PENGARUH PROSES POST WELD HEAT TREATMENT

(1)

commit to user

i

PENGARUH PROSES POST WELD HEAT TREATMENT (PWHT) PADA PENGELASAN MATERIAL PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL

DENGAN METODE TUNGSTEN INERT GAS (TIG) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO

SKRIPSI

Oleh:

YAHYA DWI PUTRA NUGRAHA K2512072

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Juli 2016

(2)

commit to user

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Yahya Dwi Putra Nugraha

NIM : K2512072

Program Studi : Pendidikan Teknik mesin

menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH PROSES POST

WELD HEAT TREATMENT (PWHT) PADA PENGELASAN MATERIAL

PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL DENGAN METODE TUNGSTEN

INERT GAS (TIG) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO”

ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.

Surakarta, Juli 2016 Yang membuat pernyataan

(3)

commit to user

iii

PENGARUH PROSES POST WELD HEAT TREATMENT (PWHT) PADA PENGELASAN MATERIAL PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL

DENGAN METODE TUNGSTEN INERT GAS (TIG) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO

Oleh:

YAHYA DWI PUTRA NUGRAHA K2512072

Skripsi

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Juli 2016

(4)

commit to user

iv

PERSETUJUAN

NIM : K2512072

Judul Skripsi : Pengaruh Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) pada Pengelasan Material Paduan Super Berbasis Nikel dengan Metode Tungsten Inert Gas (TIG) terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Surakarta, Juli 2016 Persetujuan Pembimbing Pembimbing I, Dr. Suharno, S.T., M.T. NIP 19710603 200604 1 001 Pembimbing II, Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. NIP 19780113 200212 1 009

(5)

commit to user

v

PENGESAHAN SKRIPSI

NIM : K2512072

Judul Skripsi : Pengaruh Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) pada Pengelasan Material Paduan Super Berbasis Nikel dengan Metode Tungsten Inert Gas (TIG) terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro

Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari Kamis, tanggal 21 Juli 2016 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan. Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Penguji.

Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji Skripsi:

Nama Penguji Tanda Tangan Tanggal Ketua

: Budi Harjanto, S.T., M.Eng. Sekretaris

: Dr. Eng. Nyenyep Sriwardani, S.T., M.T. Anggota I

: Dr. Suharno, S. T., M. T. Anggota II

: Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.

Skripsi disahkan oleh Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin pada Hari :

Tanggal :

Mengesahkan Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta,

Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd. NIP. 19610124 198702 1 001

Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,

Dr. Suharno, S.T., M.T. NIP. 19710603 200604 1 001 Ketua Sekretaris Anggota 1 Anggota 2

(6)

commit to user

vi MOTTO

“Hai orang-orang mukmin, jika kalian menolong (agama) Allah, niscaya Dia

akan menolongmu dan meneguhkan kedudukanmu”

(Q.S. Muhammad: 07)

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain, dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”

(Q.S. Al Insyirah: 6-8)

“Yang terucap akan lenyap, yang tercatat akan teringat.

Jangan berhenti berkarya atau kita segera menjadi tua dan tak berguna”

(Anonim)

“Kita semua hidup dalam ketegangan, dari waktu ke waktu, serta dari hari

kehari, dengan kata lain, kita adalah pahlawan dari cerita kita sendiri”.

(Mary McCarthy)

“Setetes air jernih mengalir kepayahan, terkadang lancar, terkadang tertahan. Dirimu sendiri yang memutuskan segalanya seperti ini. Jadi, tak ada alasan lagi untuk kembali. Teruslah berjalan, usahamu sangat bermakna bagi kehidupan ini”

(7)

commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Segala Puji dan Syukur kedahirat Allah SWT yang telah memberi tantangan indah untuk kehidupan hamba-Mu ini. Skripsi ini saya persembahkan untuk:

Bapak dan Ibu tercinta

Terima kasih atas semua do’a disetiap sujudnya, dukungan, pengorbanan dan kasih sayang yang senantiasa mengalir disetiap langkah kakiku yang membuatku

tumbuh kuat dengan segala kelemahan dan kelebihanku sampai saat ini.

Sahabat Halaqoh

Wahai para sahabat halaqohku, saya tidak akan menyebut nama kalian satu per satu. Saya juga tidak ingin memimpikan bertemu dengan kalian satu per satu, namun jika kalian ingin bertemu dan berkumpul lagi, masih ada satu tempat yang sangat indah, yakni Surga. Semoga kita dapat bersua di sana, berbincang-bincang

bersama dengan Sang Khaliq yang menciptakan kita semua 

Keluarga Besar LSP FKIP UNS

Terima kasih banyak untuk kekeluargaan ini, manis pahitnya perjalanan dalam mengemban amanah (ini) bisa kita lalui bersama. Semoga kita bisa bertemu lagi,

dan semoga kita bisa memberi cerita pada dunia. Terus berkarya my friends 

Keluarga Besar PTM 2012

Terima kasih untuk persaudaraan ini, aku belajar, aku tegar, dan aku bersabar hingga aku berhasil bersama kalian.

Agus, Apink, Herlina

Terima kasih atas dukungan, kebersamaan dan kerjasamanya dalam kelompok penelitian ini. Keberadaan kalian telah memberikan banyak bantuan dalam

(8)

commit to user

viii ABSTRAK

Yahya Dwi Putra Nugraha. K2512072. PENGARUH PROSES POST WELD

HEAT TREATMENT (PWHT) PADA PENGELASAN MATERIAL PADUAN

SUPER BERBASIS NIKEL DENGAN METODE TUNGSTEN INERT GAS

(TIG) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO. Skripsi,

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Juli 2016.

Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengetahui pengaruh proses Post Weld

Heat Treatment (PWHT) terhadap struktur mikro pada pengelasan material paduan

super berbasis nikel (Ni), (2) mengetahui pengaruh proses PWHT terhadap kekerasan pada pengelasan material paduan super berbasis Ni, (3) mengetahui

PWHT yang menghasilkan struktur mikro dan kekerasan paling optimal pada

pengelasan material paduan super berbasis Ni.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Sampel dalam penelitian ini adalah pengelasan material paduan super berbasis Ni menggunakan metode

Tungsten Inert Gas (TIG) dengan penambahan PWHT. Proses pengelasan TIG

menggunakan variasi kuat arus sebesar 70 A, 80 A, dan 100 A. Sedangkan proses

PWHT menggunakan variasi suhu yaitu 600oC, 700oC, dan 800oC. Analisis data

menggunakan metode deskriptif kuantitatif dari hasil struktur mikro dan kekerasan. Data tersebut dianalisis menggunakan uji struktur mikro dan uji kekerasan dari hasil pengelasan material paduan super berbasis Ni menggunakan metode TIG dengan penambahan PWHT.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) struktur mikro hasil pengelasan material paduan super berbasis Ni dengan kuat arus dan perlakuan PWHT yang divariasikan terlihat berbeda-beda antara daerah las, daerah HAZ dan daerah logam induk. Pengelasan dan PWHT pada suhu tinggi menimbulkan adanya butiran matrik

γ dan γ’ presipitat yang berukuran kecil, halus dan tersebar merata di permukaan

material, (2) terdapat perbedaan nilai kekerasan di daerah las, daerah HAZ dan daerah logam induk pada setiap perlakuan pengelasan dengan kuat arus dan PWHT yang divariasikan. Makin tinggi kuat arus dan PWHT yang digunakan, makin seragam pula distribusi nilai kekerasan material, (3) perlakuan pengelasan dengan kuat arus sebesar 100 A dan PWHT 800oC pada material paduan super berbasis Ni adalah yang paling optimal/baik, karena mampu menyeragamkan struktur mikro dan meratakan distribusi nilai kekerasan material tersebut.

(9)

commit to user

ix

ABSTRACT

Yahya Dwi Putra Nugraha. K2512072. EFFECT OF POST WELD HEAT

TREATMENT (PWHT) ON HARDNESS AND MICROSTRUCTURE OF NICKEL BASED SUPERALLOYS WELDS USING TUNGSTEN INERT GAS (TIG) METHODS. Mini-Thesis, Faculty of Teacher Training and Education

Sebelas Maret University. July 2016.

This research aims to: (1) study the effect of Post Weld Heat Treatment (PWHT) on the microstructure of nickel (Ni)-based superalloys welds, (2) study the effect of PWHT on hardness of Ni-based superalloys welds, (3) study the PWHT which produces microstructure and hardness at the most optimal of Ni-based superalloys welds.

This is an experimental research. The sample on this research was Ni-based superalloys welds using Tungsten Inert Gas (TIG) method with PWHT. The TIG welding process used different kind of flux stream: 70 A, 80 A, and 100 A.

Meanwhile, PWHT used different kind of aging temperature: 6000C, 7000C, and

8000C. Data analysis used descriptive quantitative method from the result of

hardness and microstructure. Those data were analyzed with microstructure test and hardness test of Ni-based superalloys welds using TIG method with PWHT.

Result of the research shows that: 1) microstructure of Ni-based superalloys welds with PWHT, it can be seen the differences among the structure of welding zone, HAZ, and base metal zone. Welding and PWHT at elevated temperature raises γ matrix and γ’ precipitates with small size, finely dispersed on the material surface, (2) it is found the differences among the hardness on the welding zone, HAZ, and base metal zone from every flux stream which is used on the turbine blades welding process with PWHT. The higher flux stream and temperature of PWHT are used, the more uniform distribution of material hardness resulted, (3) welding with flux

stream of 100 A and PWHT at temperature 8000C on Ni-based superalloys is the

most optimal/best, because it is able to homogenize the microstructure and flatten the distribution of material hardness.

(10)

commit to user

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmad dan hidayah-Nya, sehingga Penyusunan Skripsi yang berjudul “PENGARUH PROSES POST

WELD HEAT TREATMENT (PWHT) PADA PENGELASAN MATERIAL

PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL DENGAN METODE TUNGSTEN

INERT GAS (TIG) TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO”

dapat diselesaikan.

Skripsi ini merupakan wujud aktualisasi penulis dalam mewujudkan Tri Dharma Perguruan Tinggi, sehingga diharapkan dapat memberikan manfaat yang lebih luas. Penyusunan Skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Dr. Suharno, S. T., M.T. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS sekaligus dosen pembimbing I yang selalu memberi pengarahan, motivasi dan bimbingan yang menyenangkan selama menyusun skripsi ini. 3. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang selalu mengayomi dan

memberi pengarahan selama proses bimbingan skripsi.

4. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T. selaku staf Lab. Bahan Teknik Departemen Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gajah Mada yang telah membimbing dalam menyukseskan pelaksanaan penelitian ini.

5. Teman-teman LSP FKIP UNS, PTM 2012, sahabat-sahabat Halaqoh untuk segala dukungan, persahabatan, dan bantuannya.

Penulis menyadari bahwa penyusunan Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan pendidikan.

Surakarta, Juli 2016

(11)

commit to user xi DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PERNYATAAN ... ii

HALAMAN PENGAJUAN ... iii

HALAMAN PERSETUJUN. ... iv

HALAMAN PENGESAHAN ... v

HALAMAN MOTTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

ABSTRAK. ... viii

ABSTRACT. ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Identifikasi Masalah ... 3

C. Pembatasan Masalah ... 4

D. Rumusan Masalah ... 4

E. Tujuan Penelitian ... 5

F. Manfaat Penelitian ... 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS A. Kajian Pustaka ... 6

1. Sifat Fisik dan Mekanik Bahan ... 6

2. Material Paduan Super (Superalloys) ... 7

3. Pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG) ... 13

4. Perlakuan Post Weld Heat Treatment (PWHT) ... 16

(12)

commit to user

xii

6. Uji Kekerasan ... 21

B. Kerangka Berpikir ... 22

C. Hipotesis Penelitian ... 23

BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 24

B. Desain Penelitian ... 25

C. Populasi dan Sampel ... 25

D. Teknik Pengambilan Sampel ... 25

E. Teknik Pengumpulan Data ... 26

F. Teknik Analisis Data ... 27

G. Prosedur Penelitian ... 29

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ... 38

1. Deskripsi Data ... 38

2. Hasil Uji Hipotesis ... 44

B. Pembahasan ... 45

1. Analisis Hasil Foto Struktur Mikro ... 45

2. Analisis Hasil Uji Kekerasan ... 60

BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN A. Simpulan ... 65

B. Implikasi ... 66

C. Saran ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... 68

(13)

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Kekuatan Stress-Pecah Paduan Super ... 8

2.2 Unsur Pemadu dalam Paduan Super Berbasis Nikel ... 11

2.3 Evolusi Ketahanan Temperature Tinggi dari Bahan Paduan Super selama 60 Tahun Semenjak Penggunaanya di Tahun 1940an ... 12

2.4 Las TIG ... 14

2.5 Skema Indentasi Vickers ... 22

2.6 Paradigma Penelitia ... 23

3.1 Bagan Tahapan Penelitian. ... 29

3.2 Material Paduan Super Berbasis Nikel ... 30

3.3 Gambar Spesimen ... 31

3.4 Spesimen Hasil Pengelasan ... 32

3.5 Spesimen Uji ... 33

3.6 Hubungan antara Suhu dan Waktu terhadap Material ... 34

3.7. Alat Uji Metalografi ... 34

3.8. Alat Uji Kekerasan Micro Hardness Vickers ... 36

4.1 Struktur Mikro Daerah Las dengan Kuat Arus 70 Ampere PWHT 6000C Perbesaran 200X ... 47

4.2 Struktur Mikro Daerah HAZ dengan Kuat Arus 70 Ampere PWHT 6000C Perbesaran 200X ... 47

4.3 Struktur Mikro Daerah Logam Induk dengan Kuat Arus 70 Ampere PWHT 6000_{C Perbesaran 200X ... 47}

4.4 Struktur Mikro Daerah Las dengan Kuat Arus 80 Ampere PWHT 6000_{C Perbesaran 200X ... 49}

4.6 Struktur Mikro Daerah Logam Induk dengan Kuat Arus 80 Ampere PWHT 6000C Perbesaran 200X ... 49

(14)

commit to user

xiv

4.7 Struktur Mikro Daerah Las dengan Kuat Arus 100 Ampere

PWHT 6000C Perbesaran 200X ... 50

4.8 Struktur Mikro Daerah HAZ dengan Kuat Arus 100 Ampere

4.9 Struktur Mikro Daerah Logam Induk dengan Kuat Arus 100 Ampere

PWHT 6000_{C Perbesaran 200X ... 50}

(15)

commit to user

xv

4.24 Struktur Mikro Daerah Logam Induk dengan Kuat Arus 80 Ampere PWHT 8000_{C Perbesaran 200X ... 57}

4.25 Struktur Mikro Daerah Las dengan Kuat Arus 100 Ampere PWHT 8000C Perbesaran 200X ... 59

4.27 Struktur Mikro Daerah Logam Induk dengan Kuat Arus 100 Ampere PWHT 8000C Perbesaran 200X ... 59

4.28 Grafik Kekerasan Material Paduan Super PWHT 6000C ... 60

4.29 Grafik Kekerasan Material Paduan Super PWHT 7000C ... 62

(16)

commit to user

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman 4.1 Komposisi Kimia Material Paduan Super Berbasis Nikel... 39 4.2 Spesifikasi Material Nickel Based Superalloy Rene 95 ... 40 4.3 Hasil Uji Kekerasan Spesimen Spot Welding Bahan Paduan Super,

Arus 70 Treatment 6000C. ... 41 4.4 Hasil Uji Kekerasan Spesimen Spot Welding Bahan Paduan Super,

Arus 80 Treatment 8000_{C. ... 44} 4.11 Hasil Uji Kekerasan Spesimen Spot Welding Bahan Paduan Super,

(17)

commit to user

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1 Jadwal Penelitian ... 71

2 Hasil Uji Komposisi Kimia Raw Material ... 72

3 Hasil Uji Komposisi Kimia Weld Material ... 73

4 Hasil Uji Kekerasan Material ... 74

5 Foto Struktur Makro ... 80

6 Foto Penelitian ... 82

7 Daftar Kegiatan Seminar Proposal Skripsi ... 85

8 Surat Keputusan Dekan FKIP tentang Izin Penyusunan Skripsi ... 87

9 Surat Permohonan Izin Penelitian ... 88