“ANALISIS KEKERASAN BAJA ST 41 pada PELAPISAN METODE HOT DIP GALVANIZING dengan VARIASI HOLDING TIME dan MEDIA
PENDINGIN”
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Strata Satu (S1)
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Islam Malang
Disusun Oleh:
Muhammad Rafiud Darojat NPM. 21701052030
UNIVERSITAS ISLAM MALANG FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN 2022
ABSTRAK
Pelapisan (coating) pada material logam merupakan salah satu upaya atau tindakan untuk memproteksi logam substrat dari proses oksidasi, akan tetapi dibutuhkan pula pelapisan pada sifat tertentu (khusus) pada permukaan, seperti sifat keras, sifat tahan aus dan tahan high temperature. Logam yang digunakan pada penelitian ini adalah Baja ST 41. Baja ST 41 termasuk kategori Low Carbon Steel, dimana secara teori memiliki kekerasan yang rendah.
Penelitian ini menggunakan metode pelapisan Hot Dip Galvanizing dengan logam pelapis Zinc. Suhu temperatur pelapisan 7000 C dengan variasi holding time 40, 60, 80 menit kemudian menggunakan variasi pendingin Air laut, Ekstrak Daun Ketapang, Udara. Didapatkan hasil pengujian Struktur Mikro persentase Beta fasa (β) tertinggi pada perlakuan holding time 80 menit dengan pendingin Air laut yaitu sebesar 47,130% sedangkan persentase fasa Alfa (α) terendah terjadi pada holding time 40 menit dengan pendingin Udara yaitu sebesar 31,471%.
Dihasilkan nilai rata- rata pengujian Kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell tertinggi terjadi pada perlakuan holding time 80 menit dengan pendingin Air laut dengan nilai sebesar 105,8 HRf, sedangkan nilai rata- rata kekerasan terndah didapatkan pada perlakuan holding time 40 menit dengan pendingin Udara yaitu sebesar 89, 6 HRf. Kesimpulan dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwa holding time sebelum waktu pelapisan dan pendinginan setelah pelapisan berpengaruh pada struktur mikro dan kekerasan pada pelapisan zinc (Zn).
Kata Kunci : Baja ST 41, Hot Dip Galvanizing, Holding Time, Air Laut, Ekstrak Daun Ketapang, Udara, Kekersan Rockwell, Struktur mikro.
ABSTRACT
Coating on metal materials is one of the efforts or actions to protect the metal substrate from the oxidation process, but coating is also needed on certain (special) properties on the surface, such as hard properties, wear-resistant properties and high temperature resistance. The metal used in this study was ST 41 Steel. ST 41 steel belongs to the category of Low Carbon Steel, which in theory has a low hardness.
This study used the hot dip galvanizing coating method with Zinc coating metal. The coating temperature is 7000 C with a holding time variation of 40, 60, 80 minutes then using a variation of cooling Sea water, Ketapang Leaf Extract, Air. The results of the Microstructure test of the highest percentage of Beta phase (β) at the 80-minute holding time treatment with seawater cooling were 47.130%
while the lowest percentage of Alpha phase (α) occurred at 40-minute holding time with Air conditioning which was 31.471%. The average value of hardness testing using rockwell hardness testing equipment was highest in the 80-minute holding time treatment with seawater cooling with a value of 105.8 HRf, while the average value of the hardest hardness was obtained at the 40-minute holding time treatment with Air conditioning, which was 89.6 HRf . The conclusions of the results of this study show that the holding time before the coating time and cooling after coating have an effect on the microstructure and hardness in zinc (Zn) coating.
Keywords : ST 41 Steel, Hot Dip Galvanizing, Holding Time, Sea Water, Ketapang Leaf Extract, Air, Rockwell Hardness test, Microstructure testing
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan dan kemajuan teknologi dalam bidang pelapisan logam semakin berkembang. Logam adalah material yang umum digunakan pada bidang industri manufaktur, salah satunya ialah baja. Penggunaan baja dapat disesuaikan dengan sifat material yang diperlukan, sebab baja memiliki sifat dan karakteristik bermacam- macam. Baja adalah logam paduan, logam besi yang berfungsi sebagai unsur dasar dicampur dengan beberapa elemen lainnya, termasuk unsur karbon. Baja karbon merupakan salah satu jenis baja paduan yang terdiri atas unsur besi (Fe) dan karbon (C). Besi merupakan un- sur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Dalam proses pembu- atan baja akan ditemukan pula penambahan kandungan unsur kimia lain sep- erti sulfur (S), fosfor (P), slikon (Si), mangan (Mn) dan unsur kimia lainnya sesuai dengan sifat baja yang diinginkan. Baja karbon memiliki kandungan unsur karbon dalam besi sebesar 0,2 % hingga 2,14 %, dimana kandungan karbon tersebut berfungsi sebagai unsur pengeras dalam struktur baja.
Baja biasanya diaplikasikan sebagai atap bangunan, jembatan, bangunan, pipa-pipa dan rangka -rangka tower listrik didalam industri. Pada konstruksi mesin digunakan untuk bagian yang bergesekan satu sama lain seperti poros, roda gigi, bantalan, dan lain- lain karena sifatnya sangat ulet.
Baja ST 41 salah satunya, merupakan jenis logam karbon rendah yaitu 0,3%
C dengan kata lain logam ini terdiri dari campuran ferrite dan pearlite yang kandungannya sama-sama besar atau setara dengan baja S 40 C (JIS, G4051), dengan komposisi paduan 0,37-0,43%C, 0,5-0,35%Si, 0,60- 0,90%Mn (Sumiati, 2020).
(Ali Mustofa, 2018) Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mengalami gesekan dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri adalah suatu keadaan dari material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut
sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal. Lebih mudahnya kekerasan didefin- isikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik ma- terial dan melihat mutu serta spesifikasi kualitas tertentu.
Kekerasan (hardness) merupakan hal terpenting dalam menentukan material agar sesuai dengan keperluan yang dikehendaki dari suatu material.
Kekekrasan yaitu ketahanan material terhadap penekanan atau deformasi dari material lain yang lebih keras (Isworo, 2020). Adapun upaya meningkatkan kekuatan baja ST 41 yaitu dengan perlakuan panas (heat treatment) dan wak- tu penahanan (holding time). Perlakuan panas meruapakan suatu proses untuk merubah sifat- sifat dari logam sampai suhu tertentu kemudian didinginkan dengan media pendingin tertentu, tujuannya agar dapat meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan internal (internal stress), mengahluskan ukuran butir kristal dan meningkatkan kekerasan atau tegangan tarik logam.
Sedangkan waktu penahanan dilakukan agar bertujuan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan
Hot dip galvanizing (HDG) adalah suatu proses pelapisan dimana logam pelapisnya yaitu zinc (Zn) dileburkan terlebih dahulu didalam bak gal- vanis (kettle) ataupun dapur peleburan dengan suhu berkisar antara 420⁰-480⁰ C, kemudian logam yang akan dilapisi yang biasa disebut dengan logam dasar dicelupkan ke dalam bak galvanis yang berisi cairan logam pelapis, selanjut- nya benda kerja untuk beberapa saat tetap dalam bak galvanis agar terbentuk lapisan zinc (Sakti, 2020). Pelapisan hot dip galvanizing cukup banyak digunakan karena lebih mudazh dalam mengontrol kualitas pelapisannya, ta- han lebih lama, lebih tebal dan tahan terhadap benturan.
Berdasarkan latar belakang diatas, tujuan penelitian ini agar dapat mengetahui perubahan sifat mekanik salah satunya yaitu kekerasan dan struktur mikro dengan cara pelapisan metode hot dip galvanizing untuk meningkatkan kualitas terhadap material baja ST 41 dengan menganalisis pe- rubahan sifat material tersebut, kemudian dengan perubahan variasi holding
time sebelum pelapisan dan variasi media pendingin setelah pelapisan untuk mendapatkan perubahan kekerasan dan juga struktur mikro.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan identifikasi masalah diatas, maka rumusan masalah yang akan dibahas adalah:
a. Bagaimana pengaruh variasi holding time dan media pendinginan terhadap kekerasan baja ST 41 pada pelapisan metode hot dip galvanizing?
b. Bagaimana pengaruh variasi holding time dan media pendinginan terhadap uji mikro baja ST 41 pada pelapisan metode hot dip galvanizing?
1.3. Batasan Masalah
Adapun pembatasan pada masalah penelitian agar tidak keluar dari topik bahasan penelitian:
a. Mengguanakan material pelat Baja ST 41; t= 5mm; p= 90mm; l= 30mm b. Tidak menganalisis laju korosi
c. Kondisi suhu lingkungan saat proses pelapisan dianggap stabil d. Material pelapis Zinc (Zn)
e. Waktu pencelupan: 1 menit f. Suhu pencelupan zinc 700 oC
g. Variasi waktu Holding time: (40, 60, 80 menit) 200 oC
h. Variasi Media pendingian menggunakan (Ekstrak Daun Ketapang, Air laut, dan Udara)
i. Massa jenis Air laut dianggap sama j. Mekanisme yang digunakan:
1. Foto mikrostruktur
2. Pengujian kekerasan Hardness Rockwell Test
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun dari tujuan dari penlitian ini adalah:
a. Mengetahui pengaruh variasi waktu tahan dan media pendingin terhadap kekerasan baja ST 41 pada metode hot dip galvanizing.
b. Mengetahui pengaruh variasi waktu tahan dan media pendingin terhadap uji mikro baja ST 41 pada metode hot dip galvanizing.
1.5. Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai berikut:
a. Penelitian ini bermanfaat untuk dapat mengetahui hasil pelapisan hot dip galvanizing dengan variasi holding time dan media pendingin.
b. Untuk mengetahui pengaruh perbedaan holding time dan media pendingin terhadap kekerasan dan struktur mikro pada baja ST 41 dengan metode hot dip galvanizing.
c. Untuk menambah literatur pada penelitian yang sejenis dengan tujuan un- tuk mengembangkan teknologi pada bidang pelapisan logam.
1.6. Metodologi Penelitian
a. Melakukan studi literatur terkait jurnal- jurnal pelapisan hot dip galvaniz- ing, terhadap kekerasan dengan variasi holding time dan media pendingin sebagai komposisi untuk bahan penelitian.
b. Metode Eksperimental
Metode ini yaitu melakukan proses penelitian dan pengambilan data lang- sung dari hasil pengumpulan data pengujian material baja ST 41.
1.7. Sistematika Penulisan
Penulisan ini akan di uraikan dalam beberapa bab yang kemudian dikembangkan menjadi sub-sub bab sehingga semua materi pembahasan yang dapat diterima secara sistematis dan terarah. Adapun sistematika penulisan yang dimaksud adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Di dalam bab ini penulis akan menguraikan Latar belakang masalah, Rumusan masalah, Batasan masalah, Tujuan penelitian, Manfaat penelitian, Metode penulisan serta sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Di dalam bab ini membahas tentang teori yang berhubungan dengan penelitian analisis pelapisan zinc (Zn) baja karbon rendah ST 41 ter- hadap kekerasan, dan rumus-rumus perhitungan yang digunakan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini penulis akan membahas metode penelitian dimana membahas waktu dan tempat penelitian, metode pengambilan data, variabel data, dan diagram alir proses pengolahan data.
BAB IV HASIL PEMBAHASAN
Bab ini penulis akan membahas hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan serta mengolah data-data pengaruh ANALISIS KEKERA- SAN BAJA ST 41 PADA PELAPISAN METODE HOT DIP GAL- VANIZING dengan VARIASI HOLDING TIME dan MEDIA PEND- INGIN yang di peroleh dari hasil penelitian serta diagram alir poses pengolahan data awal hingga akhir.
BAB V KESIMPULAN
Bab ini penulis akan membahas tentang hasil kesimpulan dari hasil penelitian pengaruh akibat.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi tentang referensi literatur yang digunakan dalam penelitian.
LAMPIRAN-LAMPIRAN
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis data yang sudah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Variasi holding time dan media pendingin pada sebuah perlakuan material, sangat berpengaruh dalam logam induk serta pelapisan zinc, yaitu terhadap kekerasan. Dihasilkan nilai rata-rata pengujian kekerasan tertinggi terjadi pada pelapisan metode hot dip galvanizing menggunakan baja ST 41 dengan media pendingin Air Laut pada holding time 80 menit yaitu sebe- sar 105,8 HRF, sedangkan nilai rata- rata kekerasan terendah terdapat pada media pendingin udara pada holding time 40 menit yaitu sebesar 89,6 HRF.
2. Variasi holding time dan media pendingin juga berpengaruh pada pen- gujian Struktur Mikro menghasilkan terbentukanya fasa Alfa (α) berwarna terang dan Beta (β) berwarna gelap pada permukaan lapisan seng (zn).
Persentase Beta (β) tertinggi terdapat pada perlakuan media pendingin air laut pada holding time 80 menit sebesar 47,130% sedangkan hasil terendah didapatkan pada pendingin Udara pada holding time 40 menit sebesar 31,471%. Hal ini perlu diperhatikan bahwa jika persentase beta (β) tinggi maka kekerasan semakin tinggi.
5.2. Saran
A. Diharapkan pada penelitian selanjutnya untuk memperhatikan cara pre- treatment yang sesuai standar (menggunakan alat lebih disarank
an) sebelum pelapisan hot dip galvanizing, agar nantinya bahan pela- pis bisa menempel pada logam induk dengan maksimal.
B. Disarankan untuk lebih memahami dan memperbanyak referensi atau jurnal penelitian tentang pelapisan hot dip galvanizing, serta teknik pada saat pencelupan dengan benar.
C. Tidak disarankan untuk menggunakan temperatur pelapisan di bawah 500 0C, serta membuang teraknya terlebih dahulu, karena menyebab- kan permukaan lapisan tipis dan kasar.
D. Burner pada saat holding time kurang disarankan karena, pada saat pemanasan berlangsung kenaikan suhu tidak dapat terkontrol sehingga diperlukan temperature keeper.
DAFTAR PUSTAKA
[1]S. Fransisca Dyah Ayu Verayanti, “DESAIN EKSPERIMEN PENGARUH VARIASI MEDIA PENDINGIN TERHADAP KEKERASAN DAN KEKUATAN TARIK BAHAN ST 41 PADA PROSES HEAT TREATMENT,” vol. 1, no. 3, pp. 104–115, 2020.
[2]A. W. B. S. Ali Mustofa, Sarjito Jokosisworo, “Analisa Kekuatan Tarik, Kekuatan Lentur Putar Dan Kekuatan Puntir Baja St 41 Sebagai Bahan Poros Baling-Baling Kapal (Propeller Shaft) Setelah Proses Quenching,” J.
Tek. Perkapalan, vol. 6, no. 1, pp. 199–206, 2018.
[3]H. & D. S. Isworo, “Pengaruh holding time dan media pendingin terhadap kekerasan dan struktur mikro baja st 41 pada proses carburizing arang tempurung kelapa 1),” vol. 7, no. 2, pp. 157–166, 2020.
[4]M. W. N. dan A. M. Sakti, “Muahammad Wahyu Nugroho,” vol. 08, 2020.
[5]Y. G. W. dan dan Hardjono, “Proses Hot Dip Galvanizing Terhadap Ketebalan,” vol. 6, no. 9, pp. 223–228, 2020.
[6]T. Ojahan, “PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PENCELUPAN TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA BAJA KARBON RENDAH (0.02% C) DENGAN METODE PELAPISAN HOT DIP GALVANIZING,” J. Rekayasa, Teknol. dan Sains, vol. 1, 2017.
[7]S. Yulianto and I. Aryawidura, “Pengaruh Waktu Tahan Hot Dip Galvanized Terhadap,” Sintek, vol. 6, no. 2, pp. 33–44, 2015.
[8]Y. Wahyudi and A. Fahruddin, “Analisa Perbandingan Pelapisan Galvanis Elektroplating Dengan Hot Dip Galvanizing Terhadap Ketahanan Korosi Dan Kekerasan Pada Baja,” Rekayasa Energi Manufaktur, vol. 1, no. 1, 2016, doi: 10.21070/r.e.m.v1i1.173.
[9]M. Nofri and T. Acang, “Analisis Sifat Mekanika Baja SKD 61 Dengan Baja ST 41 Dilakukan Hardening Dengan Variasi Temperatur,” Bina Tek., vol.
13, no. 2, pp. 189–199, 2017, [Online]. Available:
https://ejournal.upnvj.ac.id/index.php/BinaTeknika/article/view/1322.
[10]N. Achmad Husen, Adri Fato, “ANALISA SIFAT MEKANIS BAJA PADA BAHAN SPCC- HD DENGAN PROSES DEEP CURLING DALAM
PEMBUATAN DRUM,” PRESISI Tek. MESIN, vol. 148, pp. 148–162, 2021.
[11]I. Saefuloh and M. G. Winisuda, “Studi Analisa Kuat Arus Proses Elektroplating Dengan Pelapis Nikel Cobalt Terhadap Kekerasan, Ketahanan Korosi, DAN PENAMBAHAN TEBAL BAJA KARBON RENDAH ST 41 Iman,” Flywheel J. Tek. Mesin Untirta, vol. III, no. 2, pp.
42–47, 2017.
[12]G. P. S. Hutahaean, “PENGARUH PENAMBAHAN SENG (Zn) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA
PADUAN TEMBAGA–SENG (Cu-Zn) MELALUI PROSES
PENGECORAN,” pp. 1–4, 2018.
[13]V. Kayadoe and Y. T. Filindity, “KONDISI OPTIMUM ELEKTROPLATING BAJA KARBON RENDAH MENGGUNAKAN LOGAM SENG (Zn),” Sci. Map J., vol. 2, no. 1, pp. 44–54, 2020
[14]Ibrahim, “PENGARUH WAKTU CELUP TERHADAP SIFAT ADHESIVE, KETEBALAN LAPISAN DAN KETAHANAN KOROSI PADA BAJA API 5L DENGAN METODE HOT DIP GALFAN (Zn-5%Al),” 2016.
[15]E. M. Bayu Prasrtyono, Priyagung Hartono, “Pengaruh variasi waktu tahan carburizing terhadap sifat mekanis baja aisi 1045 dengan media pendingin air tds nol,” 2015.
[16]R. S. P. Maryani, Shinta Sylvia Monalisa, “Efektivitas Ekstrak Daun Ketapang (Terminalia catappa) Dalam Menghambat Pertumbuhan Bakteri Edwarsiella tarda Pada Uji In Vitro,” J. Perikan. dan Kelaut., vol. 10, pp.
196–208, 2020.
[17]A. Rochmat, G. Liantony, and Y. D. Septiananda, “Uji Kemampuan Tanin Daun Ketapang Sebagai Inhibisi Korosi Pada Baja Mild Steel Dalam Pipeline,” J. Integr. Proses, vol. 8, no. 1, p. 45, 2019, doi:
10.36055/jip.v8i1.5601.
[18]A. W. Ambar Isworo, Untung Budiarto, “Analisis Perbandingan Kekuatan Impak, Tarik, Tekuk dan Mikrografi Pada Aluminium 6061 Pasca Pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG) dengan Media Pendingin Air Laut, Air Tawar dan Udara,” Tek. Perkapalan, vol. 7, no. 2, pp. 152–160, 2019.
[19]Darmawi. (2018). PELAPISAN LOGAM. UNIVERSITAS SRIWIJAYA.
[20]Subagyo, D. P. (1993). STATISTIK INDUKTIF. Yogyakarta: BPFE- Yogyakarta.
[21]Sugiyono, P. D. (2015). METODE PENELTIAN PENDIDIKAN. Bandung:
Alfabeta.
[22]Surdia, T. (1996). Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
[23]Ursula, A. Y. (2018). Pengaruh Heat Treatment sebelum Hot Dip Galvanizing dan Waktu Celup Terhadap Ketebalan Lapisan Galvanis.
