ISSN 2338 – 414X

Nomor 1/Volume 3/Juli 2015

P R O S I D I N G KONFERENSI NASIONAL

ENGINEERING PERHOTELAN

“INOVASI TEKNOLOGI UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS INDUSTRI PARIWISATA”

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Udayana

ISSN 2338 - 414X

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362

Telp./Fax.: +62 361 703321

http://www.mesin.unud.ac.id

i

ISSN: 2338-414X

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI – 2015 11 – 12 Juni, 2015

Ketua Editor : Dr. I Made Parwata, ST.,MT

Editor Pelaksana : Ainul Ghurri, S.T., M.T., Ph.D. Dr. Wayan Nata septiadi, ST, MT

I Ketut Adi Atmika, S.T., M.T. IG Teddy Prananda Surya, S.T., M.T. I.D.G Ary Subagia, S.T,M.T, Ph.D Penyunting Ahli : Prof.Ir.Ngakan Putu Gede Suardana,MT.,Ph.D (UNUD)

Prof.I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc, PhD (UNUD) Prof.Dr. ING Antara M.Eng. (UNUD) Prof.Dr. Tjok Gd. Tirta Nindhia (UNUD)

Dr. Ir. I Wayan Surata, MErg (UNUD) Prof.Dr.Ing. Mulyadi Bur (Sekjen BKSTM)

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST,MT. (UNS) Prof Johny Wahyuadi M, DEA (UI) Prof. Dr-Ing. Nandy Putra, (UI)

Prof. Dr. Ir. Satryo Soemantri Brodjonegoro (ITB) Dr Caturwati (UNTIRTA)

Fauzun, ST.,MT. PhD.(UGM)

Hak Cipta @ 2014 oleh KNEP VI – 2015 Jurusan Teknik Mesin – Universitas Udayana. Dilarang mereproduksi dan mendistribusi bagian dari publikasi ini dalam bentuk maupun media apapun tanpa seijin Jurusan Teknik Mesin – Universitas Udayana.

Dipublikasikan dan didistribusikan oleh Jurusan Teknik Mesin – Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362, Indonesia.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

rahmatNya acara Konferensi Engineering Perhotelan VI (KNEP-VI) bisa terselenggara pada

tanggal 11-12 Juni 2015 di Universitas Udayana Bali, Kampus Sudirman.

KNEP-VI, 2015 ini diselenggarakan sebagai suatu forum untuk membirarakan,

mendiskusikan serta mempresentasikan inovasi inovasi teknologi yang telah dilakukan oleh

berbagai kalangan yang nantinya dapat dimanfaatkan untuk peningkatan kualitas industri

pariwisata, khususnya di daerah Bal, yang di kelompokkan ke dalam lima topik yakni:

1. Engineering Perhotelan : manajemen dan optimasi sistem energy, sistem

pengamanan, sistem air dan perpipaan.

2. Energi dan Thermofluid : perpindahan kalor, mekanika fluida, termodinamika, sistem

energy baru terbarukan, teknologi pembangkit energi, teknologi nuklir.

3. Material : teknologi pengelasan, korosi, teknologi pengecoran, polimer dan komposit,

pengembangan material, nano teknologi dan nanomaterial.

4. Disain dan Manufaktur : desain dan sistem permesinan, pabrikasi, optimasi

permesinan, otomatisasi dan sistem control permesinan.

5. Industri Pariwisata Kreatif : teknologi penunjang manajemen pariwisata, manajemen

industri pariwisata, kebijakan energi, pengelolaan dampak lingkungan.

Adapun jumlah makalah yang dipresentasikan dalam konferensi ini berjumlah 71 makalah

yang mencakup lima topik di atas.

Kami mengucapkan terima kasih kepada keynote speaker, para akademisi, peneliti,

praktisi dan professional di bidang perhotelan yang telah mengirimkan artikelnya, serta

semua pihak yang meliputi panitia pengarah, panitia pelaksana, scientific committee dan

pihak-pihak yang telah terlibat dan membantu terselenggaranya kegiatan ini dengan sukses.

Denpasar, Bali, 8 Juni 2015

Ketua Panitia KNEP VI,

Dr. I Made Parwata, ST.,MT

iii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ii Daftar Isi iii Makalah KNEP VI - 2015

Energi dan Tehrmofluid ET 01

Analisa Pengaruh Variasi Kapasitas Uap Terhadap Efisiensi Ketel Uap di PT. Sinar Sosro Banyuasin-Sumatera Selatan - Aneka Firdaus, Erwin Sirait

1

ET 02

Kajian Kelayakan Sistem Kogenerasi Turbin Gas Bandara Udara- I Made Astina dan Arief Hariyanto

9

ET 03

Aplikasi PCM Bees Wax sebagai Teknologi Penyimpan Energi (thermal energy storage) pada Pemanas Air Domestik- Adi Winarta, Muhammad Amin, Nandy Putra

21

ET 04

Pengujian Performansi Model Sistem Pompa Tunggal yang Beroperasi pada Berbagai Temperatur Fluida Kerja- I Wayan Suma Wibawa

29

ET 05

Uji Performansi Gasifikasi Limbah Jerami Menggunakan Gasifier Kompor Biomass UB-03- Ahmad Maulana, I Nyoman Suprapta Winaya, I Wayan Bandem Adnyana

39

ET 06

Investigasi Eksperimental Pengaruh Laju Aliran Massa Air pada Solar Termal Tipe CPC - Edi Marzuki, Mokhamad Hasan, Yogi Sirod Gaoz, Mulya Juarsa, Muhamad Yulianto

47

ET 07

Metode Konstruksi Kolektor Surya CPC Berselubung Kaca sebagai Media Evaporasi Sistem ORC- Dwi Yuliaji, Yogi Sirod Gaoz, Tachli Supriyadi, Roy Waluyo, Mulya Juarsa, Muhamad Yulianto

57

ET 08

Pengaruh Saluran Pemasukan Udara terhadap Unjuk Kerja Kompor Teknologi Tepat Guna dengan Bahan Bakar Biomassa Ranting dan Limbah Potongan Kayu Kering- I Wayan Joniarta

67

ET 09

Perancangan Burner Berbahan Bakar Oli Bekas dengan Sistem Steam Atomizing Burner- Maramad Saputra Nara, I Gst. Bagus Wijaya Kusuma, I DGP Swastika

77

ET 10 Rancang Bangun Resirkulator Emisi Gas Buang Mesin Sepeda Motor Empat Langkah - I Ketut Adi, I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, I Wyn Bandem Adnyana

85

ET 11

Penggunaan Kabut Air untuk Memadamkan Api Kebakaran- I G.N.Bagus Mahendra Putra, Ainul Ghurri

89

ET 12

Pengaruh Penambahan Gas Argon dan Variasi Holding Time pada Proses Pirolisis Batok Kelapa Muda Terhadap Nilai Kalor Bakar - I W Ambara Antara, I N Suprapta Winaya, I K G Wirawan

97

iv

ET 13 Perbandingan Performansi Briket Sabut Kelapa Muda, Serbuk Gergaji dan Campurannya- I A Eka Pertiwi Sari, Yudhi Setiawan, I G Kt Sukadana, Wayan Nata Septiadi

105

ET 14

Analisis Komputasi Pengaruh Geometri Muka terhadap Koefisien Hambatan Aerodinamika pada Model Kendaraan - Rustan Tarakka, A. Syamsul Arifin P, Yunus

113

ET 15

Kajian Eksperimental Pemanfaatan Panas Buang Kondensor Air Conditioning Sebagai Alternatif Penghasil Energi Listrik dengan Bantuan Generator Termoelektrik - Sri Poernomo Sari, Pujang Setia, Trivani Achirudin, Bambang Suryawan

121

ET 16

Perancangan Roket Berbahan Bakar Padat dengan Diameter 35mm- I Nyoman Gede Paramarta, Dewa Gede Angga Pranaditya

131

ET 17

Pengaruh Variasi Konsentrasi Arak Bali Terhadap Torsi, Daya dan Konsumsi Bahan Bakar Sepesifik Mesin Empat Langkah - I Gusti Ketut Sukadana

137

ET 18

Pengaruh Alur Berbentuk Segi Empat pada Permukaan Silinder Terhadap Koefisien Drag dengan Variasi Jarak Antar Alur- Si Putu Gede Gunawan Tista, Wayan Nata Septiadi, I Gede Agus Ari Wahyudi

143

ET 19

Pemanfaatan Energy Recovery pada Destilasi Air Energy Surya - I Gusti Ketut Puja, FA Rusdi Sambada

151

ET 20

Evaluasi Sudut Semprot Minyak Kelapa pada Ujung Nosel dengan Pemanasan Awal Berbentuk Straight- I Ketut Gede Wirawan, Made Sucipta, I Putu Agus Arisudana

161

ET 21

Pengujian Unjuk Kerja Kincir Air Sudu Lurus sebagai Penggerak Pompa Torak - I Wyn Rama Wijaya, I Gst Ketut Sukadana, Wayan Nata Septiadi

163

ET 22

Pengaruh Penempatan Sirip Berbentuk Segitiga yang Dipasang secara Aligned dan Staggered terhadap Performansi Kolektor Surya Pelat Datar - Ketut Astawa, I Nengah Suarnadwipa

167

ET 23

Pengaruh Volume Tabung Udara terhadap Performansi Pompa - Made Suarda, A.A. Adhi Suryawan, Made Sucipta, I G.A. Indra Setiawan

175

ET 24

Karakteristik Pendinginan Evaporatif Menggunakan Cooling Pads - I Gusti Ngurah Putu Tenaya, Ainul Ghurri, I Gede Purwata

183

ET 25 Solar Energy Electric 10kw With “Sliver 3000” And Changeover Switch Based Plc Festo And

Green Power Gas Generator Set With Grid Line Lpg Fuel- Suprapto Widodo, Nurman, M. Syahruddin

189

ET 26 Karakterisasi Kinerja Pipa Kalor Bertingkat dengan Wick Screen Mesh untuk Pendingin CPU- 193

v

Wayan Nata Septiadi, I Gede Putu Agus Suryawan, I Ketut Gede Wirawan, I Komang Jana Mujaya, Mochamad Rizal Sugiono, Putu Wardana

Grup Engineering Perhotelan EP 01

Lean Maintenance di Industri Perhotelan: Sebuah Tinjauan Literatur- I Wayan Suweca

201

Grup Material M 01

Pengaruh Perlakuan Quench Temper dan Karburisasi Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Baja Karbon Medium Untuk Aplikasi Otomotif - Abdul Aziz

209

M 02

Karburasi dengan Katalisator Serbuk Cangkang Kerang Darah (Anadara Granosa) pada Baja ST 37- Johannes Leonard

217

M 03

Pengaruh Variasi Temperatur Perlakuan Panas Terhadap Kekuatan Mekanis pada Baja Karbon AISI1045 - La Atina, Hammada Abbas

225

M 04

Katalisator Cangkang Keong Mas Terhadap Sifat Mekanik Baja ST42 melalui Proses Kaburasi - Abdul Hay, Arief Darmawa

231

M 05

Pemanfaatan Ampas Tebu sebagai Reinforcement pada Pembuatan Rem Komposit Berbahan Alami- Agus Triono

243

M 06

Analisa Kekuatan Sambungan Pipa Baja Karbon dan Besi Cor Berbasis Teknologi Las Gesek (Friction Welding) - Nur Husodo, Budi Luwar S, Hagi Astono P, Sri Bangun S, Rachmad Hidayat

249

M 07

Pengembangan Bahan Cetakan Alternatif pada Proses Pembuatan Genta Untuk Meningkatkan Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Paduan Perunggu - I Made Gatot Karohika, I Nym Gde Antara

259

M 08

Karakteristik Redaman Suara Komposit Polyester Berpenguat Serat Tapis Kelapa - I Made Astika, I Gusti Komang Dwijana

265

M 09

Pengujian Propagasi Gelombang Mikroelektromagnetik pada Komposit Epoxy Berpenguat Serat Ijuk- Nitya Santhiarsa, Eko Marsyahyo, Achmad Assad Sonief, Pratikto

273

M 10

Sifat Kekerasan Lapisan Krom Baja St 60 pada Perlakuan Temperatur dan Tegangan dengan Proses Elektroplating- Ketut Suarsana

279

M 11

Pack Carburizing Baja Karbon Rendah - Dewa Ngakan Ketut Putra Negara, I Dewa Made Kirshna Muku

285

M 12

Kekuatan Tekan Komposit Serat Limbah Pisang dengan Matriks Epoksi sebagai Bahan Socket Prosthesis- Agustinus Purna Irawan, I Wayan Sukania

291

vi

M 13 Pengembangan Indentation Size Effect (ISE) dalam Penentuan Koefisien Pengerasan Regang Baja - I Nyoman Budiarsa

295

M 14

Pengaruh Korosi Air Laut pada Kekuatan Tarik Sambungan Las Kombinasi Stainless Steel 304-201- Tjokorda Gde Tirta Nindhia

297

M 15 Kekuatan Tarik dan Kekuatan Lentur Komposit Epoxy Berpenguat Serat Sisal pada Fraksi

Volume yang Berbeda- I Putu Lokantara, I Wayan Surata, NPG Suardana, Ade Putra Arimbawa 301

M 16 Analisis Koefisien Absorpsi Bunyi pada Komposit Penguat Serat Alam dengan Menggunakan

Alat Uji Tabung Impedansi 2 Microphone- Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati, I Ketut Gede Sugita, I Gusti Ngurah Priambadi

307

M 17 Studi Dendrite Arm Spacing (Das) dan Porositas pada Pengecoran Perunggu 20% Sn sebagai

Bahan Gamelan- I Ketut Gede Sugita, Ketut Astawa, I.G.N. Priambadi 313

Grup Desain dan Manufaktur DM 01

Pendekatan Lean Maintenance untuk Perbaikan Sistem Pemeliharaan- H. HARI SUPRIYANTO

319 DM 02

Studi Karakteristik Pencampuran pada Pergeseran Pusat Putaran dengan Tool CFD - Zumrotul Ida, Moch. Agus Choiron

325

DM 03

Penerapan Teknologi Hybrid Crash Box sebagai Peningkatan Energi Absorbtion- Agus Wahyu Prasetyo, Moch. Agus Choiron

331

DM 04

Pengaruh Nose Radius Mata Pahat Terhadap Nilai Kekasaran Permukaan Baja AISI D3 pada Proses Pembubutan- Sobron Lubis, Rosehan, Candy Alipin

337

DM 05

Rancang Bangun Mesin Pengaduk Adonan Kulit Mochi untuk Meningkatkan Mutu Produk- SilviAriyanti dan Wildan Yoga Pratam

347

DM 06

Perancangan Teknik Berbasis Optimasi Numerik Menggunakan Algoritma Genetik Untuk Permasalahan Berkendala - Muhammad Idris

357

DM 07

Pengaruh Pendinginan Oli dan Air Terhadap Kekuatan Las Gesek Pada Baja ST42- Hammada Abbas , Arfandy

369

DM 08

Desain dan Analisa Pisau Penghancur Bonggol Jagung Sebagai Salah Satu Bahan Pakan Ternak dengan Menggunakan Software Ansys 12.1 - Liza Rusdiyana, Suhariyanto, Gathot Dwi Winarto, Syamsul Hadi, Mahirul Mursid

375

DM 09

Crack Opening Evaluation due to One Single Overload on CCS- Nafisah Arina Hidayati

385

vii

DM 10

Analisa Perhitungan Gaya pada Implant Broad Plate Narrow LC-DCP 10 Holes yang Tertanam di Tulang Kering Kaki Manusia - Budi Luwar S, Nur Husodo, Sri Bangun Setyawati, Rizki Krisnando Rachmad Hidayat

395

DM 11

Pengembangan Model Total Biaya Sistem Produksi Pembuatan Kapal Layar Phinisi dengan Critical Path Metdhot (Cpm) - Dirgahayu Lantara

405

DM 12 Perancangan Rasio Sistem Transmisi dengan Progresi Geometri Bebas untuk Kendaraan Penggerak Roda Belakang- I Gusti Agung Kade Suriadi, AAIA. Sri Komaladewi, I Ketut Adi Atmika

415

DM 13

Karakteristik Traksi dengan Kontrol Rasio CVT Pada Kendaraan Mikro Hibrida - I Ketut Adi Atmika, I.D.G. Ary Subagia, I Made Dwi Budiana P.

423

DM 14

Simulation of Integrated Double Pendulum with MATLAB/Simulink and Solidworks Softwares - I Wayan Widhiada

433

DM 15

Analisa Cost Down Time Komponen Kritis Mesin Pembersih Gallon Pt. X Menggunakan Metide Rcm - Ida Bagus Gde Ardhikayana

441

DM 16

Kekasaran permukaan baja karbon sedang akibat proses sand-blasting dengan variasi jarak nosel - I Made Widiyarta, I Made Parwata dan I Putu Lokantara

453

Grup Industri Pariwisata Kreatif

IPK 01 Analisis dan Pemetaan Tingkat Kebisingan Berbagai Kawasan di Kota Denpasar- Aris Budi Sulistyo, I Ketut Gede Sugita, dan Cok Istri P. Kusuma K.

457

IPK 02 Aplikasi Search Engine Perpustakaan Petra Berbasis Android Dengan Apache SOLR-

Andreas Handojo, Adi Wibowo, Monika Irfanny, Agnes Yustivani, Fenny Valentine

467

IPK 03 Transkripsi Musik Gong Timor Menggunakan Continous Wavellet Transform - Yovinia C

H Siki, Yoyon K Suprapto

475

IPK 04 Usulan Perbaikan Kualitas Penggulungan Benang Nilon dengan Menggunakan Metode

Six Sigma di PT. XYZ- I Wayan Sukania, Iphov Kumala Sriwana, dan Edwin Suryajaya

483

IPK 05 Peningkatkan Pendapatan Kelompok Linggasana dan Denbantas dengan Mesin

Pencacah Sampah Organik untuk Kompos- I Gede Putu Agus Suryawan, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan, Cok. Istri P. Kusuma Kencanawati

491

IPK 06 Rancang Bangun Aplikasi Pendataan Member Restoran pada Ponsel Pintar Berbasis

Android- I G.A.K. Diafari Djuni H, N.M.A.E.D. Wirastuti, I M.A. Suyadnya, A.A.K. Aditama

497

viii

IPK 07 Pengembangan Potensi Biogas Skala Rumah Tangga di Desa Ped-Nusa Penida- I Wayan

Surata, Tjokorda Gde Tirta Nindhia

507

IPK 08 Analisis Postur Operator Quality Control terhadap Resiko Musculoskeletal Disorders

(Studi Kasus Visual Inspection Departemen Produksi PT. Widatra Bhakti)- Fu’ad Kautsar, Dayal Gustopo, Fuad Achmadi

513

IPK 09 Mekanisasi Kemudi Empat Roda (4ws) Pendukung Transportasi Pariwisata - I.D.G Ary

Subagia, NPG. Suardana, IM. Dwi Budiana, Dea Indrawan

517

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 295

Pengembangan Indentation Size Effect (ISE) Dalam Penentuan Koefisien Pengerasan Regang Baja

I Nyoman Budiarsa1)*

1)

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80361

Email: nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id

Abstrak Hubungan antara sifat material konstitutif dengan indentasi kekerasan (Hardness Indentation) termasuk ISE (Indentation Size Effect) telah dikembangkan dan dievaluasi dengan indentasi Vickers, hal Ini akan menjadi alat yang berguna dalam mengevaluasi kelayakan penggunaan nilai kekerasan dalam memprediksi parameter bahan konstitutif dengan mengacu pada syarat akurasi pada rentang semua potensi bahan. ISE dapat konsisten diukur dan dapat berpotensi dihubungkan dengan H/E rasio. Skala ISE dari sampel yang diuji menunjukkan pengulangan yang konsisten dan berhubungan kuat dengan sifat material secara signifikan. Hal Ini berpotensi memberikan set data eksperimen yang mencerminkan sifat material yang terkait dengan ketegangan gradien dan kerapatan dislokasi selama proses indentasi Konsep untuk menggunakan data ukuran indentasi Vickers telah dikembangkan untuk meningkatkan akurasi sifat invers pemodelan berdasarkan kekerasan menggunakan baja sebagai sistem bahan. Penelitian ini menunjukkan bahwa ada ISE signifikan dalam tes kekerasan Vickers dimana skala dan reliabilitas ISE dianalisis dengan fitting data mengikuti Power law and proportional resistance model Sebuah konsep baru menggunakan data ISE untuk memperkirakan Koefisien Pengerasan Regang (n) nilai-nilai dari baja telah dievaluasi dan menunjukkan hasil yang baik untuk mempersempit kisaran sifat material yang diprediksi berdasarkan nilai-nilai kekerasan. .

Kata kunci: ISE, H/E rasio, Koefisien Pengerasan Regang (n)

Abstract

The relationship between the constitutive material properties with Hardness indentation including ISE (indentation Size Effect) has been developed and evaluated by Vickers indentation. This provided a useful tool in evaluating the feasibility of using of hardness value in predicting the constitutive material parameters with reference to the terms of accuracy in the all the potential materials range. ISE can be consistently measured and may potentially be associated with H/E ratio. ISE scale of the samples tested showed consistent repeatability and strongly associated with material properties significantly. This case has the potential to provide experimental data set that reflects the material properties associated with Strain gradient and dislocation density during the indentation process. The concept for using Vickers indentation size data have been developed to improve the accuracy of inverse modeling based of hardness using steel as a material system. This study shows that there are significant ISE in which the Vickers hardness test scale and reliability of ISE analyzed by fitting data following the Power Law and Proportional Resistance Model. A new concept of using ISE data for estimating the Strain hardening exponent (n) values of steel has been evaluated and shown reasonable results for narrowing the range of predicted material properties based on hardness values Keywords: ISE, H/E ratio, Strain hardening exponent (n)

1. PENDAHULUAN

Pengukuran nilai kekerasan bahan (Hardness value) didasarkan pada perlawanan material ketika sebuah deformasi lokal terjadi pada permukaan solid. Dalam indentasi, bila sebuah indentor ditekan ke permukaan spesimen, maka ukuran indentasi permanen terbentuk dan dapat diukur untuk mewakili resistensi indentasi (yaitu kekerasan material). Secara teoritis, Nilai kekerasan bahan akan tetap, meskipun beban yang diterapkan berbeda, akan tetapi sebagaimana dalam beberapa kasus, nilai kekerasan bahan ditemukan tergantung pada beban yang diterapkan pada bahan. Hal ini didefinisikan

*Penulis korespondensi, HP: 6281999600303, Email: nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id

Prosiding KNEP VI 2015 � ISSN 2338-414X 296

sebagai indentation size effect (ISE) [1]. Secara umum fenomena ISE terlihat dimana nilai kekerasan bahan akan meningkat sebanding dengan penurunan pembebanan yang diterapkan (yaitu semakin kecil ukuran Indentasi). Terdapat pula tipe ISE yang lain yang disebut ISE terbalik (reverse ISE) [2] di mana nilai kekerasan bahan menurun Dengan beban yang diterapkan lebih rendah. Studi tentang Pengaruh ukuran Indentasi (indentation size effect) dikenal dengan terjadinya peningkatan nilai kekerasan (hardness value) dengan meningkatnya ukuran indentasi, terutama pada kedalaman tertentu (micro hardness depth regime) [3] ISE sampai saat ini masih menjadi subjek penelitian penting, yang telah dikaitkan dengan sebuah jumlah fenomena dan mekanisme, termasuk: elastic recovery, pengerasan kerja selama indentasi dan gradien regangan yang berkaitan dengan dislokasi [4]. Skala ISE ditemukan memiliki korelasi pada bahan dengan sifat yang berbeda: seperti modul elastis, kerapatan dislokasi, dll [5,6] Tujuan lain dari penelitian ini adalah untuk mengeksplorasi ISE khususnya dari indentasi Vickers, yang berpotensi dapat menyediakan data terukur tambahan untuk meningkatkan kekokohan evaluasi terbalik (inverse) pada parameter material.

2. MATERIAL DAN EKSPERIMENTAL

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon dengan berbagai komposisi kandungan karbon (0.10% C, 0.54% C, 0.85% C dan Mild Steel). Komposisi kimia sampel bahan seperti tercantum dalam tabel 1.

Tabel 1. Komposisi dan kondisi sampel bahan (CS-0.10% C, CS-0.54% C, dan CS-0.85% C)

Material Condition Element Composition (%)

C Mn P S Si Ni Carbon Steel (CS)

0.10% C Normalized at

900° 0.1 0.5 <0.04 <0.05 0.1 0.01

Carbon Steel (CS) 0.54% C

Normalized at 840°

0.54 0.9 0.055 0.014 0.19 0.014

Carbon Steel (CS) 0.85% C

Normalized at 830°

0.85 0.9 0.04 0.04 0.35 0.015

Mild Steel

N/A 0.3 0.3 0.05 0.05 0.122 490 ppm

Bahan sampel yang digunakan adalah baja karbon dengan kandungan karbon 0.10% C, 0.54% C dan 0.85% C. Sampel yang digunakan adalah baja padat berbentuk batang elips diameter Φ 5 mm dan panjang 90 mm memiliki dudukan di tepi. Dua bahan utama yang digunakan dalam penelitian indentation size effect (ISE) dalam penentuan koefisien pengerasan regang baja ini sebagai (0.1% C Steel) dan Mild Steel. Tegangan luluh (σy) Diidentifikasi untuk baja karbon 0.1%C adalah 308,03 MPa, koefisien pengerasan kerja (n) adalah 0,07; Tegangan luluh (σy) untuk Mild steel adalah 601,66 MPa, koefisien pengerasan kerja (n) adalah 0,025.

Gambar 1. Data Kekerasan Vickers untuk specimen dengan variasi beban (unit Hv: kg/mm2)

0

50

100

150

200

250

300

350

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

HV

P(Kg)

CS-0.54% C

CS-0.85% C

CS-0.1 %

Mild Steel

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 297

Kurva tegangan-regangan dan data sifat bahan yang akan digunakan sebagai masukan untuk model FE dan evaluasi akurasi kurva P-h berdasarkan dan sifat invers kekerasan material. Sedangkan pada uji Kekerasan (Hardness), pengujiannya dilakukan menggunakan Vickers hardness tester. Sampel disiapkan dimulai dengan disk Φ5 mm, sampel disajikan dalam arah lateral (Lateral direction) dan arah panjang (Long section). Spesimen uji kekerasan diletakkan dalam dudukan kemudian dilakukan mounting menggunakan resin thermosetting (bakelite) pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan Vickers. Gambar 1. Memperlihatkan tipikal hasil pengujian kekerasan Vickers Dalam rangka untuk mengetahui pengaruh variasi beban terhadap indentasi. Dengan menggunakan Bar error 5%, yang Merupakan batas potensi kesalahan pengukuran pada bahan.

3. PENENTUAN KOEFISIEN PENGERASAN REGANG DAN HASIL

Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan Struers Duramin-1 Vickers hardness tester. Duramin-1 Struers Vickers hardness tester menggunakan metode beban langsung (direct load method) dengan variasi beban 490.3 mN sampai 19.61 N dengan indenter berbentuk piramida dengan dasar persegi dan sudut sisi berlawanan adalah 136

0. Dari dua sampel utama yang diteliti yaitu 0.10%

Carbon steel dan Mild Steel dengan bar error 5%, Diketahui kekerasan baja 0.1% C jauh lebih rendah dari pada nilai kekerasan sampel Mild Steel. Nilai-nilai kekerasan bahan (Hv) untuk baja 0.1% C adalah 98.368% dari nilai terukur; sedangkan dalam sampel Mild Steel, nilai kekerasan (Hv) adalah 98.611% dari nilai terukur. Dalam Kedua kasus memperlihatkan adanya pengaruh ISE, namun tidak konklusif, tidak seperti konsep yang diterima secara umum. Dimana telah dibuktikan sebelumnya terdapat link dari ISE dengan H/E. Hal ini sangat kuat diperkirakan karena adanya hubungan gradient regangan dan dislokasi densitas selama proses indentasi berlangsung. Berdasarkan Strain Gradient Plasticity Model (MSG), hubungan antara ISE dan Non ISE dapat disajikan dengan persamaan berikut:

��� = �1 + �∗

� (1)

Dimana H adalah nilai kekerasan (hardness value), Ho adalah macroscopic hardness, dan ‘h’ kedalaman indentasi (indentation depth), sedangkan h* adalah panjang yang menjadi ciri ketergantungan kedalaman indentasi pada pengukuran kekerasan.

h* = h ∗ � ���

� − 1� (2)

Dengan mendefinisikan Tegangan perwakilan (representative stress) σr dan regangan untuk deformasi bahan dibawah indentor tajam (Vickers indentation), representative stress σr dapat dijelaskan oleh persamaan Hollomon sebagai:

�� = K ε�� (3) Dimana ε� adalah Representative strain, sedangkan (n) adalah Koefisien Pengerasan Regang Karya Kim menunjukkan Hubungan Koefisien Pengerasan Regang (n) ditemukan persamaan berikut[7]:

n = − ����ε� ln ��∗

� − ���ε� ln ��

µ + �

��ε� ln ( �√� α cot θ) (4)

Di mana : (n) : Koefisien Pengerasan Regang b : Vektor Berger

K : Konstanta strength µ : Modulus geser, α :Sudut kontak antara 0.3 - 0.6.

Prosiding KNEP VI 2015 � ISSN 2338-414X 298

H* dan h dapat diperkirakan dari nilai-nilai kekerasan pada beban yang berbeda. Dalam penelitian ini, h* dapat diperkirakan dari impression size. Nilai K dapat dihitung dari kurva tegangan regangan dari bahan. Satu-satunya parameter yang belum diketahui adalah α, yang diketahui antara 0.3-0.6. Dengan menggunakan kisaran ini, Koefisien pengerasan kerja dari dua bahan dapat diestimasi. Pada gambar 2. menunjukkan kisaran Koefisien Pengerasan Regang berdasarkan ISE dari dua bahan yaitu 0.1%C dan Mild Steel. Dalam penelitian ini 'α' konstan berkisar antara 0.3-0.4, untuk nilai lebih tinggi dari 0.4 akan menghasilkan negative nilai 'n', yang secara fisik tidak mungkin. Dengan ini berbagai nilai 'n' bahan yang diprediksi, potensi rentangnya dapat dipersempit dalam tujuan menghasilkan keakuratan estimasi. Seperti yang diilustrasikan pada gambar 3. Tegangan luluh (yield strength) untuk Mild Steel ditemukan berada dalam 500-600 MPa dengan n dalam 0.08. ini jauh lebih menghasilkan keakuratan dari nilai-nilai pengukuran sebelumnya.

.

Gbr 2. Estimasi kisaran ( Estimated range) untuk Koef. Pengerasan regang (n) 0.1%C dan Mild.Steel

Gambar 3. Proses penentuan potensi sifat material berdasarkan ISE pada dua material sampel yaitu 0.1% Carbon steel dan Mild steel

Bila (n) adalah Koefisien Pengerasan Regang, dan b adalah Berger vektor (0.248), sedangkan µ adalah modulus geser (untuk baja µ = 79.3 GPa), εr adalah Representative Strain. Dimana diketahui sebelumnya [1] yaitu εr = 0.029, panjang h* dapat menentukan dari nilai-nilai kekerasan pada beban yang berbeda di mana H adalah kekerasan dan H0 kekerasan pada non-ISE. Kedalaman indentasi (h) dapat diperkirakan dari ukuran indentasi. α adalah konstanta dengan nilai 0.3-0.6. dan θ adalah geometri indentor (θ untuk Vickers indenter adalah 68o). Dengan input seperti tersebut diatas, maka parameter material, b, K, µ, α, dan θ indentor geometri diketahui. Sehingga Koefisien Pengerasan

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

Mat 1 (0.1 C%) Mat 2 (Mild Steel)

Est

imat

e ra

nge

of

n

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Yie

ld S

tress

(M P

a)

n

0.10% C Mild Steel

Potential Properties

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 299

Kerja (n) dengan menggunakan persamaan (4) dapat ditentukan. Dengan menggunakan kisaran ini, pengerasan kerja dari dua bahan dapat diperkirakan. Tegangan luluh (Yield strength) untuk Mild steel ditemukan berada dalam 500-600 MPa dengan n pada 0.025. dan tegangan luluh (Yield strength) untuk baja karbon 0.1% C ditemukan berada dalam 300-350 MPa dengan Koefisien Pengerasan Regang (n) pada 0.07. Ini jauh lebih dekat dengan nilai-nilai yang sebenarnya diukur. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengevaluasi konsep ini dan menentukan nilai yang tepat untuk α konstan lebih kokoh, yang kemudian mengurangi rentang nilai n dan tegangan luluh (yield strength). 4. SIMPULAN

Sebuah pendekatan baru untuk memprediksi P-h Indentasi dari sifat material konstitutif telah

dikembangkan dan dievaluasi untuk Vickers Indentasi dengan menggabungkan analisis stres perwakilan (Representative stress) dan pemodelan Finite Element menggunakan baja sebagai model khas kelompok bahan yang telah terbukti menjadi alat yang berguna untuk memprediksi nilai kekerasan Vickers (Hv) dari baja. Hasil penelitian menunjukkan untuk indenter tunggal (Vickers Indentasi) hasilnya tidak unik. Sebuah konsep baru untuk menggunakan data ukuran indentasi dari Vickers indentasi telah dieksplorasi untuk meningkatkan akurasi / kekokohan terbalik sifat pemodelan berdasarkan nilai kekerasan (Hardness value). Data kekerasan dengan banyak diterapkan berbeda dari baja dengan kondisi yang berbeda telah dievaluasi. Data menunjukkan bahwa kekerasan meningkat dengan menurunnya kadar karbon dalam baja. Sampel dengan Heat Treatment yang berbeda menunjukkan bahwa kekerasan menurun dengan anil dan suhu temper. Dalam semua kasus ada efek ukuran Indentasi (Indentation Size Effect) yang dikenal sebagai ISE secara nyata dan tingkat penurunan kekerasan dengan penerapan beban yang berbeda pada material. Sebuah konsep baru menggunakan data ISE untuk memperkirakan nilai n baja telah dieksplorasi dan menunjukkan hasil yang wajar untuk mempersempit kisaran sifat material yang diprediksi berdasarkan nilai-nilai kekerasan. DAFTAR PUSTAKA

[1] Budiarsa.I N., Indentation Size Effect (ISE) of Vickers hardness in steels: correlation with H/E, Applied Mechanics and Materials Vol. 391 (2013) pp 23-28

[2] Sangwal K., On the reverse indentation size effect and micro hardness measurement of solids, Materials Chemistry and Physics, 63, (2000) 145–152

[3] Ebisu, T., Horibe, S., Analysis of the indentation size effect in brittle materials from nanno indentation load-displacement curve. Journal of the European Ceramics Society 30, (2010) 2419-2426.

[4] Huang, Y., Qu, S., Hwang, K.C., Li, M., Gao, H., A conventional theory of mechanism-based strain gradient plasticity. International Journal of Plasticity 20, (2004) 753–782.

[5] Han, C., Gao, H., Huang Y., Nix,W.D., Mechanism-based strain gradient crystal plasticity-I. Theory. Journal of the Mechanics and Physics of solids 53, (2005) 1188–1203

[6] Huang, Y., Gao, H., Nix, W.D., Hutchinson, J.W., Mechanism-based strain gradient plasticity– II. Analysis. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 48, (2000) 99–128.

[7] Kim J. Y., Kang S. K., Greer J. R., Kwon D., Evaluating plastic flow properties by characterizing indentation size effect using a sharp indenter, Acta Materialia 56, (2008) 3338–3343