80
Zainun Achmad 1, Hendrawan Harry Prasetya 2 Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya
Abstract
Fatigue is one of the main causes of failure contruction. Usually material fatigue fracture occurs in poros.
Poros a machine element that serves to connect from one machine element to other element . A shaft having a different material composition-this different.research has the objective to study the fatigue life of a shaft with a material 6061-coal bottom ash results that occur in the home foundry industry after heat treatment t6 and there were no treatment is done, the results of the specimens to be tested weariness.
The method used to determine the fatigue life of a material shaft 6061-ash coal rotary bending fatigue test according to standard JIS Z2274 with weights 0.7 σu and 0.9 σu of tensile strenght obtained from tensile test.
The results of fatigue testing and calculation methods of statistical probability of 10 % , 50 % and 90% of materials that are subjected to heat for 2 hours with a load of 0.9 σu with a probability of 90 % that has the shortest fatigue life and fatigue life is highest specimens without heat treatment with a load of 0.7 σu with a probability of 10 % . This percentage has increased 2x specimen lelah.Jadi age even make the heat treatment cycle of the material to be low.
Keyword : Fatigue life ,Alumunium,Heat treatment
1. PENDAHULUAN
Kelelahan adalah kerusakan atau perpatahan yang dialami logam yang menerima tegangan secara berulang-ulang (Smallman & Bishop, 1999).
Memprediksi umur kelelahan suatu komponen sangat penting agar bisa mengetahui apakah komponen tersebut masih bisa digunakan pada sistem sebagaimana fungsinya. Suatu komponen akan mengalami kelelahan apabila terus menerus mendapatkan beban kerja, seperti gesekan, pukulan, dan tegangan atau regangan. Apabila komponen sudah mengalami keausan maka tentunya sudah tidak bisa digunakan lagi (Hendri Chandra, 2011). Salah satu komponen yang sering mengalami kelelahan adalah poros. Poros merupakan elemen mesin yang digunakan untuk meneruskan daya dan putaran. Umumnya konstruksi dari poros mengalami perubahan dimensi dengan tiba-tiba. Karena poros dalam penggunaannya seringkali mengalami pembebanan dinamik. Bahan dari poros rata-rata terbuat dari besi cor. Tetapi sekarang dengan semakin berkembangnya dunia material maka bahan dari poros bisa diganti salah satunya adalah material komposit. Material komposit diketahui memiliki karateristik mempunyai sifat kekerasan dan ketahanan aus yang baik tetapi tergantung dari kandungan apa saja yang dicampurkan ke dalam sebuah material komposit tersebut dan perlakauan panas yang dilakukan.
Salah satu teknik perlakuan panas adalah perlakuan panas T6. Proses ini untuk memperbaiki sifat-sifat bahan dengan cara memanaskan bahan tersebut sampai temperatur tertentu, kemudian didinginkan ke temperatur yang lebih rendah, (Slamet Riyanto, 2006).
Penelitian sebelumnya membahas tentang optimasasi umur lelah plat komposit Al 6061-abu batubara setelah perlakuan thermomekanis T8 dan analisa kelelahan (Tri Pamungkas Jangkung.2006 ).
Maka dari itu diadakan penelitian dengan judul “Kaji eksperimen umur lelah pada alumunium 6061-abu batubara yang mendapat perlakuan panas T6”.
Berdasarkan latar belakang di atas, sehingga dapat dirumuskan perumusan masalah sebagai berikut : a. Berapakah umur kelelahan poros berbahan
alumunium 6061-Abu batubara ?
b. Berapakah umur kelelahan poros berbahan alumunium 6061-Abu batubara setelah dilakukan perlakuan panas?
c. Apakah proses perlakuan panas terhadap poros berbahan alumunium 6061-abu batu bara meningkatkan umur lelah?
2. DASAR TEORI 2.1 Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda. dikarenakan karekteristik pembentuknya berbeda –beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karekteristik yang berbeda dari material –material pembentuknya.
Komposit didefinisikan sebagai material yang terdiri dua atau lebih material penyusun yang berbeda, umumnya matriks dan penguat (reinforcement).
81
2.2 Perlakuan Panas T6
Perlakuan panas adalah proses untuk memper baiki sifat- sifat bahan dengan jalan memanaskan bahan tersebut sampai temperatur ter tentu, kemudian di dinginkan ke temperatur yang lebih rendah, pelunakan, penormalan, pengerasan dan penemperan.
Proses laku panas T6 terdiri dari 3 tahapan yaitu:
Proses pelarutan (solution treatment).
Proses pencelupan/pendinginan cepat (quenching).
Proses penuaan (artificial aging)
2.3 Fatik
Fatik adalah perpatahan yang dialami logam yang menerima tegangan secara berulang-ulang atau dinamis, (Smallman & Bishop,1999).
3.1 Material dan Alat Uji Yang Digunakan 1.1.1. Bahan yang digunakan
Abu batu bara sisa pemakaian batubara lignit diambil dari Lab Pengecoran Untag Surabaya dan .Alumunium 6061 disuplai dari UD sutindo sejahtera- surabaya.Komposisi kimia dari semua material untuk alumunium 6061 dan batu bara disajikan pada tabel berdasarkan analisa Indonesia Power dan penelitian sebelumnya.
3.2 Proses Pembuatan Spesimen
Langkah-langkah dilakukan selama proses pengecoran yaitu:
3.2.1 Proses Pemotongan
Sebelum dicor Alumunium batangan dipotong kurang lebih 5 cm, kemudian ditimbang sesuai kebutuhan pengecoran.
3.2.2 Proses Penimbangan
Proses penimbangan alumunium ,Serbuk abu batubara yang dikalsinasi dengan ditimbang dengan fraksi berat 5%, magnesium 0,5 % dan pasir silica 5 % dari berat alumunium 6061.
3.2.3 Proses Peleburan
Aluminium yang sudah ditimbang sesuai massa yang dibutuhkan dimasukkan ke dalam kowi. Burner pada tungku dinyalakan menggunakan korek api.
Kemudian menyalakan blower dan mengarahkan selang blower agar hembusan udara dari blower masuk ke dalam burner. Setelah api pada burner 45 menyala dengan baik, kowi diletakkan di atas burner dan kowi ditutup dengan potongan keramik lantai untuk meminimalisir kalor keluar dari burni
3.2.4 Proses Pengadukan
Al 6061 dileburkan diatas titik leleh dengan temperatur konstan sekitar 700 C. Alumunium yang telah mencair di dalam kowi kemudian diaduk melalui proses stir casting dengan kecepatan sebesar 160 rpm, hingga membentuk pusaran. Abu batubara ditambahkan ke dalam kowi berisi Al 6061 telah mencair dan terbentuk pusaran. Temperatur leleh dan
waktu pengadukan 1 menit. Parameter yang diatur ketika proses Stir Casting adalah variasi penambahan fraksi berat abu batubara 5% magnesium 0,5 % pasir silica 5% dari berat Al 6061.
3.2.5 Proses Penuangan
Proses penuangan kecetakan Setelah pencampuran dan pengadukan selesai sesuai fraksi berat yang ditentukan, kemudian dilakukan penuangan ke dalam cetakan sepatu rem. Temperatur penuangan dijaga. Proses penuangan dilakukan dengan cepat dan berhati-hati untuk menghindari terjadi pembekuan setelah kowi diangkat dari tungku.
Kemudian memberikan penekanan pada aluminium cair sehingga aluminium cair masuk ke seluruh bagian cetakan. Kendala pada saat proses penuangan yaitu aluminium cepat sekali membeku ditunjukkan pada Gambar 3.10
3.2.6 Proses Pendinginan
Pendinginan dilakukan di cetakandan ditunggu sampai 5 menit. Setelah itu cetakan dibuka dan biarkan hasil coran dingin dengan sendirinya.
Kemudian mengeluarkan hasil pengecoran dari cetakan.
3.3 Proses Perlakuan Panas
Langkah-langkah pada proses T6 adalah : 1. panaskan material Al- abu dasar batu bara sampai
pada suhu 540°C.
2. Di tahan pada suhu 538°C selama 4 jam.
3. Lalu di dinginkan cepat dengan media air sampai pada suhu kamar.
4. Setelah itu di panaskan kembali sampai pada suhu 180°C.
5. Dan di tahan kembali pada suhu 180°C tersebut selama 1 jam dan 2 jam.
6. Kemudian di dinginkan secara normal sampai suhu kamar kembali.
3.4 Uji Kelelahan
Pengujian kelelahan dilakukan di laboratorium metalurgi ITS. Pada sepuluh spesimen dari material connecting rod dengan menggunakan standard JIS Z2274 ,Mesin uji yang digunakan adalah mesin uji lelah Rotary bending dari fatique dinamic inc.pengujian dilakukan dengan pembebanan 0,7σu 0,9σu.
Gambar 3.6 Skema Mesin Uji Lelah
82
A. Nama mesin: Rotary bending dari fatique dinamic inc
Daya mesin: 0.33 Hp Voltage mesin: 115 V Frekuensi: 100 Hz
Beban Bending maksimum: 200 psi terbagi tiap 10 psi
Putaran maksimum: 5000 rpm
Ukuran cycle maksimum: 999.999.900 cycle disajikan dalam 7 digit dengan rasio pembacaan 1: 100
Benda uji untuk pengujian ketahanan fatigue berdasarkan standar JIS Z2274 mempunyai
ukuran dan bentuk di tunjukan pada gambar 10 berikut ini :
Gambar 3.7
Geometri Spesimen uji fatigue standar JIS Z2274
B. Prosedur Pengujian
83
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian
a. Hasil pengujian tarik dan fatik
Berdasarkan sifat mekanik alumunium 6061- abu batubara yang diperoleh dari hasil pengujian tarik yang dilakukan Syamsul ma’arif diperoleh data sebagai berikut :
Pengujian tarik spesimen alumunium 6061-abu batubara yang tidak mendapatkan perlakuan panas
Pengujian tarik spesimen alumunium 6061-abu batubara yang mendapatkan perlakuan panas 180°C dengan waktu tahan 1 jam.
Pengujian tarik spesimen alumunium 6061-abu batubara yang mendapatkan perlakuan panas 180°C dengan waktu tahan 2 jam
Hasil uji fatik spesimen alumunium 6061-abu batubara yang mendapatkan perlakuan panas dan tanpa perlakuan panas dengan mesin rotary bending dengan putaran max 5000 rpm dengan pembebanan 0,7 σu dan 0,9 σu :
Semua data yang telah didapatkan pada saat uji Rotary bending
4.1.1 Data hasil perhitungan dengan menggunakan metode statistik pada probabilitas 10 % , 50 % dan 90 %
Berdasarkan data-data hasil pengujian kelelahan terlihat adanya penyebaran data yang cukup besar untuk jumlah siklus kelelahan pada setiap tingkatan tegangan yang diberikan.hal ini memperlihatkan bahwa sesungguhnya umur lelah suatu bahan merupakan hal yang tidak pasti.oleh karena itu dalam pembuatan kurva s-n terlebih dahulu dilakukan pendekatan secara statistik berdasarkan teori probabilitas kepatahan yaitu,kemungkinan patah benda uji pada jumlah siklus tertentu untuk tingkat tegangan yang diberikan.probabilitas patahan yang digunakan adalah p 10%, p 50% dan p 90%
Berdasarkan hasil perhitungan dapat membuat kurva tegangan terhadap jumlah siklus berdasarkan teori kemungkinan patah p 10% ,p 50%
dan p 90%.
Perhitungan regresi linier untuk probabilitas kepatahan terhadap amplitudo pada material dengan perlakuan panas 120 menit tegangan 38,2165 psi / 0,7σu, dan 49,1366 psi / 0,9 σu adalah sebagai berikut:
84
Berdasarkan hasil perhitungan diatas kita dapat membuat kurva tegangan terhadap jumlah siklus berdasarkan teori kemungkinan patah p 10% ,p 50%
dan p 90%. Perhitungan regresi linier untuk probabilitas kepatahan terhadap amplitudo tegangan pada material tanpa perlakuan panas 26,6491 psi / 0,7σu, dan 34,2631 psi / 0,9 σu adalah sebagai berikut:
Perhitungan regresi linier untuk probabilitas kepatahan terhadap amplitudo tegangan pada material yang mendapat perlakuan panas selama 1 jam 31,40
Psi / 0,7σu, dan 40,3782 psi / 0,9 σu adalah sebagai berikut:
4.2. Pembahasan
4.2.1 Analisa umur lelah material alumunium 6061-abu dasar batubara yang tidak mendapatkan perlakuan panas .
Pengujian umur lelah pada material alumunium 6061-abu dasar batubara pada material yang tidak mendpatkan perlakuan panas sesuai dengan grafik yang didapatkan dari perhitungan probabilitas diketahui bahwa nilai terbesar terdapat pada probabilitas 10 % dengan tegangan 0,7 σu ( 26,6491 psi) dan terendah dengan probabilitas 90 % dengan tegangan 0,9 σu (34,2631 psi) .umur lelah material ini dipengaruhi dengan beban yang diberikan .semakin besar beban diberikan umur lelah semakin pendek .
4.2.2 Analisa umur lelah material alumunium 6061-abu dasar batubara yang mendapatkan perlakuan panas 180 ° C dengan waktu tahan 1 jam.
Pengujian umur lelah pada material alumunium 6061-abu dasar batubara pada material yang mendpatkan perlakuan panas sesuai dengan grafik yang didapatkan dari perhitungan probabilitas diketahui bahwa nilai terbesar terdapat pada probabilitas 10 % dengan tegangan 0,7 σu (31,4psi) dan terendah dengan probabilitas 90 % dengan tegangan 0,9 σu (40,3782 psi) .umur lelah material ini dipengaruhi dengan beban yang diberikan .semakin besar beban diberikan umur lelah semakin pendek .
4.2.3 Analisa umur lelah material alumunium 6061-abu dasar batubara yang mendapatkan perlakuan panas 180 ° C dengan waktu tahan 2 jam .
Pengujian umur lelah pada material alumunium 6061-abu dasar batubara pada material yang mendpatkan perlakuan panas sesuai dengan grafik yang didapatkan dari perhitungan probabilitas diketahui bahwa nilai terbesar terdapat pada probabilitas 10 % dengan tegangan 0,7 σu (31,4psi) dan terendah dengan probabilitas 90 % dengan tegangan 0,9 σu (40,3782 psi) .umur lelah material ini dipengaruhi dengan beban yang diberikan .semakin besar beban diberikan umur lelah semakin pendek .
4.2.4 Perbandingan umur lelah material alumunium 6061-abu dasar batubara yang mendapatkan perlakuan panas dan tanpa mendapatkan perlakuan panas.
Perbandingan umur lelah alumunium 6061- abu dasar batubara dilakukan pada material yang tanpa perlakuan panas dan yang telah mengalami perlakuan panas. Sesuai dengan metode yang telah
85
dipaparkan sebelumnya bahwa material diberikan perlakuan panas pada temperatur 180 °C dengan waktu perlakuan panas selama 1 jam dan 2 jam.Dari grafik diperoleh umur lelah mulai dari yang tertinggi secara berturut-turut pada beban yang bervariasi 0,7 σu dan 0,9 σu .berikut material tanpa perlakuan panas dengan beban 0,7 σu mempunyai siklus rata2 yaitu 43300 dan dengan beban 0,9 σu siklus 34800 untuk perlakuan panas waktu tahan 1 jam dengan beban 0,7 σu mempunyai siklus rata2 yaitu 22700 dan dengan beban 0,9 σu siklus 2500 sedangkan untuk perlakuan panas waktu tahan 2 jam dengan beban 0,7 σu mempunyai siklus rata2 yaitu 6050 dan dengan beban 0,9 σu siklus 1100. Terlihat bahwa umur lelah dari material tanpa perlakuan panas yaitu 34800 siklus merupakan yang tertinggi dengan hitungan probabilitas 10 % 4,0765 x 103 sedangakan umur lelah yang terendah dari material dengan perlakuan panas selama 2 jam yaitu 1100 dengan hitungan probabilitas 90 % 0,740654 x 103 .
Dari hasil tersebut dapat dijelaskan bahwa lamanya waktu perlakuan panas akan mempengaruhi umur lelah .semakin lama waktu tahan perlakuan panas maka material tersebut semakin pendek umur lelah. dan material yang mendapatkan perlakuan panas mempunyai umur lelah yang lebih baik dari pada perlakuan panas dapat diambil kesimpulan bahwa perlakuan panas tidak mempengaruhi umur lelah dan tambah mengurangi umur lelah.
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapat tabel sebagai berikut :
- Dari tabel diatas diketahui prosentase umur lelah dari material tersebut material perlakuan panas selama 2 jam dengan beban 0,9 σu dengan probabilitas 90 % yang mempunyai umur lelah paling pendek dan umur lelah paling tinggi adalah spesimen tanpa perlakuan panas dengan beban 0,7 σu dengan probabilitas 10 %. Prosentase spesimen ini mengalami peningkatan 2x umur lelah.
- Dapat dijelaskan bahwa lamanya waktu perlakuan panas akan mempengaruhi umur lelah .semakin lama waktu tahan perlakuan panas maka material tersebut semakin pendek umur lelah dan material yang mendapatkan perlakuan panas mempunyai umur lelah yang lebih baik dari pada perlakuan panas dapat diambil kesimpulan bahwa perlakuan panas tidak mempengaruhi umur lelah dan tambah mengurangi umur lelah .
DAFTAR PUSTAKA
M.Dafid A. 201. Analisa Pengaruh Temperatatur dan Waktu Aging T6 Terhadap Sifat Mekanik DISC Brake Komposit Al-Abu Dasar Batubara Dari Hasil Metode HAS
Jangkung Tri Pamungkas.2006. Optimasi umur lelah plat komposit Al6061-abu batubara perlakuan thermomekanis T8
Slamet Riyanto. 2006. Analisa Kelelahan Komposit Al 6061-Abu Batu Bara
ITS-Master-18216-4108203002-Presentation-1-2 Uji Kelelahan
Abrianto Akuan ST. MT Diktat Kuliah Kelelahan Logam Universitas Jenderal Ahmad Yani
Hendri Chandra. Fatigue Life Prediction Teknik Mesin Universitas Sriwijaya
Handbook Alumunium
Handbook material of metalurgi
