JURNAL REKAYASA ENERGI DAN MEKANIKA Vol. 01 No. 01 (2021) Halaman

(1)

Pengaruh Ketebalan Untuk White Cast Iron Low Chrome And Low Nikel

Terhadap Kekerasan, Keausan, Serta Struktur Mikro Untuk

Aplikasi Di Dalam Ball Grinding

SUMIRAT. U, Yusril, HERMAWAN. S

Pendidikan Teknik Mesin Universitas Pendidikan Indonesia Bandung, Indonesia Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia

Jl, Dr. Setiabudi No.229 Bandung 40154 e-mail : sumiratuum@gmail.com

ABSTRAK

Grinding Ball adalah salah satu komponen dalam mesin ball mill yang berfungsi untuk menggerus batuan mineral menjadi partikel yang sangat halus. Apabila grinding ball tersebut dapat dibuat di Indonesia, diharapkan harganya bisa lebih murah sehingga biaya produksi semen dapat diturunkan, harga semen lebih terjangkau, dan kesejahteraan rakyat dapat ditingkatkan. Tujuan dari penelitian tugas akhir ini untuk mengembangkan prototype grinding ball pada ball mill sehingga dapat mensubtitusikan impor keluar negeri serta dapat memproduksi sendiri di dalam negeri dan bersaing dengan produk impor. Pengembangan prototype grinding ball pada ball mill menggunakan bahan material white cast iron dengan melalui proses pengecoran. Pengembangan ini bertujuan untuk mengetahui sifat material yang dalam hubunganya dengan sifat fisis dan mekanik melalui pengujian uji impak, kekerasan, serta struktur mikro. Hasil uji kekerasan menunjukan nilai kekerasan untuk spesimen uji keras 273,65 HB dan untuk spesimen uji impak 334,379 HB. Hasil uji impak menunjukan Harga impak 2,64 J/mm².

Kata Kunci : grinding ball, ball mill, white cast iron. ABSTRACT

Grinding Ball is one of the components in a ball mill machine that functions to grind mineral rock into very fine particles. If the grinding ball can be made in Indonesia, it is hoped that the price will be cheaper so that cement production costs can be lowered, cement prices are more affordable, and people's welfare can be increased. The purpose of this final project research is to develop a prototype grinding ball in a ball mill so that it can substitute foreign imports and can produce domestically and compete with imported products. The development of the grinding ball prototype in the ball mill uses white cast iron material through a casting process. This development aims to determine the properties of the material in relation to physical and mechanical properties through impact, hardness, and microstructure tests. The hardness test results showed the hardness value for the hard test specimen 273,65 HB and for the impact test specimen 334,379 HB. The impact test results show the impact price is 2,64 J/mm².

(2)

JURNAL REKAYASA ENERGI DAN MEKANIKA – Vol. 01 No. 01 (2021)

1.

Pendahuluan

Baja adalah paduan antara Fe dan C (besi dari karbon), karbon maksimum dari baja adalah 2,1 % sedangkan besi cor adalah logam paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe) dengan unsur karbon (C). Kadar karbon (C) pada besi cor diatas 2,1 %. Karbon bebas dari baja membentuk karbida besi sedangkan besi cor sendiri berupa grafit yang memiliki sifat getas. Namun tidak semua jenis besi cor memiliki grafit salah satunya besi cor putih (White Cast Iron) dimana besi cor putih tidak memiliki grafit dan sifatnya hampir sama dengan baja karbon tinggi. Di samping kedua unsur dalam baja terdapat pula unsur-unsur dalam jumlah kecil, seperti Mangan (Mn), Silicon (Si), Fosfor (P), Belerang (S). Dapat juga dipadu dengan unsur-unsur paduan seperti Chromium (Cr), Nikel (Ni), Wolfram (W), Molibden (Mo) dan sebagainya, dan dapat divariasi menurut kebutuhan (Irwan, 2016).

Grinding Ball adalah salah satu komponen dalam mesin ball mill yang berfungsi untuk menggerus batuan mineral menjadi partikel yang sangat halus. Grinding ball tersebut terbuat dari logam yang disyaratkan mempunyai karakteristik keras (tahan aus) sekaligus tangguh (tidak mudah pecah) dan tahan korosi untuk menanggung beban dan lingkungan selama proses penggilingan batuan. (Sumirat Uum et al, 2020)

Material grinding ball memiliki persyaratan berupa nilai kekerasan yang tinggi serta ketahanan aus yang baik. Berdasarkan spesifikasi grinding ball menurut SNI-1069, material grinding ball yang terbuat dari material besi tuang paduan krom tinggi memiliki kekerasan tertinggi sebesar 600 BHN/59 HRC. (Shofi Achmad et al, 2013)

Ketebalan dari suatu material dapat mempengaruhi terhadap perubahan harga kekerasan dan struktur mikronya. Pengaruh ketebalan untuk besi cor adalah ketika ada perubahan ketebalan pada besi cor maka akan membuat perubahan pada struktur mikro dan kekerasan. Semakin tipis besi cor kekerasannya akan semakin tinggi karena besi cor yang tipis menghasilkan jumlah fasa perlit yang semakin banyak. (Surojo Eko et al, 2012)

2.

Metodologi Penelitian

Studi literatur, yang dimana didapat dari jurnal penelitian yang terkait dengan Grinding ball. Kemudian mengambil sampel grinding import dari India dan China. Kemudian dilakukan Uji spectrometer untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro dan kekerasan dari grinding ball tersebut. Setelah mengetahui kandunganya , dapat dipastikan bahwa material tersebut masuk kedalam kategori White cast Iron dengan Kandungan karbon diatas 2,1 %. Pemilihan material yang digunakan pada penelitian ini berupa bahan white cast iron. Setelah pemilihan bahan tahap selanjutnya adalah dengan melakukan proses pengocoran sehingga menghasilkan sebuah spesimen dengan komposisi Cr rendah sebagai material yang akan digunakan dalam penelitian. Kemudian melakukan pengujian berupa uji kekerasan, impak dan struktur mikro yang fungsinya untuk melihat karakteristik dari bahan material white cast iron pada grinding ball. Tahap selanjutnya menganalisis dan menyimpulkan hasil dari pengujian grinding ball yang nantinya sebagai acuan untuk dapat melakukan proses produksi di dalam negeri.

2.1 Bahan dan Alat yang digunakan

Dalam penelitian ini ada beberapa bahan dan alat yang digunakan untuk pengujian Grinding Ball :

1. Material White Cast Iron.

2. Alat uji kekerasan rockwell.

3. Alat uji impak

4. Alat Pengujian ASM (Analisa Struktur Mikro).

2.2 Penentuan Komposisi Kimia

Penentuan komposisi kimia grinding ball ini dilakukan untuk membuat spesimen pengujian dengan membuat komposisi kimia yang nantinya dibandingkan dengan unsur kimia pada material grinding ball impor. Proses yang dilakukan untuk mengetahui kandungan komposisi yang terdapat pada material grinding ball impor dengan cara pengujian uji spectrometer.

(3)

Pengujian spectrometer atau uji komposisi berfungsi untuk mengetahui komposisi yang terdapat pada material. Dari hasil pengujian spectrometer diperoleh, unsur kimia yang terdapat pada grinding ball impor yang berasal dari India yaitu :

Tabel 1. Komposisi Grinding ball India Unsur Persentase komposisi (%)

C 2,55 Si 0,75 S 0,013 P 0,07 Mn 0,1 Ni 0,05 Cr 16,17

Setelah hasil komposisi diketahui maka data tersebut dapat dijadikan sebagai acuan untuk proses pengecoran spesimen yang nantinya dapat dijadikan bahan untuk pembuatan prototype grinding ball dengan cara menurunkan kadar komposisi kandungan Cr tersebut seperti pada tabel 2

Tabel 2. Unsur Kimia Komposisi 1 Unsur Persentase komposisi (%)

C 2,1 Si 0,7 S 0,08 P 0,07 Mn 0,1 Ni 1,5 Cr 1,5

Tabel 3. Unsur Kimia Komposisi

2.3 Pengujian Yang dilakukan a. Pengujian Kekerasan

Salah satu sifat mekanik material yang penting adalah kekerasan (Hardness). Uji kekerasan dengan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell hardness tester (ASTM E-18). Pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis atau deformasi permanen pada permukaan, semakin tahan material tersebut terhadap deformasi plastis maka material tersebut semakin keras. Deformasi plastis adalah perubahan bentuk material secara permanen. (Tim Asisten Metalurgi, 2018).

Unsur Persentase komposisi (%)

C 3,2 Si 0,8 S 0,1 P 0,07 Mn 0,2 Ni - Cr 2,5

(4)

Gambar 1. Alat Uji Kekerasan Rockwell Langkah-langkah pengujian distribusi kekerasan :

1.Siapkan spesimen yang telah dipotong sesuai ukuran.

2.Siapkan mesin uji keras Rockwell.

Catatan : Pastikan beban dan indentor sesuai dengan skala yang digunakan.

3.Letakan spesimen di meja mesin uji keras Rockwell.

4.Lakukan pemberian beban minor terhadap spesimen dengan memutar tuas untuk menaikan tinggi meja hingga indentor menekan spesimen.

5.Setting nol dial indicator dengan cara memutar dial indicator hingga kedudukan jarum berada pada posisi nol

6.Lakukan pemberian beban mayor dengan menggeser tuas pada mesin uji keras Rockwell.

7.Catat nilai kekerasan yang ditunjukkan oleh dial indicator.

Gambar 2. Spesimen Uji Keras b. Pengujian Uji Impak

Prinsip kerja uji impak yaitu benda kerja ditempatkan di bantalan/landasan untuk menerima pukulan dari massa yang bergerak (bandul) yang memiliki energi yang cukup untuk mematahkan spesimen. Dimana mesin harus mampu membaca energi yang

(5)

diserap oleh spesimen sampai rusak.

Suatu logam dapat mengalami perubahan dari ulet menjadi getas. Perubahan ini disebut dengan penggetasan (embrittlement). Gejala ini depat diamati dari bentuk patahan yang berubah dari patah ulet menjadi getas dan juga bisa dilihat dari harga impak yang diperoleh. Faktor utama perubahan sifat ini disebabkan oleh Konsentrasi tegangan, Temperatur rendah, Regangan yang rendah dan jenis material. (Tim Asisten Metalurgi, 2018).

Gambar 3. Alat uji impak Langkah – langkah pengujian impak :

1.Set skala penujuk mesin uji impak pada angka nol.

2.Posisikan bandul pada penjepit bandul, ayunkan bandul mesin tanpa ada spesimen, dan catat energi yang hilang akibat gesekan.

3.Posisikan bandul hingga mencapai penjepit bandul.

4.Pasang pengaman bandul.

5.Pasang spesimen pada landasan spesimen.

6.Buka pengaman bandul.

7.Lepaskan penjepit bandul hingga bandul mematahkan spesimen, lepaskan kemudian tarik tuas rem sesegera mungkin.

8.Catat energi yang digunakan untuk mematahkan spesimen.

Gambar 4. Spesimen Uji Impak c. Pengujian ASM

Pengujian struktur mikro dilakukan untuk mengetahui struktur mikro grinding ball, korelasinya dengan komposisi kimia serta kemungkinan proses heat treatment yang dilakukan. Pengujian struktur mikro dilakukan menggunakan mikroskop optik dengan berbagai perbesaran. (Tim Asisten Metalurgi, 2018).

(6)

Tahap Preparasi spesimen Analisa Struktur Mikro:

1. Mouting (pembingkaian) spesimen yang dipakai hasil patahan uji impak. Material untuk pembingkai yang dipakai resin dan hardener.

2. Penggerindaan dan Pengampelasan , agar permukaanya halus. 3. Pemolesan .

4. Pengetsaan , dilakukan untuk mereaksikan permukaan dengan larutan kimia tertentu, sehingga muncul struktur mikro yang hanya diamati dengan mikroskop.

Gambar 5. Spesimen Uji ASM

Langkah-langkah pengujian stuktur mikro adalah sebagai berikut : 1. Persiapan semua spesimen.

2. Menghidupkan power alat uji stuktur mikro.

3. Mempersiapkan mikroskop optik yang dilengkapi dengan kamera beserta satu roll film berwarna.

4. Meletakkan spesimen uji pada meja uji (anvil) dan tegak lurus dengan lensa. Melihat hasil gambar struktur spesimen uji pada monitor alat uji.

5. Mengatur fokus sampai kelihatan permukaan yang paling jelas, kemudian langkah- langkah pemotretan dengan memfokus tepat pada spesimen uji melalui olypus metallurgical microscope dan olympus photomicrographic system.

6. Setelah pemotretan selesai dilakukan, film dicuci cetak dan dapat dilihat hasil foto stuktur mikro spesimen uji . Persiapan semua spesimen.

7. Menghidupkan power alat uji stuktur mikro.

8. Mempersiapkan mikroskop optik yang dilengkapi dengan kamera beserta satu roll film berwarna.

9. Meletakkan spesimen uji pada meja uji (anvil) dan tegak lurus dengan lensa. Melihat hasil gambar struktur spesimen uji pada monitor alat uji.

10. Mengatur fokus sampai kelihatan permukaan yang paling jelas, kemudian langkah- langkah pemotretan dengan memfokus tepat pada spesimen uji melalui olypus metallurgical microscope dan olympus photomicrographic system.

11. Setelah pemotretan selesai dilakukan, film dicuci cetak dan dapat dilihat hasil foto stuktur mikro spesimen uji .

(7)

3.

Hasil dan Pembahasan

3.1 Hasil Pengujian Uji Kekerasan

Pengujian Uji Kekerasan spesimen dilakukan untuk mengetahui seberapa keras spesimen pengecoran menggunakan komposisi kimia baru yang akan dibandingkan dengan material impor untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal.

Gambar 7. Grafik Harga Kekerasan Tebal 30 mm VS Titik Spesimen

(8)

Gambar 9. Grafik Perbandingan Harga Kekerasan Tebal 10 mm VS 30 mm Dapat dilihat dari grafik perbedaan harga kekerasan dengan spesimen uji keras (30 mm) dan spesimen uji impak (10 mm), menunjukan bahwa kekerasan dengan spesimen uji impak lebih tinggi dibanding spesimen uji keras dilihat dari rata-rata kekerasan tertinggi yaitu :

- Spesimen Tebal 30 mm 281,531 HB - Spesimen Tebal 10 mm 348,451 HB

Dikarenakan ketebalan yang tipis akan memiliki fasa perlit, dilihat dari grafik terjadi kenaikan kekerasan hal ini sesuai dengan hasil struktur mikro bahwa struktur perlit serta karbida menjadi tambah banyak dan rapat.

3.2 Hasil Pengujian Uji Impak

Setelah melakukan proses pengecoran Y-Block, hasil dari pengecoran tersebut di potong untuk dibuat spesimen uji impak berdasarkan standar ASTM E-23 agar dapat dilakukan proses pengujian uji impak.

Pengaruh Ketebalan Untuk White Cast Iron Low Chrome and Low Nikel Terhadap Kekerasan, Keausan, Serta Struktur Mikro Untuk Aplikasi Didalam Ball Grinding

(9)

Dapat dilihat dari grafik perbedaan harga impak titik spesimen dengan harga impak impor, menunjukan bahwa ada harga impak titik spesimen yang mampu menyamai harga impak impor yaitu sebesar 4,76 J/mm².

3.3 Hasil Pengujian Uji Struktur Mikro

Pengujian struktur mikro ini dilakukan setelah proses pengujian kekerasan dan pengujian impak. Proses pengujian struktur mikro ini sebelum diuji dilakukan proses etching atau pemolesan berupa cairan kimia pada permukaan untuk menimbulkan hasil lebih jelas dari struktur mikro sendiri.

Gambar 11. Hasil Uji ASM

Tebal 10 mm (Inokulan)

Gambar 12. Hasil Uji ASM Tebal 30 mm (Inokulan)

Gambar 13. Hasil Uji ASM Tebal 10 mm (Non Inokulan)

(10)

4.

Kesimpulan dan Saran

4.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang di dapatkan pada penelitian yang telah di lakukan adalah sebagai berikut:  Untuk saat ini material white cast iron low Cr and low Ni yang diteliti tidak

memenuhi persayaratan dikarnakan nilai kekerasannya masih di bawah impor.  Untuk meningkatkan kekerasan harus dilakukan proses lanjut dengan perlakuan

panas supaya meningkatkan harga kekerasannya.

 Dari hasil yang sudah dilakukan ketebalan sangat berpengaruh terhadap kekerasan, yang dimana semakin tipis ketebalan maka harga kekerasannya semakin tinggi.

4.2 Saran

Penulis berharap proses ini bisa dilakukan ke tahap selanjutnya yang dimana dari segi kekerasannya dapat ditingkatkan untuk memenuhi nilai standar dalam proses produksi grinding ball didalam negri yang memiliki kualitas baik dengan harga yang murah sehingga perusahaan semen di Indonesia tidak melakukan impor Pengaruh Ketebalan Untuk White Cast Iron Low Chrome and Low Nikel Terhadap Kekerasan, Keausan, Serta Struktur Mikro Untuk Aplikasi Didalam Ball Grinding

(11)

5.

DAFTAR RUJUKAN

[1] Adam, K. (2011). Faktor Perpatahan dan kelelahan pada kekuatan bahan material. ILTEK. Volume 6. Nomor 12.

[2] Darmadi, W. (2015). Pengaruh Media Pendinginan Terhadap Struktur Mikro dan Kekerasan pada Besi Cor. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Muhamadiyah Surakarta. [3] Ditter, G.E. (1993). Metalurgi Mekanik. (jilid I dan 2), Erlangga, Jakarta.

[4] Irwan, Y. (2016). Material Teknik. Jurusan Teknik Mesin. Institut Teknologi Nasional. Bandung

[5] Shofi, A. (2013). Karakteristik Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Besi Tuang Putih Paduan Krom Tinggi Hasil Thermal Hardening Untuk Aplikasi Grinding Ball. LIPI. Lampung [6] Sumirat, U. (2020). Pengembangan Material Grinding Ball Pada Ball Mill Yang Terbuat

Dari White Cast Iron dan Diaplikasikan Pada Pabrik Semen. Institut Teknologi Nasional. Bandung

[7[ Surojo, E. (2012). Studi Pengaruh Komposisi Kimia dan Ketebalan Coran Terhadap Struktur Mikro Besi Cor Pada Kasus Pembuatan Besi Cor Vermicular. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Sebelas Maret. Surakarta

[8] Turenne, S. (1989). Matrix microstructure effect on the abbrasion wear resistance of hgh-chromium white cast iron. Canada: Journal of material science.