,

  treatment pemanasan menggunakan oven pemanas smoergen, kemudian dilakukan quenching.

  Pengujian pada aluminium 7075 dilakukan sebelum perlakuan dan sesudah perlakuan

  

case hardening dengan variasi suhu SHT, pengujian yang dilakukan yaitu uji

  kekerasan vickers menggunakan HWMMT-X7, uji kekuatan tarik ASTM B557-84 menggunakan SANS UTM, uji mikro dan makro struktur, uji XRD menggunakan Rigaku Benchtop, uji SEM-EDS menggunakan JEOL JSM-6510 LA.

  Hasil penelitian menunjukan kekerasan dan kekuatan tarik aluminium 7075 tanpa perlakuan sebesar 59,1 VHN dan 235,7 Mpa. Setelah perlakuan case

  

hardening didapatkan nilai kekerasan sebesar 94, 120.7, 141.3, dan 145.9 VHN.

  Nilai kekuatan tarik sebesar 321.7, 410, 480, dan 538,3 Mpa. Struktur mikro yang terbentuk pada proses case hardening yaitu berupa fasa Al-Fe-Cu, Mg

  2 Si, dan

  CuAl

  2 . Hasil menunjukkan kenaikan suhu SHT pada proses pack carburizing dapat

  meningkatkan kekuatan tarik, penyebab peningkatan nilai kekerasan dikarenakan terbentuknya fasa Al

  4 C 3 pada permukaan aluminium, perbedaan struktur mikro pada

  suhu SHT 350 C dengan 500

  C, batas butir (Mg Si) lebih sedikit terbentuknya jika

  2

  dibandingkan dengan material suhu SHT 500 C.

  Kata kunci: Aluminum 7075, SHT, Pack Carburizing, XRD, SEM-EDS

  

THE EFFECT OF CASE HARDENING TREATMENT

ON ALUMINUM 7075 TOWARD ITS

MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE

Febri Budi Darsono

  Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University

  Surakarta 57126, Indonesia Email: febribudidarsono@gmail.com

  

Abstract

  This research was aimed at figuring out the effect of case hardening treatment on aluminum 7075 toward its mechanical properties and micro structure. Pack carburizing was the method used in this process. It was conducted in 2 hours of holding time in various solution heat treatment (SHT): 350

  C, 400

  C, 450

  C, and 500 C using smoergen oven, which was then followed by quenching. Several tests to see the effect of the treatment were done before and after the treatment, namely: Vickers hardness test using HWMMT-X7, tensile test ASTM B557-84 using SANS UTM, micro and macro structure test, XRD test using Rigaku Benchtop, and SEM- EDS test using JEOL JSM-6510 LA.

  The result showed that the hardness and tensile of aluminum 7075 before treatment were 59.1 VHN and 235.7 Mpa. After the treatment was given, its hardness values were 94.0, 120.7, 141.3, and 145.9 VHN. The tensile strengths were 321.7, 410.0, 480.0, and 538.3 Mpa. Micro structure formed on case hardening treatment, such as phase Al-Fe-Cu, Mg

  2 Si, and CuAl 2 . The result showed that SHT temperature

  rise in pack carburizing process increased the tensile strength, while the increase of the hardness value is due to the formation of Al

  4 C 3 phase on the aluminum surface.

  Different of micro structure formed on SHT 350 C and 500

  C, grain boundary area (Mg

  Keywords: Aluminum 7075, SHT, Pack Carburizing, XRD, SEM-EDS

  Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah-NYA kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan laporan skripsi ini.

  Penyusunan laporan skripsi ini guna memenuhi syarat untuk kelulusan gelar sarjana teknik. Dalam penyelesaian laporan skripsi ini, penulis telah banyak memperoleh dukungan serta bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat: 1.

  Dr.Eng Syamsul Hadi, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret dan sebagai dosen Penasehat Akademik.

  2. Teguh Triyono, S.T, M.Eng selaku pembimbing I tugas akhir Skripsi.

  3. Dr. Eko Surojo, M.T selaku pembimbing II tugas akhir Skripsi.

  4. Dr. Triyono, S.T, M.T, Wibowo, S.T, M.T, dan Dr. Nurul Muhayat, S.T, M.T selaku dosen penguji tugas akhir Skripsi.

  5. Seluruh Dosen dan Staff karyawan Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret.

  6. Kedua Orang Tua tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil, serta do’a yang tiada henti-hentinya, serta adik saya yang membantu saya dalam pengiriman sampel pengujian.

  7. Teman – teman kelas Teknik Mesin Non Reguler angkatan 2013 yang telah memberikan banyak bantuan dan semangat.

  8. Semua pihak yang turut membantu selama pelaksanaan dan penyusunan laporan skripsi yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

  Dalam penulisan laporan skripsi ini, penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu masukan dan saran sangat penulis harapkan demi perbaikan dan kemajuan dimasa mendatang. Semoga laporan skripsi ini bermanfaat bagi kita semua, Amin.

  Surakarta, Agustus 2017 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i ABSTRAK ............................................................................................................. ii ABSTRACT ........................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi DAFTAR TABEL .................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. viii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... x

  BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang Masalah .................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah .......................................................................... 3 1.3. Batasan Masalah ............................................................................. 4 1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................ 4 1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................... 4 1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................... 5 BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 6 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................ 6 2.2. Dasar Teori ..................................................................................... 11

  2.2.1. Klasifikasi Aluminium ....................................................... 11

  2.2.2. Perlakuan Panas Pada Aluminium ...................................... 13

  2.2.3. Pengerasan Permukaan (Case Hardening) .......................... 16 2.3.

Pengujian Spesimen ....................................................................... 18

  2.3.1. Pengujian Kekerasan Mikro Vickers .................................. 18

  2.3.2. Pengujian Tarik .................................................................. 19

  2.3.3. Pengujian Struktur Mikro ................................................... 20

  2.3.4. Pengujian Struktur Makro .................................................. 20

  2.3.5. Pengujian XRD ................................................................... 21

  2.3.6. Pengujian SEM-EDS ........................................................... 22

  BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 23 3.1. Tempat Penelitian ........................................................................... 23 3.2. Bahan Penelitian.............................................................................. 23 3.3. Alat Penelitian ................................................................................ 26 3.4. Alat Pengujian ................................................................................ 30 3.5. Langkah Kerja Penelitian ................................................................ 32 3.6. Diagram Alir Penelitian ................................................................. 38 BAB IV DATA & ANALISIS ............................................................................... 39 4.1. Data Pengujian dan Analisis Struktur Mikro ................................. 39 4.2. Data Pengujian dan Analisis Kekerasan Material .......................... 44 4.3. Data Pengujian dan Analisis kekuatan Tarik ................................. 47 BAB V PENUTUP ................................................................................................. 52 5.1. Kesimpulan .................................................................................... 52 5.2. Saran ............................................................................................... 52 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 53 LAMPIRAN ............................................................................................................ 55

  

DAFTAR TABEL

  1. Tabel 1.1. Sifat mekanik paduan aluminium 7075 ....................................... 2

  2. Tabel 1.2. Kekuatan tarik aluminium 7075 .................................................. 3

  3. Tabel 2.1. Macam Heat treatment pada aluminium 7075 ............................. 8

  4. Tabel 2.2. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan Al 7075 .... 9

  5. Tabel 2.3. Klasifikasi paduan aluminium tempaan ...................................... 11

  6. Tabel 2.4. Klasifikasi perlakuan bahan ......................................................... 12

  7. Tabel 2.5. Komposisi aluminium 7075 ........................................................ 12

  8. Tabel 2.6 Sifat fisik aluminium 7075 .......................................................... 12

  9. Tabel 2.7. Perlakuan panas aluminium 7075 ................................................ 13 10.

Tabel 2.8. Klasifikasi media quenching ....................................................... 15 11.Tabel 2.9. Komposisi kimia untuk media quenching berupa larutan garam . 15 12.Tabel 2.10. Jenis Case Hardening ................................................................ 16 13.Tabel 2.11. Karakteristik uji kekerasan miko vickers .................................. 18 14.Tabel 3.1. Perincian jumlah spesimen pada pengujian ................................ 24 15.Tabel 3.2. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji kekerasan

  Struktur mikro dan XRD ............................................................ 24 16.

Tabel 3.3. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji tarik ......... 24 17.Tabel 4.1. Hasil pengujian komposisi kimia ............................................... 39 18.Tabel 4.2. Angka kekerasan pada Al-7075 tanpa perlakuan ....................... 44

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.19. Alat uji tarik ........................................................................... 32 33.Gambar 3.9. Smit smoergen electric furnace ................................................ 27 23.Gambar 3.10. Borel electric furnace ............................................................ 27 24.Gambar 3.11. Hand jig saw .......................................................................... 28 25.Gambar 3.12. Mesin milling mikron wf2 ...................................................... 28 26.Gambar 3.13. Jangka sorong mitutoyo. ......................................................... 29 27.Gambar 3.14. Kertas amplas. ........................................................................ 29 28.Gambar 3.15. Maxtech temp mt 4 ................................................................ 30 29.Gambar 3.16. Wadah untuk pack carburizing .............................................. 30 30.Gambar 3.17. Alat uji kekerasan .................................................................. 31 31.Gambar 3.18. Alat uji struktur mikro ........................................................... 31 32.Gambar 3.20. Diagram alir penelitian .......................................................... 38 34.

  ....................................................................................... 26 21.

Gambar 4.1. Foto struktur mikro Al 7075 non perlakuan ............................ 39 35.Gambar 4.2. Foto struktur mikro Al 7075 perlakuan (a) T6 SHT 500

  C, (b) Case Hardening SHT 500

  C, (c) T6+Case Hardening SHT 500 C .............................................................................. 40 36.

Gambar 4.3. Spektrum XRD material T6 dengan SHT 500

  C ..................... 41 37.

Gambar 4.4. Spektrum XRD material case hardening dengan SHT 500

  C . 42 38.

Gambar 4.5. Foto struktur mikro Al 7075 Case Hardening

  (a) jarak tepi 0,25 mm, (b) jarak tepi 0,75 mm, (c) jarak tepi 1,25 mm, dan (d) jarak tepi 1,75 mm ...................................... 42 39.

Gambar 3.8. Campuran arang & grafit .......................................................... 26 22.

  3

  1. Gambar 2.1. Hasil uji XRD pada variasi pemfokusan penembakan plasma.. 6

Gambar 2.10. Holding time kedalaman karbon pada carbon steel ................ 17 11.

  2. Gambar 2.2. Hasil uji kekerasan mikro pada variasi pemfokusan penembakan plasma ................................................................... 6

  3. Gambar 2.3. Hasil XRD pada aluminium yang di plasma elektrolisis ......... 7

  4. Gambar 2.4. Koefisien gesek pada aluminium yang di plasma elektrolisis .. 7

  5. Gambar 2.5. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan SHT ....... 9

  6. Gambar 2.6. Perbandingan kekerasan pada variasi perlakuan SHT .............. 10

  7. Gambar 2.7. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi T6 .......................... 10

  8. Gambar 2.8. Heat treatment duralumin, quenching nitrate-nitrite (20

  o

  C) ..... 14

  9. Gambar 2.9. Skema pack carburizing ........................................................... 17 10.

Gambar 2.11. Deformasi disebabkan oleh beban tarik .................................. 19 12.Gambar 3.7. NaCOGambar 2.12. Karakteristik spektra x-ray...................................................... 21 13.Gambar 2.13. Rumus Bragg .......................................................................... 22 14.Gambar 3.1. Material aluminium untuk uji kekerasan. ................................. 23 15.Gambar 3.2. Spesimen uji kekuatan tarik (ASTM B557-84). ....................... 23 16.Gambar 3.3. Bahan kimia nitrat ..................................................................... 25 17.Gambar 3.4. Bahan kimia nitrit ..................................................................... 25 18.Gambar 3.5. CaCO

  3 ....................................................................................... 26 19.

Gambar 3.6. BaCO

  3

  ....................................................................................... 26 20.

Gambar 4.6. Foto struktur mikro Al 7075 perlakuan case hardening SHT 350 C ....................................................................................... 43

  40. C 43

Gambar 4.7. Partikel Al4C3 Aluminium 7075 case hardening SHT 500 41.Gambar 4.8. Grafik VHN Al 7075 T6 dengan variasi suhu SHT ................. 44 42.Gambar 4.9. Grafik VHN Al 7075 case hardening dengan variasi suhu SHT .................................................................................... 45

  43. C . .. .46

Gambar 4.10. Pemetaan unsur hasil SEM EDS Al 7075 CH SHT 500 44.Gambar 4.11. Grafik VHN Al 7075 T6+case Hardening dengan variasi suhu SHT 500 C .............................................. .46

  45. Gambar 4.12. Grafik VHN pada RM, T6, case Hardening, & T6+Case Hardening (pada jarak tepi 0,25 mm, suhu SHT 500

  C) . .................................................................. .. 47 46.

Gambar 4.13. Grafik kekuatan tarik pada perlakuan T6, case hardening

  & T6+case hardening dengan variasi suhu SHT .................... 48 47.

Gambar 4.14. Grafik elongasi pada perlakuan T6,

   case hardening & T6+case hardening dengan variasi

  suhu SHT .................................................................................... 49 48.

Gambar 4.15. Grafik % elongasi pada material T6,

  

case hardening & T6+case hardening ....................................... 49

49.

Gambar 4.16. Grafik kekuatan tarik pada material T6,

  

case hardening & T6+case hardening ...................................... 50

50.

  C ........... 50

Gambar 4.17. Foto makro patahan aluminium 7075 CH SHT 350 51.

  C ........... 51