Pengaruh Konsentrasi Mangan (Mn) Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Rendah

(1)

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Oleh

BASIRUN SIMANJUNTAK

097026030/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP

SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister

Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

BASIRUN SIMANJUNTAK 097026030/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PENGARUH KONSENTRASI MANAGAN

(Mn) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA

KARBON RENDAH

Nama Mahasiswa : BASIRUN SIMANJUNTAK

Nomor Induk Mahasiswa : 097026030

Program Studi : Magister Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Ketua

Prof.Eddy Marlianto,M.Sc,Ph.D

Anggota Dra. Justinon, MSi

Ketua Program Studi, Dekan,

Dr. Nashruddin MN,M.Eng.Sc.

(4)

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, Juni 2011

(5)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

N a m a : Basirun Simanjuntak N I M : 097026030

Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengmbangan ilmu pengetahuan, meyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusiv Royaliti Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royaliti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, Juni 2011

(6)

Telah diuji pada

Tanggal : 23 Juni 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Eddy Marlianto , M.Sc.

Anggota : 1. Dra. Justinon, M.Si

2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc.

3. Dr. Anwar Dharma sembiring, MS.

4. Drs. Herli Ginting, Ms.

(7)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap : Basirun Simanjuntak,S.Pd.

Tempat dan tanggal lahir : Lumban Balik, 17 Nopember 1977

Alamat Rumah : Dusun II Sumber Padi

RT/RW : 001/002

Desa/ Kel : Sumber Padi

Kecamatan : Lima Puluh

Kab/Kota : Kabupaten Batu Bara

Telepon/HP : 081370659868/085276915111

e-mail : basirun.juntak 13 @yahoo.com

Instansi : SMA Neg.1 Medang Deras

Alamat : Nenas Siam, Kec.Medang Deras, Batu

Bara

Telepon/Faks/ HP : 0622613090

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya penulisan tesis ini dapat diselesaikan, yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

Tesis ini dibuat dalam bidang keahlian Fisika Material dengan judul: “PENGARUH KONSENTRASI MANGAN ( Mn) TERHADAPSIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH ”.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,M.Sc. (CTM) ,Sp.A(k), Direktur Sekolah Pascarjana Prof. Dr. Ir. T. Chairul Nisa B., M.Sc yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan S-2 pada Program Magister Fisika SPs-USU.

Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Dr.Sutarman, M.Sc. Ketua dan Sekretaris Program Magister Fisika SPs-USU Dr. Nashruddin M.N., M.Eng.Sc. dan Dr. Anwar Darma Sembiring,M.S. yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

(9)

Seluruh bapak/ibu dosen dan staf administrasi Program Magister Fisika SPs-USU yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan kepada penulis selama mengikuti pendidikan.

Bapak Azriadi selaku kepala pelaksana harian Baristand Industri Medan yang memberikan izin di Baristand Industri Medan bapak Ir. Pander Sitindaon, bapak Ir. Haposan Situngkir,MT, ibu Ir.M. Panjaitan dan semua bapak/ibu pegawai di Balai Penelitian Logam Tanjung Morawa yang membantu penulis melaksanakan penelitian.

Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Sahat Hamonangan Pangaribuan dan semua rekan-rekan mahasiswa Master Fisika USU angkatan 2009 yang banyak memberikan semangat dan dorongan kepada penulis, sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan.

Drs. Marudut Nadapdap,MM, selaku pimpinan perguruan dan semua staf guru dan pegawai di Methodist-8 Gelugur Medan

Ucapan terimakasih diucapkan kepada bapak Yandi Siswandi,S.Pd. selaku kepala sekolah dan semua bapak/ibu guru dan staf pegawai di SMA Neg.1 Medang Deras yang mendukung penyelesaian tesis ini.

Ucapan terimakasih diucapkan kepada ibu mertua dan kepada semua keluarga yang mendukung penulis dalam penyelesasian perkuliahan ini.

Istimewa kepada Florida Yuliati Br.Simamora,S.Pd. dan anak tercinta, Peter Prayoga Natama Simanjuntak yang telah banyak mengorbankan waktu dan kasih sayang dan yang selalu mendoakan penulis selama pendidikan.

Medan, Juni 2011 Penulis,

(10)

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang “Pengaruh Konsentrasi Mangan Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Rendah”. Baja karbon SC 37 pada memiliki kuat tarik ≥ 37 kgf/mm2, pertambahan panjang ≥ 26 %. Untuk mengetahui pengaruh mangan (Mn) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah ini dilakukan ekperimen dengan cara memvariasikan persentase unsur mangan (Mn) . Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tanur listrik induksi kemudian persentase unsur mangan (Mn) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: v1= 0,20 %, v2 = 0,30 %, v3 = 0,40 %, v4 = 0,50 %, dan v5 = 0,60 %, masing-masing dicor pada cetakan pasir. Sampel yang dihasilkan melalui variasi persentase unsur mangan (Mn) diuji untuk melihat sifat mekaniknya, pengujian yang dilakukan adalah: pengujian tarik, kekerasan, impak, dan metalograpi. Data yang diperoleh dari hasil pengujian dianalisa, kesimpulan konsentrasi mangan menyebabkan kuat tarik dan kekerasan semakin besar sedangkan regangan, perpanjangan, nilai impaknya semakin kecil atau logam semakin getas dan jumlah perlit yang mengendap pada batas butiran semakin banyak. Hasil pengujian sesuai standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 ( 1975 ).

(11)

THE CONCENTRATION EFFECK OF MANGANASE (Mn) ON MECHANICAL PROPERTIES OF LOW CARBON STEEL

ABSTRACT

Has done research on "Effect of Manganese Concentration Against the Mechanical Properties of Low Carbon Steel". SC 37 on carbon steel has a tensile strength ≥ 37 kgf/mm2, the length of ≥ 26%. To determine the effect of manganese (Mn) on the mechanical properties of low carbon steel was conducted experiments by varying the percentage of the element manganese (Mn). Raw materials with the composition of SC 37 is melted in electric induction furnace and then the percentage of the element manganese (Mn) varied as much as five variations are: V1 = 0.20%, v2 = 0.30%, 0.40% = v3, v4 = 0.50 %, and v5 = 0.60%, respectively casted in sand molds. Samples are produced through the variation percentage of the element manganese is tested to see its mechanical properties, the tests performed were: tensile testing, hardness, impact, and metalograpi. Data obtained from the test results are analyzed, conclusions concentrations of manganese causes the tensile strength and hardness whereas the greater the strain, the extension, the smaller the value impaknya or metal more brittle and the amount of perlite to settle to the grain boundaries more and more. Test results according to standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975)

(12)

DAFTAR ISI

DAFTAR LAMPIRAN ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1

2.2.2 Sifat-sifat Coran Baja Karbon 5

(13)

(14)

Daftar Tabel

No. Tabel

Judul Halaman

3.1 Tabel Bahan yang digunakan 16

3.2 Tabel Alat yang digunakan 17

4.1 Tabel Data Pengujian Tarik 25

4.2 Tabel Hasil perhitungan Pengujian Tarik 26

4.3 Tabel Hasil Perhitungan Pengujian Tarik Rata-rata 27

4.4 Tabel Data Uji Kekerasan 32

4.5 Tabel Uji Impack 34

(15)

DAFTAR GAMBAR

No. Gambar

Judul Gambar Halaman

2.1 Grafik Stress vs Strein

Brinell, Rockwell & Vickers Optical Hardness Tester TH722

3.4 Metallurgical microscope 20

3.5 Diagram Alir Penelitian 22

4.1 Keel Block a) Tampak Samping,b) Tampak Atas 23

4.2 Sampel uji tarik 24

4.3 Benda Uji Setelah Putus 25

4.4 Grafik Kuat tarik (kN/mm2) vs konsentrasi Mn (%) 27 4.5 Grafik Regangan (% ) vs Konsentrasi Mmangan (%) 28

4.6 Grafik perpanjangan vs konsentrasi mangan (Mn) 28

4.7 Kurva tegangan vs regangan dengan konsentrasi 0,6 % 29

4.8 Sampel uji Kekerasan 31

4.9 Kekerasan vs Konsentrasi unsur Mn 32

4.10 Sampel uji impack 33

4.11 Nilai Impack ( J/ mm2 ) vs persentase Mangan ( % ) 34

4.12 Spesimen Uji Metalograpi 36

4.13 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,2 % 37 4.14 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,3 % 37 4.15 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,4 % 38 4.16 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,5 % 39 4.17 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,6 % 39

(16)

Daftar Lampiran

No. Lampiran

Judul Halaman

A Table Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975 ) L-1

B Foto kegiatan L-2

(17)

PENGARUH KONSENTRASI MANGAN (Mn) TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang “Pengaruh Konsentrasi Mangan Terhadap Sifat Mekanik Baja Karbon Rendah”. Baja karbon SC 37 pada memiliki kuat tarik ≥ 37 kgf/mm2, pertambahan panjang ≥ 26 %. Untuk mengetahui pengaruh mangan (Mn) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah ini dilakukan ekperimen dengan cara memvariasikan persentase unsur mangan (Mn) . Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tanur listrik induksi kemudian persentase unsur mangan (Mn) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: v1= 0,20 %, v2 = 0,30 %, v3 = 0,40 %, v4 = 0,50 %, dan v5 = 0,60 %, masing-masing dicor pada cetakan pasir. Sampel yang dihasilkan melalui variasi persentase unsur mangan (Mn) diuji untuk melihat sifat mekaniknya, pengujian yang dilakukan adalah: pengujian tarik, kekerasan, impak, dan metalograpi. Data yang diperoleh dari hasil pengujian dianalisa, kesimpulan konsentrasi mangan menyebabkan kuat tarik dan kekerasan semakin besar sedangkan regangan, perpanjangan, nilai impaknya semakin kecil atau logam semakin getas dan jumlah perlit yang mengendap pada batas butiran semakin banyak. Hasil pengujian sesuai standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 ( 1975 ).

(18)

THE CONCENTRATION EFFECK OF MANGANASE (Mn) ON MECHANICAL PROPERTIES OF LOW CARBON STEEL

ABSTRACT

Has done research on "Effect of Manganese Concentration Against the Mechanical Properties of Low Carbon Steel". SC 37 on carbon steel has a tensile strength ≥ 37 kgf/mm2, the length of ≥ 26%. To determine the effect of manganese (Mn) on the mechanical properties of low carbon steel was conducted experiments by varying the percentage of the element manganese (Mn). Raw materials with the composition of SC 37 is melted in electric induction furnace and then the percentage of the element manganese (Mn) varied as much as five variations are: V1 = 0.20%, v2 = 0.30%, 0.40% = v3, v4 = 0.50 %, and v5 = 0.60%, respectively casted in sand molds. Samples are produced through the variation percentage of the element manganese is tested to see its mechanical properties, the tests performed were: tensile testing, hardness, impact, and metalograpi. Data obtained from the test results are analyzed, conclusions concentrations of manganese causes the tensile strength and hardness whereas the greater the strain, the extension, the smaller the value impaknya or metal more brittle and the amount of perlite to settle to the grain boundaries more and more. Test results according to standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 (1975)

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Baja adalah paduan antara besi (Fe) dan karbon (C) dengan penambahan paduan lainnya. Baja paling banyak digunakan sebagai produk akhir seperti komponen otomotif, tranformer listrik dan untuk proses manufaktur lainnya seperti proses pembuatan lembaran besi, proses ekstrusi dan lain-lain. Dasar pemilihan pemakaian baja ini seiring dengan terus berkembangnya industri otomotif dan kebutuhan masyarakat akan kendaraan bermotor , komponen permesinan, ban konstruksi dan bidang lainnya terutama didasarkan pada sifat mekaniknya jika sifat logam sangat keras sangat sulit dalam pembentukannya. ( Tri Harya Wijaya, 2010 )

Sifat mekanik ini sangat ditentukan oleh kandungan paduan yang terdapat di dalamnya. Kandungan unsur ini akan membentuk struktur mikro pada baja, sehingga dengan merubah komposisi maka struktur mikro juga berubah dan perubahan ini akan mempengaruhi sifat mekaniknya. Selain itu perubahan struktur mikro juga dapat dilakukan dengan cara perlakuan panas yaitu dengan merubah kecepatan pendinginan. Kemampuan pengerasan baja (hardenability) memiliki rentangan yang besar sehingga dapat disesuaikan dengan sifat mekanik yang sesuai dengan yang diinginkan dari dari bajaitu.

(20)

menentukan apakah struktur dan sifat-sifat material optimum, agar daya tahan yang dicapai maksimum (Taufikkurrahman,dkk.,2005).

Pada pengecoran dengan cetakan pasir, laju pembekuan tergolong lambat sehingga karakteristik paduan yang dihasilkan cenderung memiliki butiran yang kasar yang mengakibatkan kuat tarik dan kekerasan coran yang relatif rendah. Selain itu pada pengecoran statik dengan cetakan pasir sering terjadi rongga penyusutan dalam (internal sringkage) dan pengotor bukan logam (non metallic inclusions) terdapat pada coran (Tata Surdia, 1975). Pengaturan komposisi bahan pada tanur kupola sulit dilakukan karena pada proses peleburan berlangsung, material yang mempunyai titik lebur yang lebih rendah akan mencair terlebih dahulu dan material yang mempunyai titik cair yang lebih tinggi mencair belakangan, sehingga ketika pengeluaran cairan logam dari tanur (tapping) dilakukan, komposisinya dapat berubah dari tapping yang pertama ke tapping selanjutnya. Komposisi dari logam cair juga dapat berubah karena tanur kupola menggunakan bahan bakar kokas karena bahan bakar ini bersentuhan langsung dengan logam cair, sehingga dapat terjadi penambahan karbon pada logam cair akibat pemakaian kokas tersebut.(Haposan Situngkir, 2010)

(21)

1.2 Perumusan Masalah

Pada penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh konsentrasi mangan (Mn) terhadap sifat mekanik dan struktur mikro baja karbon rendah SC 37

1.3 Batasan Masalah

Mengingat banyaknya perlakuan yang dapat dilakukan pada baja karbon rendah maka penulis membatasi penelitian ini pada bagaimana pengaruh konsentrasi Mangan terhadap sifat mekanik baja karbon rendah yang divariasikan penambahan Mangan mulai 0,2 % sampai 0,6%.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi mangan (Mn) terhadap sifat mekanik baja karbon rendah.

2. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi mangan (Mn) terhadap karakteristik struktur mikro baja karbon rendah.

1.5 Manfaat Penlitian

Adapun mamfaat penelitian ini adalah

1. Memberikan informasi kepada industri pengecoran logam tentang pengaruh persentasi mangan (Mn) pada baja karbon rendah terhadap sifat mekanik dan struktur mikro.

2. Membantu mengatasi masalah pada industri pembentukan baja karbon rendah untuk membuat alat listrik magnetik, tuangan untuk rel kereta api, dan alat-alat otomotif seperti struktur las .

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi Logam

Logam cor diklasifikasikan menurut kandungan karbon yang terkandung di dalamnya yaitu kelompok baja dan besi cor. Logam cor yang memiliki persentasi karbon maksimum 2,11 % disebut baja dan jika kadar karbon lebih besar dari 2,11 % karbon disebut dengan besi cor. Besi cor komersial secara umum memiliki persentasi karbon (2,5 – 4,3) %. Menurut persentase karbon, baja cor komersial diklasifikasikan dalam tiga jenis yaitu:

1. Baja karbon rendah memiliki kadar karbon lebih kecil dari 0,20 % 2. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,20 sampai dengan 0,50 % 3. Baja karbon tinggi memiliki kadar karbon di atas 0,50 %

Selain ketiga klasifikasi di atas, baja juga diklasifikasikan menurut total kandungan unsur yang terdapat di dalamnya yaitu:

1. Baja paduan rendah (low alloy steels), total kandungan unsur kurang dari 8 %

2. Baja paduan tinggi (high alloy steels), total kandungan unsur di atas 8 %

(Heine Richad.W.et.al., 1967)

2.2 Struktur dan sifat baja cor

2.2.1 Struktur Coran Baja Karbon

(23)

unsur- unsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai0,70 % Si, 0,50 sampai 1,0 Mn, fosfor dibawah 0,06 % dan Belerang dibawah 0,06 % .

Struktur mikro dari baja cor yang mempunyai kadar karbon kurang dari 0,8 % terdiri dari ferit dan perlit. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit. Dalam hal ini apabila kadar karbon diatas 0,80 % , baja terdiri dari perlit dan sementit yang terpisah. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.

2. 2.2 Sifat - Sifat Coran Baja Karbon

Kalau kadar karbon dari baja cor karbon bertambah, kekuatannya bertambah, sedangjan perpanjangannya, pengecilan luas dan harga benturnya berkurang dan menjadi sukar dilas. Penambahan mangan juga memberikan kekuatan tarik yang lebih tinggi tetapi pengaruhnya kurang dibandingkan karbon.Cor baja karbon biasanya dilunakkan, dinormalkan dan distemper sebelum dipakai. Dibanding dengan melunakkan, menormalkan coran baja karbon memberikan butir-butir halus dan memberikan harga yang lebih tinggi untuk batas mulur serta kekuatan tarik. Perpanjangan dan pengecilan luasnya juga diperbaiki dengan jalan menormalkan. Perbaikan dari sifat-sifat baja cor dengan jalan menormalkan sangat jelas apabila kadar karbonnya lebih tinggi. Kalau coran baja ditemper pada 6500

Harga bentur baja cor turun sesuai dengan

setelah dilunakkan, maka batas mulur, kekuatan tariknya menurun sedangkan perpanjangan dan pengecilan luasnya lebih baik.

(24)

dari bagian-bagian yang berhubungan dengan badan utama atau dari coran yang terpisah dicor bersama-sama yang kemudian dilunakkan, dinormalkan dan ditemper sebelum pengujian.

2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus

Baja cor khusus terdiri dari baja cor paduan rendah dan baja cor paduan tinggi yang dibuat menambahkan macam-macam unsure paduan kepada baja cor karbon. Mangan dan juga silisium biasanya tidak dapat dihindarkan selalu tercampur waktu pengolahan baja, sehingga dalam hal ini baja cor ini tidak disebut baja cor khusus, kecuali kalau unsure-unsur tersebut ditambahkan sebagai unsur paduan.

Baja ini disebut baja paduan rendah apabila unsur paduannya ditambahkan 1% sampai 2% kabon, dan disebut baja paduan menengah apabila unsur paduannya ditambahkan 2% sampai 5%, dan disebut baja paduan tinggi apabila unsur paduannya diatas harga-harga 5%, tetapi dalam hal ini tidak dibedakan secara tepat.Baja cor khusus biasanya baru dipergunakan setelah melalui pencelupan dingin penormalan, dan penemperan untuk memperbaiki sifat-sifatnya.

Baja cor paduan rendah baja cor karbon dikeraskan dan dikuatkan dengan pencelupan dingin tetapi mampu keraskan agak buruk dan hanya kulitnya saja yang keras. Lapisan yang mengeras menjadi lebih tebal dengan menambah Mn, Cr, Mo atau Ni. Baja ini tersebut boleh dikatakan mempunyai mampu keras yang tinggi. Hal itu disebabkan karena karbon larut dalam austenit yang menyebabkan baja menjadi keras dengan pencelupan dingin.Dalam penormalan, walaupun baja mempunyai mampu keras tinggi akan terdapat perbedaan kekerasan yang kecil antara kulit dan bagian tengahnya. Tetapi kalau baja karbon dikeraskan dengan menambah unsur paduan maka kekerasan baja yang dinormalkan bertambah sebanding dengan kekuatannya. (Tata Surdia)

(25)

keuletan yang lebih buruk dibanding dengan kulitnya. Hal ini disebabkan oleh perbedaan dan perbandingan pembekuan. Kalau masa menjadi lebih besar, di bagian yang lebih dekat ke tengah, pembekuannya menjadi lebih lambat dan strukturnya menjadi lebih lemah.

Baja cor paduan rendah terdiri dari beberapa macam seperti diuraikan di bawah ini : Baja cor mangan rendah dan baja cor khrom mangan mempunyai mampu-keras lebih tinggi dari pada baja cor karbon biasa, sehingga dengan pengolahan panas yang cocok di dapat baja yang murah dan ulet. Baja cor paduan karbon rendah dipergunakan untuk bagian-bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan keuletan, dan baja cor paduan karbon tinggi dipakai gigi dan roda karena sangat baik ketahanan ausnya. (Metalurgi of Steel)

2.4 Baja cor tahan karat

Baja cor tahan karat adalah baja yang diperbaiki tahanan korosinya dengan menambah nikel atau khrom, dan ini akan memberikan ketahanan korosi, katahanan panas dan ketahanan dingin yang baik sekali dibandingkan dengan baja cor karbon biasa. Baja di dalam air atau udara akan berkarat oleh oksidasi, sedangkan baja paduan dengan kandungan khrom lebih dari harga tertentu mempunyai sifat pasip terhadap oksidasi dan bebas karat. Kandungan khrom yang banyak cenderung untuk membuat sifat pasip, dan kebanyakan baja tahan karat mengandung khrom lebih dari 12%.Selanjutnya apabila nikel ditambahkan, maka ketahanan korosi, keuletan pada temperatur rendah, mampu olah dan mampu lasnya diperbaiki. Baja tahan ini dapat digolongkan menjadi : baja tahan karat martensit, austenite dan ferit sesuai dengan struktur mikronya.

2.4.1 Sifat-sifat dari baja cor tahan panas

(26)

cor paduan tinggi dengan khrom tinggi dan baja cor paduan tinggi dengan nikel tinggi sesuai dengan komposisi kimianya. Perbedaannya dengan baja cor tahan karat ialah kandungan karbonnya lebih tinggi dan kekuatannya yang tinggi pada temperature tinggi. Sifat-sifat yang harus dipunyai oleh baja cor tahan panas ialah sebagai berikut

1. Kestabilan permukaan (tahan korosi dan tahan asam yang baik) 2. Kekuatan jalar pada temperature tinggi

3. Keuletan pada temperature tinggi

4. Tahanan yang tinggi terhadap kegetasan karena pengarbonan 5. Tahanan yang tinggi terhadap kelelahan panas

6. Tahan aus yang baik dan deformasi yang kecil

Baja cor tahan panas dipakai untuk baggian-bagian tungku pelebur logam aparat pengolah minyak, klin untuk semen, ketel uap, mesin jet, turbin gas, aparat pembuat gelas, aparat pembuat karet sintesis, dan tungku pemanas logam.

2.4.2 Sifat-sifat dari baja cor mangan (Mn) tinggi

Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahan-lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,dan kemampuan pengerasan.Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa.

(27)

sangat getas karena karbid mengendap pada batas butir austensit, sedangkan struktur yang dicelup dingin dalam air dari 10000

Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik. Jumlah mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara 10-20 %. Semua baja mengandung mangan karena sangat dibutuhkan dalam proses pembuatan baja. Kandungan mangan lebih kurang 0,6 % masih belum dapat sebagai paduan dan tidak mempengaruhi sifat baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh yang besar pada struktur baja dalam jumlah rendah. Dengan bertambahnya kandungan mangan maka suhu kritis menurun secara seimbang. Mangan membuat butiran lebih halus, penambahan unsur mangan dalam baja dapat meningkatkan kuat tarik tanpa mengurangi regang, sehingga baja dengan penambahan mangan memiliki sifat kuat dan kenyal

C menjadi austensit seluruhnya dan keuletannya jauh lebih baik.

Mangan dioksida (sebagai pirolusit) digunakan sebagai depolariser dan sel kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca. Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan khlorin, dan dalam pengeringan cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam analisis kuantitatif dan dalam pengobatan. (Amanto, 1999).

2.5 Sifat- Sifat Mekanik Bahan

(28)

2.5.1 Uji tarik

Uji tarik Adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus. Sampel uji tarik sesuai dengan standard seperti gambar berikut :

Gambar 2.1 sampel uji tarik ASTM Standard E 8M – 04

2.5.1.1 Kuat tarik maksimum

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah: kuat tarik maksimum dan perpanjangan. Kuat tarik suatu bahan dapat ditentukan dengan menarik bahan tersebut sampai beban maksimum. Keterangan-keterangan yang diperoleh pada penarikan bahan dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran benda uji sesuai dengan standard yang digunakan.

Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum (UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995)

UTS,σTS =

= beban maksimum pada watu pengujian (N)

(29)

Sifat yang umum dilakukan terhadap logam adalah kuat tarik maksimum (UTS) yaitu pembebanan maksimum yang diberikan terhadap bahan yang menyebabkan penciutan luas penampang yang akhirnya putus. Nilai kuat tarik maksimum dinyatakan dengan persamaan berikut (Surdia,T. Dan Shinroku, 1995)

UTS,σTS =

= beban maksimum pada watu pengujian (N)

0 = luas penampang (m2

Kenaikan tegangan dari titik luluh sampai kuat tarik maksimum menunjukan bahwa bahan mengalami pengerasan pengerjaan, sehingga pada logam terjadi deformasi plastis. Kuat tarik maksimum sampai kuat tarik putus mengakibatkan luas penampang bahan mereduksi (mengecil) dan terjadi lokalisasi pertambahan panjang hingga akhirnya putus.

)

2.5.1.2 Perpanjangan (elongation)

Pertambahan panjang suatu bahan setelah mengalami uji tarik disebut elongation. Nilai keuletan suatu bahan biasanya ditunjukan oleh harga elongation ini. Apabila harga elongation besar maka bahan tersebut dikatakan ulet (ductility). Keuletan (ductility) adalah kemampuan logam untuk berdeformasi plastis sebelum putus. Secara grafik digambarkan sebagai berikut;

Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan

Praktikum Karakterisasi Material 1 Departemen Metalurgi dan Material ( MMS 31 08 02 ) Fakultas Tehnik Universitas Indonesia.

(30)

Dimana P menyatakan beban aksial dalam Newton dan A menyatakan luas penampang awal (m2

Persetase elongation dinyatakan dengan persamaan berikut

). Dengan memasangkan pasangan nilai tegangan normal σ dan regangan normal ε, data percobaan dapat digambarkan dengan memperlakunan kuantitas-kuantitas ini sebagai absis dan ordinat. Gambar yang diperoleh adalah diagram atau kurva tegangan-regangan. Kurva tegangan-regangan mempunyai bentuk yang berbeda-beda tergantung dari bahannya.

% elongation = 2.2 Dimana : L0

L = panjang setelah bahan putus (mm) = panjang mula-mula (mm)

Panjang mula-mula diukur pada dua batas bagian tengah sampel uji tarik dan panjang akhir sampel diukur pada batas yang sama setelah kedua bagian yang putus disatukan kembali.

Kuantitas E, yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, adalah modulus elastisitas bahan, atau, sering disebut Modulus Young. Karena unit regangan ε merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka E mempunyai satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m2. Untuk banyak bahan-bahan teknik, modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam tarikan.

2.5.2 Uji Kekerasan

(31)

Brinell, Rockwell & Vickers Hardness Tester TH722 Optical Fitur." Cocok untuk menguji kekerasan besi, logam non-ferrous, logam keras, lapisan carburized dan kimia mengobati lapisan" Beberapa metode pengujian: Brinell & Rockwell & Vickers" Berbagai jenis pengujian kekuatan dan dapat dipilih indentor " Mengadopsi uji kekuatan transformasi kerangka kerja dan sistem pengukuran optik instruksi" Dilengkapi dengan indentasi alat pengukur seperti gambar berikut:

Gambar 2.3 Brinell, Rockwell & Vickers Optical Hardness Tester TH722 Beberapa metode pengujian kekerasan logan, yaitu :

- Metode gores

- Metode kekerasan Brinell - Metode kekerasan Rockwell - Metode kekerasan Vickers - Metode kekerasan Vickers mikro

(32)

2.5.3 Uji Impact

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi. Sampel uji disesuaikan dengan standar ASTM E23-56T. Seperti gambar 2.4

Gambar 2.4 sampel uji impack

Pengujian ini dilakukan untuk membanding-kan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur mangan (Mn) yang berbeda. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charpy Impact Machine Uji impact dirancang untuk mengukur ketahanan bahan terhadap pembebanan tiba-tiba atau gaya kejut dan yang diukur adalah energy impact atau energy yang diserap sebelum bahan patah. Metode yang paling umum untuk mengukur energy impact adalah :

- Test Impact Charpy - Test Impact Izod

(33)

Test ini paling sering digunakan pada logam, namun juga digunakan pada polimer, keramik, dan komposit karena test ini lebih ekonomis dan cepat untuk menentukan ketangguhan bahan dan aplikasi pengendalian kualitas.(Azom,2005).

2.5.4 Struktur Mikro

Struktur mikro merupakan butiran-butiran suatu benda logam yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang sehingga perlu menggunakan metalurgical microscope untuk pemeriksaan butiran-butiran logam tersebut. Struktur material berkaitan dengan komposisi, sifat, sejarah dan kinerja pengolahan, sehingga dengan mempelajari struktur mikro akan memberikan informasi yang menghubungkan komposisi dan pengolahan sifat dan kinerjanya.

(34)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Balai Riset dan Standardisasi Industri Medan, Jl. Sisingamanganraja No.24 Medan yang pelaksanaannya di Tanjung Morawa, peleburannya di CV Peleburan Logam Tanjung Morawa, pengujian tarik dan pengujian impak di Balai Riset dan Standardisasi Industri Medan pengujian kekerasan dan pengamatan struktur mikro di PTP-4 Dolok Ilir Serbalawan .

3.2 Bahan dan Alat

Kelengkapan bahan dan alat dalam penelitian sangat mendukung kevalitan data dalam penelitian.

3.2.1 Bahan yang digunakan dalam penelitian seperti pada tabel 3.1 Tabel 3.1 Bahan yang digunakan

(35)

3.2.2 Alat yang digunakan

Alat yang digunakan dalam penelitian dituliskan pada tabel 3.2 Table 3.2 Alat yang digunakan dalam penelitian

No Nama Alat Kegunaan Keterangan

1 Tanur Listrik Melebur bahan baku SC 37

2 Termokopel Mengukur Suhu Suhu 1500-1700 0

3

C Spectrometer Menguji komosisi

4 Pattern ( pola ) Tuangan pembentukan

ketel

5 Ladel Untuk transportasi logam

cair

6 Mesin gerinda potong Penyiapan benda uji tarik, kekerasan, struktur mikro

7 Mesin bubut Pembentukan benda uji

tarik, kekerasan

Spesimen uji

8 Mistar ukur Pengukuran benda uji mm

9 Mesin uji tarik Pengujian kuat tarik

10 Brinel Hardnes Tester Pengujian Kekerasan HB 11 Mesin Impak Pengujian Impak

12 Mesin gerinda duduk Penyiapan benda uji, kekerasan, stuktur mikro

13 Mesin Amplas Penyiapan benda uji,

kekerasan, struktur mikro

(36)

Mesin potong

Pemotongan sampel uji dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai macam alat potong, yang paling penting di sini adalah pencegahan pengaruh panas pada sampel uji ketika proses pemotongan berlangsung. Panas yang terjadi pada saat pemotongan dapat merubah struktur mikro dari sampel yang akan diuji.

Gambar 3.1 Presision Catting Machine

Mounting press

Mounting press digunakan untuk membuat pegangan sampel uji yang terlalu

kecil dan tipis. Sampel uji yang kecil ditanamkan dalam bahan termoset dengan cara memanaskan termoset pada suhu sekitar 70 0

Mesin gerinda

C , dipress lalu didinginkan dengan cara ini maka sampel uji yang kecil dapat dipegang pada saat memolesnya.

(37)

Gambar 3.2 Mesin Gerinda

Mesin poles

Mesin poles digunakan untuk memoles permukaan sampel uji, kehalusan permukaan sampel ditentukan dari penggunaan kertas pasir, semakin besar nomor kertas pasir maka permukaan sampel semakin halus. Pada mesin ini dapat dipakai pemolesan dengan memakai bubu alumina dengan besar butir satu mikron. Setelah selesai pemolesan dengan bubuk alumina maka sampel sudah dapat difoto dengan memekai metalurgical microscope.

(38)

Stand press

Untuk memperoleh gambar yang jelas saat pengamatan stuktur mikro pada

metallurgical microscope, maka permukaan sampel uji tegak lurus terhadap cahaya yang berasal dari mikroskop, sehingga pencahayaan mikroskop dapat difokuskan dengan baik pada permukaan yang diamati.

Metallurgical microscope

Mikroskop ini dilengkapi dengan beberapa lensa dengan pembesaran 50X, 100 X, 200 X, dan 1000 X, oleh karena itu dapar dipilih pembesaran yang sesuai dengan kebutuhan. Mikroskop ini juga dilengkapi dengan kamera digital sehingga gambar struktur mikro dari sampel dapat difoto dengan jelas.

Gambar 3.4 Metallurgical microscope

3.3 Variabel Penelitian

3.3.1 Variabel Tetap (bebas) : mangan (Mn) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: v1= 0,20 %, v2 = 0,30 %, v3 = 0,40 %, v4 = 0,50 %, dan v5

(39)

3.4 Prosedur Penelitian

Bahan baku yang digunakan dalam penetian adalah baja karbon rendah dengan komposisi C,Si, Mn, P, dan S. Bahan ini dilebur pada tanur listri induksi sampai pada suhu 14000C. Pada saat peleburan akan terjadi kehilangan unsur akibat reaksi kimia tersebut dengan oksigen. Kekurangan unsur ini dapat ditambah (dikoreksi) dengan menambah unsur paduan seperti Fe Si75, Carburizar, dan FeP75 Untuk mengetahui

pengaruh mangan terhadap sifat mekanik baja karbon rendah tersebut dibuat 5 (lima) sampel deagan memvariasikan persentase mangan (Mn). Bahan baku dengan komposisi SC 37 dilebur pada tanur listrik induksi kemudian persentase unsur mangan (Mn) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: v1= 0,20 %, v2 = 0,30 %, v3

= 0,40 %, v4 = 0,50 %, dan v5 = 0,60 %. Cetakan dibuat dengan pasir cetak sesuai

(40)

3.5 Diagram Alir Penelitian

Memulai

Persiapan

Peleburan

Logam Cair

Variasi

ya

Penuangan

Sampel uji 1, 2, 3, 4, & 5

Uji tarik Uji Kekerasan Uji impak Uji Metalograpi

Data

Analisa

Kesimpulan Tanur Listrik Induksi

Bahan Baku

Bahan Paduan

P l P l b

koreksi

Cetakan

(41)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pembuatan Sampel Uji

Pembuatan sampel uji dilakukan dengan cara melebur bahan baku berupa skrap baja karbon rendah pada tanur listrik induksi. Konsentrasi unsur mangan (Mn) divariasikan sebanyak lima variasi yaitu: 0,2 %, 0,3 %, 0,4 %, 0,5 %, dan 0,6 %.

Sampel dicor dalam bentuk Keel block pada cetakan pasir sesuai dengan standar ASTM E 8M – 04 seperti yang ditujukkan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Keel Block a) Tampak Samping,b) Tampak Atas Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian

a

(42)

4.2 Pengujian Tarik

Sampel uji tarik dibuat dari keel block dengan cara memotongnya dengan memakai mesin gergaji lalu dibentuk dengan memakai mesin bubut sesuai dengan bentuk dan ukuran benda uji tarik sesuai dengan standar ASTM E 8M – 04. Sampel uji tarik dibuat masing-masing tiga buah untuk setiap variasi mangan (Mn), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.

lo = 45 mm do

Gambar 4.2 Sampel uji tarik

= 9 mm

Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi mangan (Mn) pada baja karbon rendah ini, dilakukan pengujian tarik terhadap sampel uji untuk masing-masing variasi mangan (Mn). Penarikan sampel uji dilakukan pada mesin uji tarik Universal Testing Machine sampai sampel uji tersebut putus. Sebelum pengujian dilakukan terlebih dahulu dilakukan pengukuran sampel uji seperti panjang ukur (lo), diameter

mula-mula (do). sampel diikat pada kedua ujungnya pada mesin uji tarik lalu dilakukan

pembebaanan. Pada saat pengujian berlangsung dilakukan pengamatan dan pencatatan besarnya beban pada saat batas elastis (yelt), beban maksimum dan beban pada saat spesimen putus. Setelah pengujian selesai, spesimen dikeluarkan dari mesin uji tarik dan dilakukan pengukuran. Pengukuran yang dilakukan adalah: panjang ukur setelah putus (lf), diameter ukur setelah putus (df). Gambar benda uji setelah

(43)

Gambar 4.3 Benda Uji Setelah Putus

Setelah putus kemudian dihubungkan kembali lalu diukur. Data hasil pengukuran dimasukan pada tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Data Pengujian Tarik

No

(44)

penampang benda uji setelah putus (Af), tegangan luluh (σy), tegangan maksimum

(σu), tegangan pada saat patah (σf

Pada variasi mangan (Mn) 0,2 % diperoleh:

), regangan (ε ), dan reduction area (R).

Pertambahan panjang (฀l

฀

),

l

luas penampang benda uji mula-mula = lf – lo = 58.50 – 45 = 13.50 mm

A0 = ฀/4 d02 = 3,14/4 x 9,002

Luas penampang benda uji setelah putus = 63.585 mm

Af = ฀/4 df2 = 3,14/4 x 7.102

Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan untuk semua variasi mangan (Mn), hasil perhitungan ditabelkan pada Tabel 4.2.

= 39.572 mm

Tabel 4.2 Hasil perhitungan Pengujian Tarik

(45)

11.2 63.585 42.292 311.543 444.179 424.130 24.9 33.5

Hasil perhitungan pengujian tarik pada tabel 4.2, dibuat harga rata-rata pada tabel 4.3

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Pengujian Tarik Rata-rata

No

Variasi

Mn

σ

y

σ

u

σ

f

ε

฀l R E

(%) _(kN/mm2

) (kN/mm2) (kN/mm2) (%) (mm) (%)

1 0.2 259.75 371.14 341.89 29.78 13.40 38.44 11.481

2 0.3 290.55 414.77 393.73 29.44 13.25 37.97 13.375

3 0.4 296.78 423.90 343.43 28.52 12.83 37.13 12.042

4 0.5 304.48 435.19 407.50 26.44 11.90 35.71 15.41

5 0.6 311.13 443.89 424.41 25.26 11.37 35.00 16.802

Hasil perhitungan pengujian tarik, dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara kuat tarik dengan konsentrasi mangan (Mn) (Gambar4.4)

Gambar 4.4 Grafik Kuat tarik (kN/mm2

Gambar 4.4 memperlihatkan bahwa pertambahan konsentrasi mangan (Mn) mengakibatkan kuat tarik semakin besar. mulai 0,2 % sampai 0,6 % kerena

(46)

penambahan konsentrasi mangan meningkatkan kegetasan dan kekuatan tarik logam, sehingga kuat tariknya semakin besar.

Hasil perhitungan pengujian tarik dapat dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara regangan dengan konsentrasi mangan (Mn) seperti Gambar 4.5

Gambar 4.5 Grafik Regangan (% ) vs Konsentrasi Mmangan (%)

Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pertambahan konsentrasi mangan (Mn) mengakibatkan regangan semakin kecil mulai 0,2 % sampai 0,6 % karena penambahan konsentrasi mangan meningkatkan kegetasan dan kekuatan tarik logam, sehingga kuat tariknya semakin besar mengakibatkan regangannya semakin kecil. Hasil perhitungan pengujian tarik dapat dibuat grafik hubungan perpanjangan dengan konsentrasi mangan (Mn) seperti gambar 4.6

(47)

Dari gambar 4.6 dapat dilihat bahwa pertambahan konsentrasi mangan (Mn) mengakibatkan perpanjangan semakin kecil mulai 0,2 % sampai 0,6 % karena penambahan konsentrasi mangan meningkatkan kegetasan dan kekuatan tarik logam, sehingga kuat tariknya semakin besar mengakibatkan perpanjangan semakin kecil. Persentase pertambahan panjang didefiniskan sebagai pertambahan panjang setelah patah dibagi dengan panjang awal dan dikalikan dengan seratus. Baik persentasi pengurangan luasan-penampang dan pertambahan panjang merupakan ukuran keuletan atau ductility bahan

Hasil perhitungan pengujian tarik dapat dibuat grafik Kurva tegangan-regangan seperti gambar 4.7

Gambar 4.7 Kurva tegangan-regangan dengan konsentrasi mangan 0,6 %

Ordinat suatu titik yang hampir berimpitan dengan titik P diketahui sebagai batas elastis, yaitu tegangan maksimum yang terjadi selama tes tarikan sedemikian

keterangan :

σy = tegangan luluh

σu = tegangan maksimum

σf = tegangan pada saat patah

σy

σu

(48)

sehingga tidak terjadi perubahan bentuk atau deformasi maupun residu permanen ketika pembebanan dipindahkan. Pada kasus-kasus dimana pemisahan diantara dua nilai ditemukan, nilai batas elastis selalu sedikit lebih besar daripada batas proporsi. Selang elastis dan plastis (elastic and plastic ranges) Daerah atau rentang kurva tegangan-regangan yang ditarik dari origin sampai batas proporsi disebut selang elastis; sedang rentang kurva tegangan regangan yang ditarik dari batas proporsi sampai titik runtuh (point of rupture) disebut selang pastis.

Titik lelah (yield point) yang dinyatakan dengan σyp

Tegangan putus (breaking strength) Modulus kekenyalan, keuletan (modulus of resilence) Kerja yang dilakukan suatu unit volume bahan, seperti misalnya gaya tarikan yang dinaikkan secara bertahap dari nol sampai suatu nilai dimana batas proporsional bahan dicapai, disebut sebagai batas kekenyalan. Ini dapat dihitung sebagai luasan dibawah kurva tegangan regangan dari titik origin sampai batas proporsional. Satuan untuk kuantitas ini adalah (kN/mm

, dimana terjadi peningkatan atau pertambahan regangan tanpa adanya penambahan tegangan disebut sebagai titik lelah dari bahan. Setelah pembebanan mencapai titik Y, maka dikatakan terjadi kelelahan. Pada beberapa bahan terdapat dua titik pada kurva tegangan-regangan dimana terjadi peningkatan tegangan-regangan tanpa perubahan tegangan. Masing-masing disebut titik lelah atas dan titik lelah bawah. Tegangan maksimum (ultimate strength, tensile strength) ordinat maksimum pada kurva, diketahui sebagai tegangan maksimum atau tegangan puncak dari bahan.

2

(49)

bagian patah dibagi dengan luas awal dikalikan dengan seratus didefinisikan sebagai persentase pengurangan luas-penampang. Perlu dicatat ketika gaya yang tarik bekerja pada suatu batang, luas penampangnya berkurang, tetapi perhitungan untuk tegangan normal biasanya dibuat pada basis luasan awal. Ketika regangan menjadi semakin besar maka sangat penting untuk memperhatikan nilai luasan penampang melintangnya, dan kalau ini dilakukan maka akan diperoleh kurva tegangan regangan yang benar. Ordinat pada kurva tegangan-regangan dimana bahan mengalami perubahan bentuk atau deformasi yang tetap ketika pembebanan dipindahkan disebut kekuatan atau tegangan lelah bahan.

4.3 Pengujan Kekerasan

Sampel uji kekerasan dibuat berbentuk silinder dan kedua ujungnya diratakan dengan memakai mesin bubut dan dihaluskan dengan memakai kertas pasir no.600.

Seperti pada gambar 4.8

Gambar 4.8 sampel uji Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan pada alat uji Rockwell Hardness Tester Pengujian kekerasan dilakukan pada tiga titik. Data penelitian seperti pada tabel 4.4

(50)

(51)

Gambar 4.9 Kekerasan vs Konsentrasi unsur Mn

Gambar 4.9 diatas memperlihatkan pengaruh konsentrasi mangan terhadap kekerasan meningkat mulai 0,2 % sampai 0,6 % peristiwa ini terjadi karena partikel unsur mangan mengisi kekosongan struktur baja karbon rendah SC 37 pada saat peleburan. Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik.

4.4 Pengujian Impak

Pengujian ini dilakukan untuk membanding-kan benda uji yaitu baja karbon rendah dengan kandungan unsur mangan (Mn) yang berbeda. Jadi spesimen uji dibuat sedemikian rupa sehingga kedua benda uji benar-benar memiliki dimensi yang sama. Pengujian ini menggunakan mesin Charpy Impact Machine. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu spesimen terhadap beban patah. Hal yang sangat penting pada uji impact ini adalah pembuatan takik yang memerlukan ketelitian khusus dan kepresisan yang tinggi. Sampel Uji impak dibuat sesuai standar Berdasarkan ASTM E23-56T Seperti gambar 4.10

a = 8 mm b = 10 mm

lo

Gambar 4.10 sampel uji impak = 55 mm

Keterangan : lo

b = tinggi sampel = 10 mm = panjang sampel = 55 mm

(52)

Gambar 4.11 kegiatan pengujian uji impak

Setelah dilakukan pengujian diperoleh data dan dimasukan pada tabel 4.5. Tabel 4.5 Uji Impak

No

Variasi

Mn Dimensi

Luas

Patahan Energi (Joule)

Nilai Impak

rata individu Rata-rata

(53)

Data pada tabel 4.5 secara grafik digambarkan pada gambar 4.12

Gambar 4.12 Nilai Impack ( J/ mm2

Gambar 4.12 diatas memperlihatkan pengaruh konsentrasi mangan terhadap baja karbon rendah 37 pada uji impact konsentrasi mangan dinaikan mulai 0,2 % sampai 0,6 % nilai impaknya semakin kecil karena material yang liat menyerap enengi yang lebih besar untuk mematahkannya dan material yang getas memerlukan energi yang lebih kecil untuk mematahkannya. Dengan demikian penambahan konsentrasi mangan pada baja karbon rendah SC 37 menambah kegetasannya sehingga energi impaknya semakin kecil.

) vs persentase Mangan ( % )

4.5 . Uji Metalografi

Sampel uji struktur mikro diambil dari keel block, masing-masing satu buah untuk setiap variasi mangan (Mn). Untuk mempermudah proses persiapan sampel maka sampel uji dibuat dalam bentuk silinder dan kedua ujungnya diratakan dengan memakai mesin bubut. Sebelum dilakukan pengamatan struktur mikro pada

(54)

ukuran yang paling kasar sampai kepada ukuran yang paling halus. Kertas pasir yang digunakan berturut-turut adalah kertas pasir ukuran 240, 320, 400, 500, 600, 800, dan 1000. Setelah pemolesan dengan kertas pasir selesai lalu dilanjutkan dengan pemolesan dengan menggunakan alumina powder ukuran satu mikron. Spesimen Uji Metalograpi ditunjukkan pada Gambar 4.13.

Spesimen uji metalograpi yang telah dietsa dengan Nital 3 % (Alkohol 97 % dan HNO3 3 %), diletakkan di bawah metalurgical mikroscope dan dilakukan

pengamatan terhadap struktur mikro yang terjadi pada spesimen tersebut lalu diambil fotonya pada pembesaran 200 x. Foto struktur mikro untuk setiap variasi mangan (Mn) ditunjukkan pada Gambar 4.14 sampai pada Gambar, 4.18

(55)

Ferit Perlit

Gambar 4.14 Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,2 % dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

Dengan konsentrasi mangan 0,2 % terlihat jumlah perlit sedikit dibandingkan jumlah Ferit karena karbida mangan mengendap pada batas butir austensit. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impak menurun.

Perlit Ferit

Gambar 4.15. Gambar Struktur Mikro pada Konsentrasi Mn 0,3 % dietsa dengan Nital 3 %, pembesaran 200 x

100 µm

(56)

Dengan penambahan konsentrasi mangan menjadi 0,3 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah Ferit pada konsentrasi 0,2 % karena karbida mangan mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impak menurun.

Perlit Ferit

Dengan penambahan konsentrasi mangan menjadi 0,4 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah Ferit pada konsentrasi 0,3 % karena karbida mangan mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impak menurun.

(57)

Perlit Ferit

Dengan konsentrasi mangan 0,5 % terlihat jumlah perlit bertambah sedikit dibandingkan jumlah Ferit pada konsentrasi 0,4 % karena karbida mangan mengendap pada batas butir austensit juga bertambah. Semakin banyak jumlah perlit kuat tarik meningkat, regangan menurun, perpanjangan juga menurun, kekerasan meningkat sedangkan energi impak menurun.

Ferit Perlit

100 µm

(58)

(59)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

1. Pengaruh konsentrasi mangan mulai 0,2 % sampai 0,6 % terhadap baja karbon rendah SC 37 menyebabkan kuat tarik semakin besar regangan semakin kecil, pertambahan panjang semakin kecil, modulus elastisitasnya semakin kecil, meningkatkan kekerasan, nilai impaknya semakin kecil atau logam semakin getas

2. Pengaruh konsentrasi mangan mulai 0,2 % sampai 0,6 % pada baja karbon rendah SC 37 menambah jumlah perlit yang mengendap pada batas karbida sehingga logam semakin keras.

3. Berdasarkan tabel 4.3 hasil pengujian tarik rata-rata dibandingkan dengan tabel standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 ( 1975 ) tegangan maksimum atau tegangan puncak ≥ 362.8461 (kN/mm2) dari hasil penelitian untuk konsentrasi mangan 0,2 %, 0,3 %, 0,4 %, 0,5 % dan 0,6 % berturut turut 371,14 (kN/mm2); 414,77 (kN/mm2); 423,90 (kN/mm2); 435,19 (kN/mm2); dan 443,89 (kN/mm2) maka hasil penelitian semua konsentrasi .memenuhi standard Carbon Steel Casting JIS G 5101 ( 1975 )

5.2. SARAN

(60)

DAFTAR PUSTAKA

Annual book of ASTM ASTM Standard E 8M – 04 , Standard Test Method for Tension Testing of Metallic Materials

Annual book of ASTM ASTM Standard E 10-08, Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials

Annual book of ASTM ASTM Standard E 23-07, Standard Test Method for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials

Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan, Jakarta: PT. Bumi Aksara. Khairul Sakti,2009, Pembuatan Komposit Metal Al Alloy Nano Keramik SiC Dan

Karakteristiknya, Tesis,Universitas Sumatera Utara

Suherman. W, 1987. Pengetahuan Bahan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Situngkir Haposan, 2010, Pengaruh Putaran Cetakan Terhadap sifat Mekanik Besi cor Kelabu Pada Pembuatan Silinder Linier Mesin Otomotif Dengan

Pengecoran Sentrifugal Mendatar,Tesis FT USU,Medan

Sukmawati,2008, Perbandingan Frakai Baja Mangan Dengan Beberapa Counting Meyhods,Tesis FMIPA USU, Medan

\

Triharya Wijaya,2010, Analisis Struktur Paduan Akibat Pengaruh Temperatur

Pemanasan Dan Pendinginan Terhadap SiFat Mekanik Dan Espansi Termal Paduan CuPbSn Sebagai Bussing, Tesis FMIPA USU,

Medan

Tata Surdia, Kenji Chijiiwa, , 1975 Tehnik Pengecoran Logam, Tokyo Japan Tata Surdia, Kenji Chijiiwa, 1975, Teknik Pengecoran Logam, Pradnya

(61)

Taufikurrahman dan Safei, Ian Hardianto, S., 2005, Analisa Sifat Mekanik Bahan Paduan Tenbaga- Seng Sebagai Alternatif Pengganti Bantalan Gelinding Pada Lori Pengangkut Buah Sawit, Jurnal Tehnik Mesin, Vol.7.77-84

Yuono, AH, 2009, Praktikum Karakterisasi Material 1 Departemen Metalurgi dan Material ( MMS 31 08 02 ), Fakultas Tehnik Universitas Indonesia,

Jakarta

---, 2006, Microstruktural Mapping of Headfield Manganese Steell 3401 in Aging Treatment 5 th International Mathbils Technology, Conference Exhibition (IMICE) Mutiara Crown Plaza-KL Paper No. OMG 09. ---, 2006, Microstruktural Mapping of Headfield Manganese Steell 3401 in

Aging Treatment, International Metalurgi Conference

---, 2007, Fundamental Microstruktur Mapping of the Headfield Manganese Steell During the treatment in (α + δ) Region CADME, Kuala Perlis- Perlis Malaysia

---, 2006, International Metallurgy, Conference (IMC) – Perlis Kangar Putra Palace – Malaysia No. Po 9

---, Foundry Enginneering,Nagoya International Training Centre Japan International Cooperation Agency (JICA)

---, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials desember 2010, 1700 )

---, 2009 e. Gordonengland. The Brinell Hartness,

http://www. Gordonengland.co.uk. hartness / brinell.htm (diakses 17 januari 2011, 1700 )

---, 2010a. Wikipedia, Broze (diakses 10 Pebruar2011, 1700 )

---, 2010b.Wikipedia, Bushing (bearing),

(62)

--- , 2007b.Wikipedia, Microstructure,

2011, 2300 )

---, 2011, brinell-rockwell-vickers-optical-hardness-tester-th722.htm,

(63)