ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH

(1)

ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO

PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES

CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL

TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

BRESMAN P SIBORO

NIM. 100421024

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat

dan karunia-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini

merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Teknik Mesin dalam menyelesaikan

studi di Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul dari skripsi ini adalah

“Analisa

Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Daerah Interface Hasil Proses Cladding Material Stainless Steel

Terhadap Baja Karbon Menengah”.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik

Mesin FT - USU.

2. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah

memberikan bimbingan dan arahan dalam menyusun skripsi ini.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.

4. Teman Satu angkatan yang telah memberikan semangat kepada penulis

untuk penyelesaian tugas sarjana ini.

(6)

moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas

sarjana ini.

6. Teman satu kerja Legiman, Haryono, Sumarno, Muslim Ginting yang

telah banyak menbantu saya dalam melakukan pengujian dan banyak

memberikan masukan.

7. Kekasih saya Anggriany br. Sembiring yang menjadi semangat saya dalam

menyelesaikan tugas sarjana ini.

8. Adik saya Sardo Haryson P. Siboro yang banyak memberi dukungan

kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini

selesai.

Semoga skripsi ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagai

pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat

kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini

penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam

penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga

skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

Medan, 14 Maret 2014

Penulis,

BRESMAN P. SIBORO

(7)

ABSTRAK

Penggunaaan Baja karbon menengah dalam dunia industri masih sangat

banyak digunakan. Namun dalam aplikasi tertentu, seperti peralatan otomotif,

konstruksi dekat laut, tangki tekanan tinggi, Baja karbon menengah perlu dilapis

dengan stainless steel agar dapat digunakan sesuai aplikasinya dan masa pakai

yang tahan lama. Proses yang diteliti adalah proses

cladding yaitu ikatan

bersama-sama dari dua logam berbeda. Cladding dapat dicapai dengan dua

logam, melalui logam induk dan logam pelapis serta menekan lembaran bersama

dibawah tekanan dan temperatur tinggi (850

0

C). Tujuan penelitian adalah untuk

mendapatkan nilai kekerasan dan mengamati difusi yang terjadi pada struktur

mikro di daerah antar muka. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan dan

uji struktur mikro. Nilai kekerasan pada daerah antar muka pada masing

–

masing varian waktu penahanan 20 menit, 40 menit dan 60 menit ditemukan

peningkatan nilai kekerasan secara berturut

–

turut yakni 113,5 BHN, 125,6 BHN

dan 128,30 BHN. Analisa struktur mikro waktu penahanan 20 menit terjadi

difusi, tetapi belum sepenuhnya disepanjang daerah antar muka, pada waktu

penahanan 40 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka, dan pada

waktu penahanan 60 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka.

kesimpulan yang diperoleh adalah semakin lama waktu pemanasan pada proses

cladding, nilai kekerasan yang diperoleh akan semakin tinggi. Pada struktur

mikro, semakin lama waktu penahanan pemanasan difusi terjadi disepanjang

daerah interface.

Kata kunci : Cladding, Baja Karbon Menengah, Stainless Steel, Uji Kekerasan, dan

(8)

ABSTRACT

The use of medium carbon steel in the industrial is still very much in use.

However in certain applications, such as automotive construction equipment near

the sea, high pressure tanks, medium carbon steel coated with stainless steel needs

to be used efficiently and effectively.. The process under study is the cladding

process that ties together of two dissimilar metals. Cladding is often achieved with

the two metals, through the parent metal and metal coating and pressing sheets

together under high pressure and temperature. The purpose of the study is to

obtain hardness values and observe the diffusion that occurs in the microstructure

in the interfacial region. Testing is performed hardness test and microstructure

test. Value violence in interface areas on each variant holding time 20 minutes, 40

minutes and 60 minutes found an increase in hardness values respectively were

the 113.5 BHN, 125.6 BHN and 128.30 BHN. Analysis of the microstructure of

the 20 minute hold time diffusion, but not entirely along the interface region, the

detention time of 40 minutes diffusion that occurs along the interface areas, and at

the 60 minute hold time diffusion that occurs along the interface areas.

conclusions obtained are the longer the heating time on the cladding process, the

hardness values obtained will be higher. On the microstructure, the longer the

better diffusion warming is happening.

Keywords: Cladding, Medium Carbon Steel, Stainless Steel, Hardness Test, and Micro

(9)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR NOTASI ... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penilitian ... 2

1.4 Manfaat Penilitian ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pelapisan Permukaan Logam. ... 5

2.1.1 Macam-Macam Pelapisan Logam….. ... 5

2.1.1.1 Pelapisan Dekoratif….. ... 5

2.1.1.2 Pelapisan Protektif….. ... 6

2.1.1.3 Pelapisan Sifat Khusus Permukaan….. ... 6

(10)

2.3 Daerah Antar Muka ( Interface ) ... 7

2.6.2.1 Austenitic Stainless Steel... 13

2.6.2.2Ferritic Stainless Steel ... 13

2.6.2.3Martensitic Stainless Steel ... 13

2.6.2.4Duplex Stainless Steel ... 14

(11)

2.9.3Penggerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan ... 25

2.9.4Pengetsaan ( Etching ) ... 27

2.9.5 Pengamatan Struktur Mikro... 27

2.10 Pengujian Komposisi ... 30

2.11 Pengujian Kekerasan ... 31

2.11.1 Uji Keras Brinnel ... 32

2.11.2 Uji Keras Rockwell ... 33

2.11.3 Uji Keras Vickers ... 34

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat ... 36

3.1.1 Bahan Yang Digunakan ... 36

3.1.2 Alat Yang Digunakan ... 36

3.2 Proses Penelitian ... 41

3.2.1 Pembuatan Spesimen ... 41

3.2.2 Uji Komposisi ... 41

3.2.3 Proses Pembuatan Alat Penekan Spesimen ... 42

3.2.4 Proses Pembersihan Permukaan Spesimen ... 43

3.2.5 Proses Penekanan Pada Spesimen ... 43

3.2.6 Proses Pemanasan Pada Spesimen ... 44

3.2.7 Pendinginan Dengan Media Udara ... 45

3.2.8 Pengujian Kekerasan Brinnel ... 46

(12)

3.3 Diagram Alir ... 50

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 HasilPengujian Brinell... 52

4.1.1 Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 20 Menit ... 54

4.1.2Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 40 Menit ... 56

4.1.3Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 60 Menit ... 58

4.2 Hasil Uji Struktur Mikro ... 60

4.2.1 Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 20 Menit ... 62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 70

5.2 Saran ... 71

DAFTAR PUSTAKA

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Stainless Steel Berdasarkan Struktur Metalurgi…..14

Tabel 3.1 Hasil uji Uji Komposisi ... 42

Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan 20 Menit ... 54

Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan 40 Menit ... 56

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Cladding Dengan Menggunakan Pengerollan Panas ... 7

Gambar 2.2 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr ... 15

Gambar 2.3 Diagram Fasa Baja Karbon (Fe-C) ... 17

Gambar 2.4 Struktur Kristal BCC ... 19

Gambar 2.5 Struktur Kristal FCC ... 20

Gambar 2.6 Struktur Kristal BCT ... 21

Gambar 2.7 Proses Mounting Terhadap Spesimen………25

Gambar 2.8 Proses Pengamplasan dan Pemolesan Spesimen ... 26

Gambar 2.9 Ilustrasi Prinsip Pengelihatan ... 29

Gambar 2.10 Alat Uji Komposisi ( Metal Analizer ) ... 30

Gambar 2.11

Perumusan Untuk Pengujian Brinnel…..……….………..

33 Gambar 2.12

Alat uji kekerasan brinnel ... 33

Gambar 2.13

Pengujian Rockwell ... 34

Gambar 2.14

Prinsip Kerja Metode Pengukuran Rockwell ... 34

Gambar 2.15

Pengujian Vikers ... 35

Gambar 2.16

Bentuk Indentor Vikers ... 35

Gambar 3.1 Kunci Moment ... 36

Gambar 3.2 Alat Penekan Spesimen ... 37

Gambar 3.3 Gergaji ... 38

Gambar 3.4 Tungku Pemanas ... 38

(15)

Gambar 3.6 Penjepit ... 39

Gambar 3.7 Mesin Polish ... 40

Gambar 3.8 Spesimen Penelitian... 41

Gambar 3.9 Alat Penekan Spesimen ... 42

Gambar 3.10 Pembersihan Permukaan Spesimen ... 43

Gambar 3.11 Penekanan Pada Spesimen ... 44

Gambar 3.12 Spesimen Dalam Tungku Pemanas ... 44

Gambar 3.13 Spesimen Dikeluarkan dari Tungku Pemanas ... 45

Gambar 3.14 Pembingkaian (mounting) Spesimen ... 46

Gambar 3.15 Set Up Pengujian Kekerasan. ... 46

Gambar 3.16 Mikroskop Optic.. ... 48

Gambar 3.17 Diagram Alir Penelitian.. ... 50

Gambar 4.1 Bentuk Spesimen Setelah Pengujian ... 53

Gambar 4.2 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 20 menit ... 55

Gambar 4.5 Hasil Uji Kekerasan Setiap Variasi ... 60

Gambar 4.6 Contoh Pembacaan Keterangan Foto Struktur Mikro ... 61

Gambar 4.7 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 20 Menit ... 62

Gambar 4.8 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 40 Menit ... 64

(16)

DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

F Beban kgf

D Diameter mm

d Diameter lelukan mm

t Waktu pemanasan Menit

L Panjang spesimen mm