1
UJI KEKUATAN PUNTIR MATERIAL STAINLESS
STEEL 304 DENGAN PERLAKUAN PANAS
DAN TANPA PERLAKUAN PANAS
Ewa Suganda1), Rahmawaty,ST,MT 2)1Sekolah Tingggi Teknik Harapan 2
Jurusan Teknik Mesin E mail : ewasuganda@yahoo.com
Abstrak
Baja stainless merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr. Sedikit baja stainless mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe. Perbandingan pengujian puntir material Baja Stainless Steel 304 menghasilkan nilai rata-rata, inersia polar (J) sebelum dipanaskan 6,43 x sedangkan sesudah dipanaskan 6,43 x pada semua sudut, tegangan geser sebelum dipanaskan 880,87 Mpa pada sudut 1280 , sedangkan sesudah dipanaskan 858,01 Mpa pada sudut 1200 , modulus elastisitas sebelum dipanaskan 419,91 Mpa pada sudut 5 , sedangkan sesudah dipanaskan 167,96 Mpa pada sudut 5 , regangan geser sebelum dipanaskan 139,5 Mpa pada sudut 1395 , sedangkan sesudah dipanaskan 128 Mpa pada sudut 1280 . Dari perbandingan diatas untuk tegangan geser material sebelum dipanaskan lebih besar yaitu memiliki teganngan geser yang lebih tinggi 880,87 Mpa pada sudut 1280, untuk modulus elastisitas nilai maksimum terdapat pada material yang sebelum dipanaskan dengan nilai 419,91 Mpa pada sudut 5 , regangan geser maksimum terdapat pada material tanpa dipanaskan dengan 139,5 Mpa pada sudut 1395. Baja Stainless Steel memiliki sifat brittle bila dilihat dari hasil pengujian torsi setelah dipanaskan.
Kata kunci : Stainless Steel 304, inersia polar, tegangan geser, modulus elastisitas, regangan geser.
Abstract
Stainless steel is an alloy steel containing a minimum of 10.5% Cr. Fewer stainless steel containing more than 30% Cr or less than 50% Fe material torsion testing .. Comparison Steel Stainless Steel 304 generates an average value, polar inertia (J) pre-heated at 6,43 x , while after heated at 6,43 x at all angles, the shear stress (τ) pre-heated 880.87 MPa at 1280 ° angles, whereas after heated 858.01 MPa at an angle 1200 °, modulus of elasticity (G) pre-heated 419.91 MPa at an angle of 5 °, whereas after pre-heated 167.96 MPa at an angle of 5 °, the shear strain (γ) before heated 139.5 MPa at 1395 ° angles, whereas after heated 128 MPa at 1280 ° angle. From the above comparison to the shear stress (τ) pre-heated material is larger, ie have a higher shear teganngan 880.87 MPa at 1280 ° angle, to the elastic modulus maximum value contained in the pre-heated material with a value of 419.91 MPa at an angle of 5 °, the maximum shear strain contained in the material without heated to 139.5 MPa at 1395 ° angle. Steel Stainless Steel has brittle properties when viewed from the torque test results after being heated.
Keywords: Stainless Steel 304, polar inertia, shear stress, elastic modulus, shear strain
1. PENDAHULUAN
Pembebanan utama poros adalah puntiran yang terjadi pada elemen mesin ataupun beban gabungan. Kekuatan poros haruslah diketahui menggunakan alat uji puntir.Alat uji puntir merupakan suatu alat yang dirancang untuk mengukur seberapa besar kekuatan puntir yang dapat dilakukan pada saat pengujian poros. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memuntir batang uji
terus-menerus sampai batang uji patah/putus. Alat uji puntir digunakan industri untuk pengukuran dan mendapatkan data kekuatan puntir, sehingga kekuatan yang ingin diketahui dapat diterima dan diketahui. Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material.
2
Dalam batas elastis tegangan geserbervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga perangkat model uji torsi digunakan untuk melakukan simulasi terhadap berbagai perubahan parameter dalam puntiran dan nilai menentukan sifat-sifat seperti modulus lastisitas geser secara eksperimental, dengan asumsi-asumsi dasar yang digunakan dalam proses puntir seperti: Poros lurus dengan penampang lingkaran, Torsi bekerja konstan sepanjang batang pada sumbu polar, Pemantang lintang akan kembali lagi pada posisi semula setelah kembali. Uji puntir pada suatu bahan teknik dilakukan untuk menentukan sifat-sifat seperti modulus geser, kekuatan luluh puntir, dan modulus pecah. Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas. Deformasi yang terjadi pada benda uji diukur dari perpindahan sudut puntir suatu titik didekan ujung suatu benda, dibandingkan pada suatu titik pada elemen memanjang yang sama pada arah berlawanan. Dalam pengujian puntir biasanya digunakan benda dengan penampang bulat, dikarenakan hal tersebut merupakan geometri paling sederhana dalam perhitungan tegangan yang terjadi.
S. L. Semiatin.J.H. Holbrook [1] workability 304L stainless steel austenitic telah diteliti menggunakan uji torsi pada suhu dari 20 ° C hingga 1200 ° C dan ketegangan tingkat 0,01 dan 10.0s-1 Adapun banyak logam lain, 304L dipamerkan minimal daktilitas pada suhu hangat-kerja. Untuk tingkat ketegangan tinggi, kegagalan dikendalikan oleh proses aliran-lokalisasi pada 20 ° C dan 200 ° C. Pada suhu ini, mengalir pelunakan yang dihasilkan dari pemanasan deformasi itu disimpulkan sebagai penyebab utama aliran lokalisasi. Sebuah model untuk memprediksi ketegangan pada awal lokalisasi dikembangkan dan diterapkan dengan sukses untuk hasil 304L. Untuk tes torsi regangan-tingkat tinggi pada 400 ° C dan di atas, kegagalan itu fraktur dikendalikan seperti pada tes regangan-tingkat rendah, dan keuletan yang terbukti berkorelasi dengan yang di tingkat regangan yang lebih rendah melalui parameter Zener-Hollomon dengan menggunakan energi aktivasi yang berasal dari data aliran-stres.
Dinamis rekristalisasi ( DRX ) [2] dari AISI 304 stainless steel dipelajari dengan uji torsi pada kisaran suhu 900-1100 ° C dan berbagai tingkat ketegangan 5.0 × 10-2-5.0 × 100 s - 1 . Inisiasi dan evolusi DRX
diselidiki dengan analisis struktur mikro dan kemudian saring penting untuk inisiasi DRX bisa dikonfirmasi dengan analisis tegangan alir .
J.Phys [3] telah melakukan sebuah tes torsi eksperimental baru dikembangkan untuk mencapai tingkat regangan menengah. Panjang mengukur torsi bar klasik ( 27 mm ) berkurang dalam kisaran 0 sampai 5 mm . prediksi analitis dengan persamaan konstitutif sederhana menunjukkan bahwa tingkat regangan mencapai besarnya 250 s - 1. Sebuah analisis beda hingga diusulkan untuk mensimulasikan tes dengan persamaan konstitutif lebih berkembang . Perbandingan antara hasil eksperimen dan numerik menunjukkan kesepakatan yang baik.
Tujuan Penelitian
Merujuk kepada hal yang telah dibahas pada bagian perumusan dan batasan masalah sebelumnya, maka penelitian ini bertujuan untuk :
1. Untuk menghitung nilai kekuatan material Stainless Steel 304 anatara lain: a. Tegangan geser (
b. Tegangan geser ( c. Momen inersia (J)
d. Modulus elastisitas geser (G) 2. Melakukan perbandingan kekuatan
material Stainless Steel 304 dengan perlakuan panas dan tanpa perlakuan panas.
Baja stainless merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr. Sedikit baja stainless mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe. Daya tahan Stainless Steel terhadap oksidasi yang tinggi di udara dalam suhu lingkungan biasanya dicapai karena adanya tambahan minimal 13% (dari berat) Krom. Krom membentuk sebuah lapisan tidak aktif , Kromium(III) Oksida (Cr2O3) ketika bertemu Oksigen. Lapisan ini terlalu tipis untuk dilihat, sehingga logamnya akan tetap berkilau. Logam ini menjadi tahan air dan udara, melindungi logam yang ada di bawah lapisan tersebut. Fenomena ini disebut Passivation dan dapat dilihat pada logam yang lain, seperti pada Alumunium dan Titanium. Pada dasarnya untuk membuat besi yang tahan terhadap karat, Krom merupakan salah satu bahan paduan yang paling penting. Untuk mendapatkan besi yang lebih baik lagi, diantaranya dilakukan penambahan beberapa zat- zat berikut; Penambahan Molibdenum (Mo) bertujuan
3
untuk memperbaiki ketahanan korosi pittingdi lingkungan Klorida dan korosi celah unsur karbon rendah dan penambahan unsur penstabil Karbida (Titanium atau Niobium) bertujuan menekan korosi batas butir pada material yang mengalami proses sensitasi.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Teknik Mesin Sekolah Tingggi Teknik Harapan Medan.Waktu penelitian dilaksanakan setelah memperoleh persetujuan, yaitu sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola Program Studi sampai dengan dinyatakan selesai. Bahan material yang dipakai pada pengujian ini adalah bahan Stainless Steel 304. Gambar 3.1 merupakan bahan Stainless Steel 304
Gambar 3.1. Bahan Stainless Steel 304 Peralatan Pengujian
Dalam melaksanakan penelitian, alat uji torsi digunakan untuk mengukur torsi bahan Stainless Steel 304 sesuai dengan standart ASTM. Gambar 3.3 merupakan alat uji torsi skala laboratorium.
Gambar 3.3. Alat uji Torsi.
Alat ini terdiri dari beberapa bagian, antara lain :
a. Display Load Cell, adalah suatu perangkat elektronik yang digunakan sebagai monitor pembacaan pembebanan yang terjadi pada Load cell
b. Inverter, berfungsi untuk mengubah kecepatan motor Alternating Current (AC)
c. Rotary Encorder berfungsi sebagai alat pengukur sudut putaran yang akan di input
d. Counter, berfungsi sebagai rangkaian untuk mengkodekan data input menjadi data
e. Three-jou chuck (cekam), terbuat dari besi baja ancuran dengan diameter dimensi 6” dan mampu menjepit sampai diameter 3” digunakan sebagai pengikat/penjepit benda uji specimen selama proses penelitian.
f. Motor 1 HP 3 phasa 220/240 Volt berfungsi untuk memberikn putaran pada gear box kemudian putaran tersebut diteruskan ke bahan specimen melalui three-jou
g. Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindah tenaga yaitu Gear Box yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebut dapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupun pergeseran.
h. Kopling, adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan dua poros pada kedua ujungnya dengan tujuan untuk mentransmisikan daya mekanis.
i.
Load cell, adalah sebuah alat uji perangkat listrik yang dapat mengubah suatu energi menjadi energi lainnya yang biasa digunakan untuk mengubah suatu gaya menjadi sinyal listrik.j.
Jangka Sorong (Vernier Caliper), berfungsi sebagai alat pengukur bahan spesimen Stainless Steel 304 yang sesuai dengan standart ASTM E8.3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam pengujian ini variable yang akan diamati adalah:
1. Gaya/force (N.m) 2. Diameter specimen (mm) 3. Sudut Radian (θ°) Data Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian Torsi dengan bahan material Stainless Steel 304 dengan variasi bahan spesimen yang sudah di panaskan dan yang tidak di panaskan diperoleh data hasil pengujian seperti diperlihatkan pada tabel 3.1.
4
Tabel 3.1. Data hasil pengujian TorsiStainless Steel 304 yang sudah dipanaskan
NO. θ1 Torsi (N.m) I II III Rata-rata 1 5 23,2 31,4 31,4 30 2 200 65,8 78,4 74,4 72,9 3 450 80,4 95,8 91,8 89,3 4 700 92,4 112,6 108,6 104,6 5 950 103 123,4 119,4 115,3 6 1200 110,8 133,2 129,2 124,4 7 1280 112,4 134,6 130,6 125,9 8 1395 114,8 98 102,3 102,3
Perhitungan spesimen uji Puntir Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan
Perhitungan rata-rata pada sudut 5º 1. Momen Inersia J = 6.43 x 10-10 m4 2. Tegangan Geser (τ)
3. Modulus Elastisitas Geser (G) G = 419,91 Mpa 4. Regangan Geser (γ) Mpa
Tabel 4.1 Data perbandingan hasil perhitungan material Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan N O θ1 Teganga n Modulus Regangan geser (τ) elastisita s (G) Geser (Y) 1 5 209,95 419,91 0,5 2 200 509,95 25,50 20 3 450 625,19 13,89 45 4 700 732,04 10,46 70 5 950 806,69 8,49 95 6 1200 870,61 7,26 120 7 1280 880,87 6,88 128 8 1395 715,71 5,13 139,5
Grafik hasil pengujian Torsi
Gambar 4.1 Grafik perbandingan Tegangan geser Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan dan sebelum dipanaskan
Gambar 4.2 Grafik pebandingan modulus elastisitas geser Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 5 20 0 45 0 70 0 95 0 12 00 12 80 13 95 5 20045070095012001280 TEGANGAN GESER (τ) SEBELU M DIPANA SKAN SESUDA H DIPANA SKAN 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 5 20 0 45 0 70 0 95 0 12 00 12 80 13 95 5 20045070095012001280 MODULUS ELASTISITAS SEBELU M DIPANA SKAN SESUDA H DIPANA SKAN
5
Gambar 4.3. Grafik perbandingan regangangeser Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan diatas, Uji Torsi dengan material Baja Stainless Steel 304 dengan sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan mempunyai beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.Pada pengujian puntir material Baja Stainless Steel 304 dengan perlakuan panas menghasilkan nilai rata-rata maksimum, Inersia Polar (J) = 6,43 x pada semua sudut spesimen, tegangan geser = 858,01 Mpa pada sudut 1200 , modulus elastisitas geser (G) = 167,96 Mpa pada sudut 5 , regangan geser ( = 128 Mpa pada sudut 128 .
2.Pada pengujian puntir material Baja Stainless Steel 304 tanpa perlakuan panas menghasilkan nilai rata-rata maksimum, Inersia Polar (J) = 6,43 x pada semua sudut spesimen, tegangan geser = 880,87 Mpa pada sudut 1280 , modulus elastisitas geser (G) = 419,91 Mpa pada sudut 5 , regangan geser ( = 139,5 Mpa pada sudut 1395 .
3.Pada perbandingan pengujian puntir material Baja Stainless Steel 304 menghasilkan nilai rata-rata, Inersia Polar (J) sebelum dipanaskan 6,43 x sedangkan sesudah dipanaskan 6,43 x pada semua sudut, tegangan geser sebelum dipanaskan 880,87 Mpa pada sudut 1280, sedangkan sesudah dipanaskan 858,01 Mpa pada sudut 1200 , modulus elastisitas sebelum dipanaskan 419,91 Mpa pada sudut 5 , sedangkan sesudah dipanaskan 167,69 Mpa pada sudut 5,
regangan geser sebelum dipanaskan 139,5 Mpa pada sudut 1395 , sedangkan sesudah dipanaskan 128 Mpa pada sudut 1280 . Dari perbandingan diatas untuk tegangan geser material sebelum dipanaskan lebih besar yaitu memiliki teganngan geser yang lebih tinggi 880,87 Mpa pada sudut 1280 , untuk modulus elastisitas nilai maksimum terdapat pada material yang sebelum dipanaskan dengan nilai 419,91 Mpa pada sudut 5 , regangan geser maksimum terdapat pada material tanpa dipanaskan dengan 139,5 Mpa pada sudut 1395 .
4.2 Saran
Pada saat pembuatan material uji, bahan uji harus benar-benar tepat dengan ukuran yang sudah ditentukan dengan standart ASTM E8M. Pengujian harus benar-benar kuat saat mengikat/ mengunci material pada alat uji puntir. Pada saat pengambilan data harus benar-benar cermat agar data yang dihasilkan lebih akurat. Dan sebaiknya kampus SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN mempunyai laboratorium yang standart untuk pengujian agar seluruh mahasiswa dapat melakukan pengujian di laboratorium SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN MEDAN.
5. DAFTAR PUSTAKA
Brearley Harry, 1913, “The Science and Engineering of Material”, Alternate Edition, PWS Engineering, Boston, USA. Bonacuse J Peter, 1990, “A STUDY OF
TUBULAR SPECIMEN
THICKNESS EFFECTS”,NASA
Lewis Research Center,Amerika. Heroja narodnih Aleja, 2007,“Mechanic of
Material”, edisi terjemahan oleh BambangS. ,Erlangga, Bandung. Harjanto, Agus Sri, 2005, “Jurnal :
Rancang Bangun Alat Uji Puntir Statis dan Uji Fatik dengan Beban Torsi”, Undip Semarang. Popov, E.P, 1995, “Mechanic of Material”, edisi terjemahan oleh Zainul,A.T, Erlangga, Ciracas, Jakarta.
Priyoko, Nanang A, 2005, “Jurnal : Pengaruh Pengkombinasian Frekuensi Beban Impak Terhadap Kekuatan Lelah Spesimen Pada Beban Lentur Putar (Rotary Bending)”, Undip Semarang.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 5 20 0 45 0 70 0 95 0 12 00 12 80 13 95 5 2004507009501200 1280 R EN GANG A N GE SE R ( 𝛾 ) SUDUT (θ) RENGANGAN GESER
(
𝛾
)
SEBELU M DIPANAS KAN SESUDA H DIPANAS KAN6
Timoshenko, S, 1976, “Strength of MaterialsPart II”, Robert E. Krieger Publishing Co,New York. Totok Surdia, Saito S, 1992, “Pengetahuan
Bahan Teknik Cetakan Kedua” PT PradnaParamita, Jakarta. Anonimous, 1984, “Annual Book of ASTM
Standart, Volume 03.01. MetalMechanical Testing; Elevated and LowTemperature” America Standart Material Hand Book; Race Street, Philadelphia. Budiman, Anton dan Bambang P, 1999,
“Elemen Mesin Jilid I Disain dan Kalkulasi dari Sambungan,
Bantalan dan Poros”, Erlangga, Ciracas, Jakarta
Callister Jr, W.D, 1994, “Material Science and Engineering”, John Willey and Sons, Inc, New York.
Collins, J.A, 1981, “Failure of Material in Mechanical Design”, John Willey and Sons, Inc, New York.
Subagyo, 2012. Uji material dan poros diameter dengan pengujian puntir.Jurusan teknik mesin Univ.Widyagama Malang. Phys.J. (2006). Mechanical and physical
behavior of material under dynamic .171-176. New York
