APLIKASI TEKNIK PEMBUATAN KERIS PADA KOMPOSIT LAMINATE BAJA- NIKEL

(1)

APLIKASI TEKNIK PEMBUATAN KERIS

PADA KOMPOSIT LAMINATE BAJA- NIKEL

Disusun Oleh :

Gogod Mei Dwi Cahyono

NRP. 2102 100 051

Dosen Pembimbing

(2)

Mem anfaatkan teknologi p em bu atan keris

p ad a kom p osit lam inat logam d engan

logam

Masih m inim nya kom p osit antara logam

d engan logam khu su snya baja d an nikel

Bisa d itentu kannya sifat m ekanik

kom p osit d engan m engetahu i sifat

m ekanik d an vraksi volu m e bahan

p em bentu knya

(3)

Dibu at kom p osit antara baja d an nikel d engan

m engam ati p engaru h variasi ju m lah lip atan

antara baja AISI 1020 d an nikel ju ga AISI 1045

sebagai m atriks inti, p ad a sifat m ekaniknya.

(4)

Untu k analisa sifat m ekanik, ketebalan antar

m m asing lap isan baja d an m

asing-m asing lap isan nikel d alaasing-m setiap sp esiasing-m en

d ianggap sam a d an lu ru s.

Untu k analisa sifat m ekanik p engelasan tem p a

antar lap isan d ianggap sem p u rna.

(5)

Mengetahu i sifat m ekanik yaitu keku atan tarik,

keu letan, kekau an d an kekerasan d ari kom p osit

lam inate baja d an nikel d engan variasi ju m lah

lip atan antara baja AISI 1020 d an nikel ju ga AISI

1045 sebagai m atrik inti

(6)

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang

berbeda, dengan sifat yang dihasilkan berbeda

dengan sifat bahan asalnya yaitu:

Matriks, punya kekuatan yang lebih rendah

Penguat, punya kekuatan yang lebih tinggi

D alam menganalisa karakteristik komposit

terdapat dua macam konsep pemahaman, yaitu:

Analisa Mikromekanik

(7)

Asu m si bahw a tegangan kom p osit, m atriks d an

p engu at sam a ( f = m = c), sehingga tid ak ad a

slip d i interface m atrik d an p engu at, m aka :

fiber komposit matrik f = m = c Permodelan Diagram -Matrik Penguat 1 1 2 Arah pembebanan

Sehingga d id ap at ru m u san tegangan kom p osit :

c = f Vf+ mVm

Dimana c = kekuatan tarik komposit

m = kekuatan tarik matriks

f = kekuatan tarik penguat

Vf = fraksi volume penguat ( Vf/Vc)

Vm = fraksi volume matriks (vm/Vc)

(8)

Analisa m akrom ekanik kom p osit lam inate

d id asarkan p ad a satu kesatu an p enu h sehingga

keku atannya d id asarkan p ad a keku atan tiap lap isan

yang m em bentu knya. Keku atan p ad a lap isan

d ip eroleh d ari m engasu m sikan gaya-gaya p ad a

lap isan sep anjang ketebalan kom p osit sehingga

d ip eroleh resu ltan gayanya. Untu k lebih jelasnya bisa

d ilihat p ad a gam bar beriku t ini :

(9)

Pengelasan tem p a yaitu m enyam bu ng d u a m eterial logam

secara m etalu rgi d engan p em anasan d an p enem p aan.

(10)

Penem p aan (forging) ad alah m em berikan gaya p enekanan

p ad a logam d alam kond isi tem p eratu re tinggi (H ot

Working).

(11)

Akibat pemanasan terjadi perubahan komposisi

kimia pada benda kerja, yaitu:

D ekarburisasi : Oksidasi yang khusus terjadi pada

karbon (C). Sehingga terjadi pengurangan atom

karbon dari baja

(12)

STUDI LITERATUR PENELITIAN LAPANGAN PEMBUATAN SPESIMEN START PERUMUSAN MASALAH KESIMPULAN FINISH ANALISA UJI TARIK UJI KEKERASAN

PEMOTONGAN SPESIMEN

FOTO MAKRO & MIKRO

(13)

Persiapan bahan : - Nikel

- AISI 1020 - AISI 1045

Penempaan baja AISI 1020 pada 1100°C dari tebal 3cm ke 1cm

Pembuatan bahan komposit awal

Pelipatan bahan komposit awal

Jumlah lipatan n x lipatan

n=1, 3, 5

Pembuatan komposit akhir dengan n lipatan

NO

YES

Ni

AISI 1045

Flowchart pembuatan spesimen

Persiap an bahan

Penem p aan AISI

1020

Pem bu atan bahan

kom p osit aw al

Pelip atan kom p osit

aw al

Pem bu atan kom p osit

akhir n lip atan

(14)

1. AISI 1020 sebagai matriks pengikat pada komposit awal n lipatan - Berat : 250 gr

- komposisi kimia : 0,2 %C ; 0,3 0,6 %Mn ; 0,04%P dan 0,05%S

- kekuatan tarik : 448,2 N/mm2 - Elongation : 36%

- kekerasan : 150 HV

2. Nikel sebagai bahan penguat komposit awal n lipatan - Berat : 70 gr

- komposisi kimia : 90 %Ni sisanya Fe - kekuatan tarik : 1196 N/mm2

- Elongation : 40% - Kekerasan : 188 HV

3. Baja karbon medium AISI 1045 sebagai matriks pada komposit akhir - Berat : 300 gr

- komposisi kimia : 0,48 %C ; 0,7 %Mn dan 0,3%Si - kekuatan tarik : 564 N/mm2 - Elongation : 12% - Kekerasan : 223 HV 3 cm 9 cm 3 cm 0.2 cm 4.5 cm 17.5 cm 8.5 cm 1 cm 5 cm

(15)

AISI 1020 d item p a p ad a tem p eratu r 1100o C d ari ketebalan

3cm m enjad i ketebalan 1cm . Kem u d ian lem baran baja karbon

rend ah tersebu t d ilip at arah m em anjang, sep erti gam bar

berikut :

Penempaan AISI 1020 a). AISI 1020 yang belum ditempa, b). AISI 1020 yang sudah ditempa pada 1100° C, c). AISI 1020 yang sudah dilipat

AISI 1020 c a b AISI 1020

AISI 1020

(16)

N ikel d engan tebal 0,2cm d im asu kkan d itengah-tengah lipatan

AISI 1020. Su su nan tersebu t d item p a p ad a tem p eratu re 1100

°

C dari tebal 2,2cm m enjad i bahan kom p osit aw al d engan

ketebalan 1cm.

Pembuatan bahan komposit awal a). Bahan Nikel yang akan diselipkan pada AISI 1020, b). Bahan komposit awal

Nikel

a

AISI 1020

(17)

Bahan komposit awal dilipat

arah memanjang dan ditempa

1100

°

C dari tebal 2cm

menjadi 1cm, begitu

seterusnya sampai didapat :

a. komposit awal 1 lipatan

b. komposit awal 3 lipatan

c. komposit awal 5 lipatan

Bahan Komposit Awal

Komposit Awal 1 Lipatan

Komposit Awal 3 Lipatan

Komposit Awal 5 Lipatan

(18)

a

kom p osit aw al n lip atan d ip otong m enjad i d u a arah m elebar. Kem u d ian disusun bersam a AISI 1045 tebal 1cm d engan su su nan lem baran kom p osit aw al n lipatan-AISI 1045-lembaran komposit awal n lipatan dan ditempa pada temperature

1100° C d ari tebal 3cm sam p ai ketebalan 0,7cm . Dihasilkan kom p osit akhir 1, 3 dan 5 lipatan yaitu :

Komposit awal n kali lipatan

a

Dipotong

AISI 1045

b

Komposit awal n kali lipatan

Spesimen komposit akhir n kali lipatan

c

Pembuatan komposit akhir n lipatan

= AISI 1045 = nikel = AISI 1020

(19)

Pot A

Pot A Pot A - A

Pem otongan sp esim en u ntu k iju tarik d an kekerasan

Uji Tarik m enggu nakan stand ard JIS Z 2201 typ e 13B

Uji kekerasan Pad a Pot A-A

12 3 4 5 1 2 3

(20)

1.Komposit akhir 1 lipatan:

(komposit awal 1 lipatan)

AISI 1045

Ni

AISI1020 Ni AISI1020 Ni

foto makro _{foto mikro}

(komposit awal 3 lipatan) AISI 1045

Ni

2.Komposit akhir 3 lipatan:

AISI 1045

(komposit awal 5 lipatan) Ni

3.Komposit akhir 5 lipatan: foto makro foto makro AISI1020 Ni foto mikro AISI1020 Ni _AISI₁₀₂₀ _Ni foto mikro

(21)

- Pola Patahan

:

Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 1 lipatan Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 3 lipatan

Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 5 lipatan

Kualitas pengelasan tempa antar lapisan semakin bagus dengan semakin banyak lipatan dikarenakan faktor temperatur dan gaya untuk pengelasan tempa akan semakin cukup seiring lipatan diperbanyak

(22)

- Tabel H asil Uji tarik Kom p osit Lam inat Baja - Nikel

Komp osit

Hasil pengujian Hasil Perhitungan

Ao (mm) Lo (mm) Lf (mm) Lel astik (mm) Lplastis (mm) Py (KN) Pmax y ( N/mm2₎ _{u ( N/mm}2₎ _(%) _{E ( Nmm}2₎ 1 lipatan 100.75 50.1 59.25 4,57 9.15 42.05 58.2 417,27 396,2 578,2 562 18.26 18.21 4574,4 4868,55 100.75 50.1 59.2 3,64 9.1 37.8 55 375,1 545,8 18.16 5162,7 3 lipatan 84.6 50.7 60 5,07 9.3 43.75 50.5 517,2 476,16 596,9 575,9 18.34 18.345 5171,9 4721,25 91.94 49.85 59 5,08 9.15 40 51.2 435,12 554,9 18.35 4270,6 5 lipatan 87 50.5 61 8,75 10.5 54 61 620,76 625 701,1 7 690,2 20.79 20.59 3582,6 3456,9 96.85 50.5 60.8 9,0 10.3 60.95 65.8 629,39 679,4 20.4 3331,3

(23)

- Grafik hu bu ngan keku atan tarik d engan ju m lah lip atan

Grafik u vs jumlah lipatan

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

1 x lipatan 3 x lipatan 5 x lipatan

N

/m

m

2

Kekuatan tarik ( u ) semakin tinggi dengan semakin

banyaknya jumlah lipatan.

Dengan kata lain komposit akhir 5 lipatan punya kekuatan tarik sebesar 690,2 ( N/mm2) lebih tinggi dari komposit akhir 3 lipatan yang punya kekuatan tarik 575,9 ( N/mm2) dan

komposit akhir 1 lipatan dengan kekuatan tarik hanya 562 (

(24)

Nilai kekuatan tarik bisa di analisa dengan membuat permodelan diagram - d engan m enghitu ng nilai keku atan tarik kom p osit secara teori d engan c = f Vf+ mVm

Komposit akhir 1 lipatan Komposit akhir 3 lipatan Komposit akhir 3 lipatan

Nilai kekuatan tarik komposit berbeda dengan kekuatan tarik matriks dan

penguat yang membentuknya. kekuatan tarik naik seiring bertambahnya lipatan dikarenakan pengelasan tempa yang semakin banyak dan lapisan semakin

banyak dan rapat. sehingga tegangan semakin bertambah seiring banyaknya lapisan

(25)

- Grafik hu bu ngan keu letan d engan ju m lah lip atan

Grafik vs jumlah lipatan

17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21

1 x lipatan 3 x lipatan 5 x lipatan

%

Keuletan semakin tinggi dengan semakin banyaknya lipatan.

dengan kata lain komposit akhir 5 lipatan punya keuletan sebesar 20.59 % lebih tinggi d ari kom p osit akhir 3 lipatan dengan keuletan 18.345 % dan komposit akhir 1 lipatan dengan keuletan hanya 18.21%. Nilai keuletan bisa di analisa dengan asumsi tegangan antara komposit, matriks dan penguat sama f = m = c

f = m = c

Sehingga didapat nilai keuletan komposit yang

berbeda dengan bahan pembentuknya. Naiknya nilai keuletan dengan semakin banyaknya lipatan

dikarenakan pengelasan tempa dan lapisan yang terbentuk semakin banyak sehingga regangan semakin bertambah seiring banyaknya lapisan

(26)

- Grafik hu bu ngan kekaku an d engan ju m lah lip atan

Kekakuan semakin tinggi dengan semakin banyaknya jumlah lipatan Dengan semakin banyak lipatan, pengelasan tempa dan lapisan yang terjadi akan semakin banyak dan pososi antara penguat dan matriks akan semakin rapat., sehingga

tegangan luluh dari komposit akan naik sehingga kekakuanya akan naik.

(27)

- Tabel u ji m icrohard ness

AISI 1045 AISI 1020 Nikel AISI 1020 AISI 1020

No HV Lokasi dan foto perbesaran 100x 1 219 2 174 3 186 4 174 5 172

No HV Lokasi dan foto perbesaran 100x 1 219 2 180 3 168 4 185 5 168

No HV Lokasi dan foto perbesaran 100x 1 218 2 180 3 178 4 175 5 162 AISI 1045

AISI 1020 & Nikel

AISI 1020

AISI 1020 & Nikel

AISI 1020

AISI 1045

AISI 1020 & Nikel

AISI 1020

(28)

- Tabel uji brinnel

Lokasi d1 d2 d HB 1 1,25 1,25 1,25 143 2 1,2 1,2 1,2 156 3 1,3 1,3 1,3 131 Rata - rata 143,3 Lokasi d1 d2 d HB 1 1,1 1,1 1,1 187 2 1,2 1,2 1,2 156 3 1,2 1,2 1,2 156 Rata-rata 166,33 Lokasi d2 d2 d HB 1 1,1 1,1 1,1 187 2 1,1 1,1 1,1 187 3 1,2 1,2 1,2 156 Rata-rata 176,67

Komposit akhir 1 lipatan

(29)

- Tabel u ji Vickers

No d1 d2 d HV 1 0,215 0,195 0,205 221 2 0,220 0,210 0,215 201 3 0,230 0,230 0,230 175 4 0,225 0,245 0,235 168 5 0,230 0,220 0,225 183 Rata-rata 188 No d1 d2 d HV 1 0,215 0,195 0,205 221 2 0,215 0,225 0,22 192 3 0,230 0,230 0,230 175 4 0,230 0,230 0,230 175 5 0,230 0,220 0,225 183 Rata-rata 189,2 No d1 d2 d HV 1 0,200 0,200 0,200 232 2 0,215 0,195 0,205 221 3 0,215 0,225 0,22 192 4 0,230 0,230 0,230 175 5 0,230 0,220 0,225 183 Rata-rata 200,6

(30)

- Grafik hu bu ngan kekerasan d engan ju m lah lip atan

Gr af i k Vi cker s dan Br i nnel vs Juml ah Li pat an 100 115 130 145 160 175 190 205 220 235

1 x l i pat an 3 x l i pat an 5 x l i pat an

H V / H B Vi cker s Br i nnel

Pada kekerasan vickers dan brinnel menunjukkan bahwa, kekerasan komposit semakin naik dengan semakin banyaknya lipatan. Dengan lipatan yang banyak lapisan nikel sebagai penguat yang mempunyai

kekerasan lebih tinggi dari AISI 1020 akan terbentuk lebih

merata sehingga akan mempengaruhi kekerasan komposit secara keseluruhan menjadi naik.

(31)

1. Nilai kekuatan tarik komposit laminat baja dan nikel semakin naik seiring naiknya jumlah lipatan pada baja AISI 1020 dan nikel. Dengan nilai u

komposit akhir 1 lipatan yaitu 562 N/mm2 , u komposit akhir 3 lipatan yaitu 575,9 N/mm2 dan u komposit akhir 5 lipatan yaitu 690,2 N/mm2

2. Keuletan pada komposit laminat baja dan nikel mengalami kenaikan seiring naiknya jumlah lipatan . Dengan nilai keuletan komposit akhir 1 lipatan yaitu 18,21% , keuletan komposit akhir 3 lipatan yaitu 18,345% dan keuletan komposit akhir 5 lipatan yaitu 20,59%

3. Nilai kekakuan dari komposit laminat baja dan nikel semakin menurun dengan banyaknya lipatan. Dengan nilai kekakuan komposit akhir 1 lipatan yaitu

4868,55 N/mm2, kekakuan komposit akhir 3 lipatan yaitu 4721,25 N/mm2 dan kekakuan komposit akhir 5 lipatan yaitu 3456,9 N/mm2

4. Kekerasan dari komposit laminat baja dan nikel semakin naik dengan

banyaknya lipatan. Dengan nilai kekerasan komposit akhir 1 lipatan yaitu 143,3 HB dan 188 HV , kekerasan komposit akhir 3 lipatan yaitu 166,3 HB dan 189,2 HV, kekerasan komposit akhir 5 lipatan yaitu 176,67 HB dan 200,6 HV