BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir...
-
Upload
dinhkhuong -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir...
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Untuk dapat mengetahui hasil dari penelitian ini maka pada bab ini akan di bahas
mengenai metode penelitian yakni mengenai proses pelaksanaan dan prosedur penelitian
yang akan di lakukan dalam menguji benda uji, dimana pelaksanaannya di mulai dari
persiapan benda uji sampai proses pengujian material yang di lakukan.
Ada beberapa pengujian yang dilakukan antara lain meliputi uji unsur kimia, uji
kekerasan sebelum dan sesudah di hardening, uji aus sebelum dan sesudah di hardening,
dan pengujian struktur mikro sebelum dan sesudah di hardening.Adapun prosedur ini
sesuai dengan diagram alir yang telah dibuat pada gambar 3.1. Dari hasil pengujian
tersebut akan didapat kondisi normal proses laku panas yang diterapkan meliputi
temperatur dan waktu tahan.Adapun prosedur penelitian dilakukan seperti yang terlihat
pada gambar 3.1 yang mana terlihat tentang proses penelitian meliputi :
• Pemilihan bahan
• Pembuatan Spesimen banda uji
• Perlakuan panas
• Pengujian sifat mekanis dan struktur mikro
• Analisa dan pembahasan
• Kesimpulan
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian
Uji Keausan
Uji Metallografi
Uji Kekerasan
Data Hasil Pengujian
Pembahasan
Preparasi Sample Material Baja AISI 4140
Komposisi Kimia Baja karbon AISI 4140
Material Variasi Holding Time Quenching Non Heat Tretament
( 15,30,45 ) menit
KESIMPULAN
3.2 Pemilihan Material Benda Uji
Pada penelitian ini benda uji yang dipilih adalah baja paduan chrom-molybdenum
(chrom-molybdenum alloy steels) tipe 4140 atau disebut baja paduan SCM 4 standar JIS
(Japan Industrial Standar). Bahan ini merupakan baja karbon rendah dengan paduan
Chromium (Cr) dan kadar karbon (C) rendah seperti terlihat pada tabel 3.1, hasil
komposisi kimia menunjukkan bahwa baja paduan ini yang sebagian besar dipengaruhi
oleh unsur-unsur paduannya dan dapat digunakan untuk bahan benda uji penelitian
karena memenuhi standar bahan baja paduan chrom-molybdenum AISI tipe 4140.
Tabel 3.1. Komposisi Kimia Baja AISI 4140
Unsur % Komposisi Menurut Analisa Kimia dengan (Emission Spectrometer)
Karbon (C)
Mangan (Mn)
Silikon (Si)
Chromium (Cr)
Molybdenum (Mo)
Sulfur (S)
Phospor (P)
0.38 – 0.43
0.75 – 1.00
0.15 – 0.30
0.80 – 1.10
0.15 – 0.25
0.04 (max)
0.035 (max)
3.3 Persiapan Material Benda Uji
Untuk mendapatkan kondisi pengujian dan hasil terbaik, maka dilakukan
persiapan-persiapan percobaan dan pengujian di laboratorium. Dibawah ini akan
diuraikan mengenai persiapan bahan (spesimen), diantaranya beberapa percobaan
perlakuan panas, pengujian kekerasan, pengujian aus dan struktur mikro.
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah material baja paduan 4140
berbentuk silinder berdiameter dalam 12 mm dan diameter luar 18 mm dengan panjang
61 mm. Untuk menyesuaikan dengan mesin-mesin penguji dan alat yang digunakan
dalam percobaan, batang baja bulat tersebut dipotong-potong kemudian dibuat batang
spesimen. Kemudian batang spesimen dikelompokkan sesuai dengan proses perlakuan
yang akan dilakukan seperti terlihat pada tabel 3.2 berikut :
Tabel 3.2. Perincian Benda Uji Proses Perlakuan Panas
Proses Perlakuan Panas Jumlah Uji Mekanik Jumlah
benda Uji (buah)
Holding Time Hardening
(menit)
Uji Kekerasan
(Titik)
Uji Aus (Buah)
Pengujian Stuktu Mikro
(2 kali) Pembesaran
5
15
30
45
10
10
10
1
1
1
1
1
1
Non Heat Treatment (2 buah)
Suhu Kamar 10 2 2
Benda uji kekerasan ukuran panjang, lebar dan tinggi dibuat sama seperti ukuran benda
uji heat treatment supaya pada saat proses pemotongan dengan Wire Cutting dapat
dikerjakan sekaligus.
3.4 Proses Perlakuan Panas
Setelah melakukan persiapan benda uji maka sebagai langkah selanjutnya
dilakukan perlakuan panas, perlakuan panas bertujuan untuk meningkatkan kekerasan
dan ketangguhan, serta agar dapat mengetahui seberapa besar perubahan struktur mikro
pada benda uji tersebut, adapun proses perlakuan panas yang diberikan meliputi :
3.4.1 Proses Austenisasi
Pada proses awal ini semua spesimen baja dimasukkan kedalam dapur pemanas
secara bergiliran untuk kemudian dilakukan proses austenisasi yaitu memanaskan baja
sampai mencapai suhu 850°C dengan waktu tahan (Holding Time) selama 15, 30, 45
menit. Setelah itu spesimen dikeluarkan dari dapur pemanas untuk kemudian dilakukan
pendinginan cepat dengan media air.
3.4.2 Proses Quenching
Proses quenching bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanis bahan. Dalam
penelitian ini, proses quenching yang dilakukan adalah dengan variasi holding time yaitu
15, 30, 45 menit dengan suhu 8500C, kemudian dilanjutkan dengan pendinginan secara
cepat di air.
Gambar 3.2 Tungku HOFMANN
3.5 Pengujian Sifat Mekanis
Setelah selesai proses perlakuan panas (proses austenisasi,dan quenching)
terhadap benda uji, langkah selanjutnya adalah meneliti sifat mekanis yang meliputi :
3.5.1 Pengujian Kekerasan
Kekerasan merupakan ketahanan suatu material terhadap penetrasi material lain
atau dapat juga dikatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam dengan sifat
tersebut merupakan ketahanannya terhadap deformasi plastis atau deformasi permanen.
Uji kekerasan dilakukan dengan menekankan identer ke permukaan logam yang diukur
kekerasannya. Identer biasanya terbuat dari material yang lebih keras dari pada benda uji,
contohnya hardened steel, tungsten carbide atau intan. Biasanya identer berbentuk bola,
pyramid, atau kerucut. Uji kekerasan standar dilakukan dengan menekankan identer
dengan hati-hati ke permukaan benda uji secara tegak lurus (900). Setelah proses peng-
identasian, identer ditarik dari benda uji dan nilai kekerasan akan terhitung atau terbaca
dari skala, berdasarkan kedalaman bekas penekanan dan diameter lekukan.
Kekerasan juga dapat didefinisikan sebagai :
- Ketahanan terhadap identasi permanen dibawah beban statis atau dinamis
(kekerasan identasi)
- Energy yang diserap dibawah beban impak (kekerasan pantulan)
- Ketahanan terhadap goresan (kekerasan gores)
- Kekerasan terhadap aus (kekerasan aus)
- Kekerasan terhadap pemotongan (cutting) atau drill (drilling)
Metode Rockwell
Dalam metode ini penetrator ditekan dalam benda uji. Harga
kekerasan didapat dari perbedaan kedalaman dari beban mayor dan
minor.
Beban minor adalah beban pertama yang diberikan identer kepada
specimen pada saat mencapai permukaan specimen juga berfungsi
sebagai landasan untuk beban mayor. Sedangkan beban mayor adalah
beban yang diberikan pada benda uji sampai mencapai kedalaman
tertentu pada specimen dari identer. Jadi nilai kekerasan didasarkan pada
kedalaman bekas penekanan.
Metode ini sangat cepat dan cocok untuk pengujian massal. Karena
hasilnya dapat secara langsung dibaca pada jarum penunjuk, maka
metode ini sangat efektif untuk pengetesan massal.
Uji kekerasan ini banyak digunakan disebabkan oleh sifat-sifatnya
yang cepat dalam pengerjaannya, mampu membedakan kekerasan pada
baja yang diperkeras, ukuran penekanan relative kecil, sehingga bagian
yang mendapatkan perlakuan panas dapat diuji kekerasannya tanpa
menimbulkan kekerasan. Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada
beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan.
Mula-mula diberikan beban kecil sebesar 10 kgf untuk
menempatkan benda uji. Hal ini untuk memperkecil kecenderungan
terjadinya penumbukan keatas atau penurunan yang disebabkan oleh
identer. Kemudian diberikan beban yang besar sebagai beban utama ,
secara otomatis kedalaman bekas penekanan akan terekam pada “gauge”
penunjuk yang menyatakan angka kekerasannya.
Pengujian kekerasan Rockwell didasarkan pada kedalaman
masuknya penekan benda uji, makin keras benda yang akan diuji makin
dangkal masuknya penekan tersebut. Sebaliknya semakin dalam
masuknya penekan tersebut berarti benda uji makin lunak. Cara
Rockwell disukai karena dapat dengan cepat mengetahui harga kekerasan
suatu material tanpa menghitung seperti cara brinell dan Vickers. Nilai
kekerasan dapat langsung dibaca setelah beban utama dihilangkan,
dimana beban awal masih menekan benda tersebut.
Uji kekerasan Rockwell mempunyai kemampuan ulang
(reproduciable), namun perlu diperhatikan :
• Penekan dan landasan harus bersih dan terpasang dengan baik.
• Permukaan yang diuji harus bersih, kering, halus, dan bebas dari
pengotor.
• Permukaan harus datar dan tegak lurus terhadap penekan.
• Menguji permukaan silinder memberikan hasil pembacaan yang
rendah. Pengukuran pada permukaan silinder memerlukan koreksi
dimana data-data koreksinya secara teoritis dan empiris telah
dipublikasikan.
• Jarak antara satu pengujian dengan pengujian berikutnya harus 3-5
kali diameter bekas penekan.
• Kecepatan pembebanan harus sama dengan waktu pemberian
beban, baik untuk pengujian pertama maupun selanjutnya.
• Tebal benda uji harus sedemikian rupa sehingga tidak terjadi
gembung pada permukaan dibaliknya. Dianjurkan agar tebal benda
uji minimal 10 kali kedalaman bekas penekanan. Pusat dari
penekanan tidak boleh kurang dari 2,5 kali garis tengah penekanan
dari tiap sisi benda uji tersebut dan dari segala macam penekan
lainnya.
Tabel 3.3 Skala Kekerasan Rockwell
Skala Beban Mayor
(kg)
Tipe Identor Tipe material uji
A 60 Intan kerucut Sangat keras, tungsten, karbida
B 100 1/16” bola
baja
Kekerasan sedang, baja karbon rendah
dan sedang, kuningan, perunggu
C 150 Intan kerucut Baja keras, paduan yang dikeraskan,
baja hasil tempering
Gambar 3.3 Rockwell Hardness Tester HR-150
Kelebihan :
Cepat dan lebih sederhana
Mampu untuk membedakan perbedaan kekerasan kecil pada baja yang
diperkeras
Ukuran lekukan kecil, sehingga bagian yang mendapat perlakuan panas
yang lengkap dapat diuji kekerasan tanpa menimbulkan kerusakan.
Kekurangan :
Skala kekerasan pengukuran yaitu kombinasi antara penetrator yang
digunakan dan beban penekanan yang diijinkan untuk setiap material
berbeda-beda, sehingga harus disesuaikan.
Dengan bekas tekanan yang kecil maka kekerasan rata-rata tidak dapat
ditentukan untuk bahan yang tidak homogeny.
Dengan pembesaran dalamnya bekas tekanan yang kecil terdapat
kesalahan pengukuran yang besar.
Gambar 3.4. Material Uji Kekerasan
Gambar 3.5. Titik Uji Kekerasan
Keterangan :
Diameter Dalam : 12,1 mm
Diameter Luar : 18 mm
Tinggi : 61 mm
3.5.2 Proses Pengujian Keausan
1. Dalam proses pengujian keausan ini diperhatikan beberapa hal sebagai berikut
:
Memasang piringan (disc) pada alat uji dan pada pemegang specimen
dipasang specimen uji.
Diatas pemegang specimen dipasang pemberat, dan mengatur jarak
specimen uji pada radius tertentu dari pusat piringan.
Setelah semua terpasang dengan baik kemudian motor penggerak piringan
dijalankan bersamaan dengan motor penggerak lengan pemegang
specimen.
Gambar 3.5. Alat Uji Keausan Type Pin-on-disc
Gambar 3.6. Specimen Uji Aus
2. Prosedur Pengujian
Sebelum pengujian
a. Memasang amplas pengabrasi yang telah disesuaikan dengan
ukuran piringan mesin uji.
Gambar 3.7. Amplas Yang Telah Dipasang Di Piringan
b. Menyetel kedataran permukaan piringan yang telah dipasang
amplas dan kedataran lengan dengan menggunakan waterpass.
c. Specimen uji terlebih dahulu dibersihkan dengan alcohol dan
kemudian dikeringkan
d. Menimbang specimen untuk mengetahui beratnya sebelum
dilakukan pengujian dengan menggunakan neraca digital dengan
ketelitian 0,001 gram.
Gambar 3.8. Neraca Digital
3. Saat Pengujian
a. Memasang specimen uji pada pemegang specimen dengan posisi tegak
lurus terhadap permukaan datar piringan.
Gambar 3.9. Specimen Uji Dipasang Pada Pemegang
b. Memasang beban sebagai gaya penekan specimen, dengan besarnya beban
yang konstan.
c. Menghidupkan saklar power dari alat uji.
d. Mengembalikan saklar motor penggerak piringan pada posisi off.
e. Melepaskan beban penekan specimen.
f. Melepaskan specimen dan dibersihkan dengan alcohol dan dikeringkan,
kemudian ditimbang kembali untuk mengetahui massa yang hilang setelah
pengujian.
g. Mengulang kembali prosedur diatas untuk pengujian selanjutnya.
3.6 Pengujian Metallografi (Struktur Mikro)
Untuk mendapatkan tampilan struktur mikro dari benda uji baik yang belum
dilakukan proses hardening maupun yang sudah di lakukan proses hardening di dapatkan
melalui langkah-langkah preparasi sampel metalografi sebagai berikut:
Metode pengujian ini memerlukan persiapan yang cukup teliti dan cermat, agar
diperoleh hasil metalllografi yang baik, oleh karenanya diperlukan beberapa tahap dalam
persiapannya yaitu :
Pemotongan Benda Uji
Untuk dapat melihat struktur dalam benda uji mikroskop optik dengan baik, maka
benda uji dipotong sesuai dengan ukuran alat uji metallografi dalam arah vertikal
dan horizontal.
Gambar 3.5. Hasil Pemotongan untuk Pengujian Metalografi Mounting
Setelah dipotong kemudian benda uji di mounting, yang bertujuan agar
memudahkan pengoperasian selama proses preparasi (grinding dan polishing).
Gambar 3.6. Hasil Mounting
Grinding
Setelah benda uji di mounting baru kemudian diamplas secara berurutan dari yang
kasar sampai yang halus memakai kekasaran kertas amplas dengan nomor : 220,
400, 500, 800, 1000, 1200, 1500 dan 2000. Kertas amplas terbuat dari bahan
alumunium oxide waterproof. Dalam proses grinding harus selalu dialiri air bersih
secara terus menerus dengan tujuan menghindari timbulnya panas dipermukaan
benda uji yang kontak langsung dengan kertas amplas dan juga untuk
menghilangkan partikel-partikel bahan abrasive menempel pada permukaan benda
uji.
Polishing
Dalam memoles digunakan kain poles beludru dan mesin poles. Kain beludru
ditempelkan pada piringan yang berputar pada mesin poles, kemudian kain diberi
pasta alumina berupa partikel abrasive yang sangat halus. Selama pemolesan
benda uji digerakkan kedepan, kebelakang dan berputar dengan tujuan agar
partikel-partikel abrasive dapat terdistribusi dengan merata diatas piringan
penoles. Setiap satu langkah pemolesan berakhir, benda uji harus senantiasa
dicuci dan dibersihkan, yaitu dengan menggunkan alkohol lalu dikeringkan
dengan udara hangat. Benda uji yang sudah dipoles kemudian diperiksa dibawah
mikroskop untuk dilihat apakah masih ada goresan-goresan, inklusi non logam,
retakan dan lain-lain. Apabila masih ada goresan, retakan maka benda uji harus
dipoles kembali. Polishing akan berakhir bila sudah diperoleh permukaan benda
uji yang bebas dari goresan, retakan dan permukaannya seperti cermin.
Etsa
Setelah benda uji mengalami proses polishing, maka dilakukan pengetsaan,
dimana permukaan benda uji dicelup dengan waktu ± 5 detik menggunakan
larutan Nitral 2 % (alkohol 97 % 100ml + HNO3 3 ml) setelah itu dibersihkan
dengan air dan alkohol 97 % kemudian dikeringkan dengan udara hangat,
tujuannya agar terhindar dari oksidasi udara sekitar.
Gambar 3.7. Mikroskopik