Strain Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding Geserk.

(1)

(2)

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ii

Sambutan Dekan Fakultas Teknik iii

Ucapan Terima Kasih iv

Daftar Isi v

Susunan Panitia x

Susunan Acara xi

1. Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi

Artono Koestoer 1

2. Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan 7

Bidang Teknik Mesin

1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden 1 2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,

AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana 7

3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk

Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih 14

4. Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra 21 5. Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap

Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto 34 6. Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)

dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.

Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan 42

7. Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit

Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto 49

8. Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,

Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi 60

9. Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut

Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi 67

10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto 73 11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku

Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra

Prasetyo, dan Jamari 83

12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani 90 13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi

Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut 96 14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact

Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,

Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan 102

(3)

Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013

| vi 16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin

Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I

Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama 115

17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang

Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana 124

18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made

Gatot Karohika, I Nym Gde Antara 133

19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak (Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu

Segara 141

20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa 149 21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,

I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati 158 22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring

pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista,

Ketut Astawa, Ainul Ghurri 166

23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana 173 24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material

pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman 180 25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada

Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model

Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto 186

26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede

Sugita, Made Suarda 195

27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P. 203 28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material

Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa 208 29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan

Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu,

Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani 218

30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion 224 31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka

Lesmana, Yohannes Dewanto 234

32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad

Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana 240

33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU

Buatan China, Suryo Busono 247

(4)

STRAIN-HARDENING

BAJA KARBON AISI 1065 AKIBAT BEBAN

GELINDING-GESEK

I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali (0361) 703321

e-mail: imdastika@yahoo.com

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidik i pengaruh variasi putaran terhadap k eausan dan perilak u sifat k ek erasan (strain hardening) baja k arbon setelah mengalami beban gelinding gesek . Bahan penelitian adalah baja k arbon AISI 1065 dimana bahan tersebut setara dengan rel k ereta api. Rel dan roda k ereta api merupak an dua k omponen yang mengalami beban gelinding gesek yang dapat menyebabk an k eausan dan k egagalan. Variasi putaran yang dilak uk an adalah 1000, 5000 dan 10.000 cycles. Jarak titik indentasi k ek erasan dari permuk aan pada 300, 700, 1100, 1500, 1900, 2300, 2700, 3100, 3500 dan 3900 µm. Hasil penelitian menunjuk kan bahwa semak in besar jumlah putaran pada uji k eausan semak in besar massa yang hilang. Sedangk an untuk uji k ek erasan terjadi peningk atan k ek erasan pada permuk aan baja k arbon AISI 1065.

Kata kunci: Strain hardening, gelinding gesek , k ek erasan, k eausan.

1. PENDAHULUAN

Keausan dan kegagalan merupakan masalah yang sering dialami roda maupun rel kereta api. Hal ini disebabkan karena beban yang diterima secara berulang-ulang. Keausan dan kegagalan ini sering terjadi pada lintasan belok, sambungan rel dan persimpangan. Pada roda, keausan dan cacat sering terjadi pada bagian flange roda. Keausan pada roda maupun rel menyebabkan ketidak nyamanan penumpang, kebisingan dan yang lebih berbahaya adalah keluarnya roda dari rel. Salah satu cara untuk mengurangi kegagalan tersebut yaitu dengan cara meningkatkan sifat mekanis pada material [1].

Benda yang bergesekan seperti kontak gelinding gesek yang dialami roda dan rel kereta api akan mengakibatkan material dibawah permukaan kontak mengalami deformasi plastis (regangan geser). Deformasi plastis tersebut dapat merubah sifat mekanis material (memberi kekerasan). Fenomena ini disebut material mengalami strain-hardening [2].

Adapun permasalahan yang akan diteliti adalah bagaimana perilaku sifat-sifat kekerasan (strain-hardening) dari material baja karbon AISI 1065 setelah mengalami beban gelinding-gesek dengan uji vicers dan gambaran struktur mikronya.

2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kontak Mekanik (Kontak Silinder)

(5)

TM-18 | 125 Gambar 1. Mekanisme kontak dua bidang permukaan silinder

(Sumber: 3)

Distribusi tekanan normal p(x) pada permukaan kontak ditentukan dengan teori Hertz

adalah:

(1)

Dimana p0 adalah tekanan maksimal pada pusat kontak dan pada setengah luas

bidang kontak.

Tekanan maksimal pada kontak dapat di tentukan dengan:

(2) Dimana P adalah tekanan, P adalah total pembebanan gaya per satuan panjang (L) pada bidang kontak dan dapat didefinisikan dengan:

(3) gesek. Jika suatu material menerima rolling-sliding contact serta adanya pengaruh slip-roll ratio secara berulang-ulang akan menimbulkan adanya gesekan pada material di permukaan dan di bawah permukaan kontak mengalami regangan geser dan terakumulasi sangat besar. Apabila regangan geser ini terakumulasi dan mencapai titik kritis regangan geser material maka kegagalan material dapat terjadi, seperti keausan (wear) dan kegagalan akibat kelelahan (fatigue).

Untuk menentukan slip-roll ratio dapat ditentukan dengan persamaan [2]:

Sr = (7)

dimana:

Sr = slip roll-ratio V1 = kecepatan disc 1

(6)

2.3 Kekerasan

Kekerasan suatu bahan sampai saat ini masih merupakan peristilahan yang kabur, yang mempunyai banyak arti tergantung pada pengalaman pihak-pihak yang terlibat. Pada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam dengan sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap defornasi plastik atau deformasi permanen. Untuk orang-orang yang berkecimpung dalam mekanika pengujian bahan, banyak yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran ketahanan terhadap lekukan. Untuk para insinyur perancang, kekerasan sering di artikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian tesebut dilakukan [4].

2.3.1 Kekerasan Vickers

Pengujian yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah uji vickers. Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling berhadapan adalah 136 . Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai pebandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramida intan. Angka kekerasan piramida intan (DPH) atau angka kekerasan Vickers (HVN), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. HV (Hardness Vickers) dapat di tentukan dari persamaan [4]sebagai berikut:

A

Karena jejak yang dibuat dengan penumbuk piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka HV tidak tergantung pada beban.

(7)

TM-18 | 127 136o

P

d1 d2

Gambar 2. Pengujian Kekerasan Vickers (Sumber: 5)

Pengujian metode kekerasan berdasarkan ASTM E384 standar, ketika melakukan test kekerasan jarak minimum dan jarak dari indentasi yaitu 2.5d, ke permukaan spesimen harus diperhitungkan terlebih dahulu untuk menghindari interaksi daerah kerja yang mengeras dan efek dari permukaan

3. METODE 3.1 Bahan

Material yang digunakan sebagai bahan uji adalah baja karbon AISI 1065. Bentuk specimen uji keausan berdasarkan standart Railway and Vehicle Dynamic.

Gambar 3. Skema spesimen uji keausan dan kekerasan

(8)

3.2 Alat Pengujian

Gambar 5. Skema mesin uji keasuan kontak dua disc (Twint dic test)

3.3 Uji Kekerasan Vickers Material Di bawah Permukaan Kontak

Pengujian kekerasan ini dilakukan untuk mengetahui perilaku sifat mekanik (kekerasan material) dekat permukaan kontak akibat keausan.

Gambar 6. Jarak dan arah pengujian kekerasan

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil pengujian keausan pada gelinding gesek

Tabel 1. Hasil pengujian keausan

No Spesimen Jumlah

cycles

Massa awal

(g)

Massa akhir

(g)

Massa yang hilang (g)

1 AISI 1065

1.000 175,58 175,08 0,5

5.000 175,26 174,95 0,31

10.000 175,99 175,32 0,67

(9)

TM-18 | 129 Gambar 7. Grafik hubungan jumlah siklus terhadap massa yang hilang

4.2 Hasil pengujian kekerasan Vickers

Tabel 2. Data hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065

No. Jarak dari permukaan HVN

kontak (µm) Tanpa Uji Keausan 1000 cycles 5000 cycles 10.000 cycles

1 300 196,734 212.573 214,36 216,215

2 700 196,734 199.920 199.092 199.135

3 1100 196,734 192.651 196.235 195.430

4 1500 196,734 189.164 189,930 190,316

5 1900 196,734 185.771 187,664 186,892

6 2300 196,734 184.660 183.925 183.234

7 2700 196,734 186,892 186.557 185.069

8 3100 196,734 195,874 197.087 198,723

9 3500 196,734 195,832 196.277 196.639

10 3900 196,734 196,271 197,494 198.680

Nilai kekerasan dihitung berdasarkan metode vickers hardness dengan penambahan 400µm dari tiap-tiap indentasi, yaitu dengan jarak dari permukaan specimen dimulai dari 300µm. Jarak dari permukaan yang dimaksud adalah dimana dihitung dari ujung permukaan menuju titik indentasi yang pertama yaitu 300µm, kemudian dilanjutkan dengan titik indentasi yang kedua dengan penambahan jarak 400µm. Beban yang digunakan pada saat pengujian adalah 1 kg. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dari masing-masing specimen.

Pada specimen yang tidak mengalami uji keausan hanya diambil 4 titik saja kemudian dirata-ratakan dan dibandingkan dengan specimen yang mengalami uji keausan mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan 10.000 cycles. Hasilnya disajikan gambar 8.

(10)

4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro 4.3.1 Pengamatan tanpa uji keausan

(a) 100 x pembesaran (b) 400 x pembesaran

Gambar 9. Struktur mikro AISI 1065 tanpa uji keausan

Pada gambar 9 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 tidak menunjukkan adanya regangan geser dan pemampatan pada partikel-partikelnya karena spesimen belum mengalami uji keausan.

4.3.2 Pengamatan setelah 1000 cycles

Gambar 10. Struktur mikro AISI 1065 1000 cycles

Pada gambar 10 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan 1000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat terjadi pemampatan pada partikel – partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite

(11)

TM-18 | 131 4.3.3 Pengamatan setelah 5000 cycles

Gambar 11. Struktur mikro AISI 1065 5000 cycles

Pada gambar 11 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan 5000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat bertambah pemampatan pada partikel-partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite

(partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan.

4.3.4 Pengamatan setelah 10. 000 cycles

Gambar 12. Struktur mikro AISI 1065 10.000 cycles

Pada gambar 12 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan 10.000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat semakin bertambahnya pemampatan pada partikel – partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel

(12)

Dari pengamatan struktur mikro yang dilakukan pada baja karbon AISI 1065 baik yang tanpa uji keausan maupun yang dengan uji keausan 1000, 5000 dan 10.000 cycles menunjukkan struktur mikro yang sama, struktur mikro hanya mengandung struktur

pearlite (gelap) dan feritte (putih) dan tidak mengalami regangan geser tetapi hanya terjadi pemampatan partikel pada permukaan.

5. SIMPULAN

Berdasarkan penelitian perilaku sifat kekerasan baja karbon material AISI 1065, dapat ditarik kesimpulan yaitu:

1. Terjadi peningkatan kekerasan pada bagian permukaan yang telah mengalami perubahan sifat mekanis material akibat beban pada saat uji keausan dimana semakin besar jumlah cycle maka semakin besar pula massa yang hilang.

2. Pemampatan partikel pada permukaan spesimen dimana struktur Pearlite semakin termampatkan ke atas mendekati permukaan dan strukur Ferrite menuju ke bawah permukaan sehingga bagian permukaan menjadi sangat keras akibat beban pada saat mengalami uji keausan.

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011)). Diakses tanggal 1 Juli 2012

2. Tyfour, W.R, et al, (1996), “Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of

Pearlitic Rail Steel Due To Dry-Wet Rolling-Sliding Line Contack”, Department Of

Mechanical And Proses Engineering, The University Of Sheffield, UK.

3. Kalker, J.J.A, (1982), “Fast Algoritma For The Simplifield Theory Of Rolling Contack (FASTSIM) Vehicle System Dynamic”, Vol: 11, Swets & Zeitlinger, B. V, Lisse.

4. Tata Surdia, Sinroko Saito,” Pengetahuan Bahan Teknik 1995” cetakan keenam, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

5. George E. Dieter, Sriati Djaprie, “ Mechanical Metallurgy ”, 3rd edition ., (Jakarta: Erlangga, 1990).

6. Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw Hill Book Co. 1988.