Oleh :
Viego Kisnejaya Suizta
2104 100 043
Dosen Pembimbing :
Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2010
TUGAS AKHIR
PENGARUH PROSES LAKU PANAS QUENCHING AND
PARTITIONING TERHADAP UMUR LELAH BAJA
PEGAS DAUN JIS SUP 9A DENGAN METODE
Latar Belakang
Fungsi Pegas:
Membuat stabil kendaraan bermotor saatmenerima beban statik dan dinamik untuk memberi
kenyamanan pada pengendara.
Sifat Mekanik Yang DibutuhkanPegas Daun :
1. Kekuatan tarik 5. Kekakuan
2. Ketangguhan 6. Impact strength 3. Keuletan 7. kekerasan
Latar Belakang (Lanjutan)
Baja pegas JIS SUP 9A dapat dipakai sebagai material pegas daun bila mendapatkan proses laku panas quenching dan
tempering (standar JIS dan SNI).
Proses laku panas quenching dan partitioning yang baru beberapa tahun ini dikembangkan dapat menjadi alternatif
untuk mendapatkan sifat mekanik lebih baik. (banyak dipakai untuk trip steel dan ADI).
Patah lelah merupakan salah satu penyebab utama kegagalan material atau konstruksi.
Pegas daun rentan terhadap kerusakan akibat lelah karena mendapatkan beban dinamis (berulang-ulang).
Perumusan Masalah
Mencari pengaruh umur lelah baja pegas daun pada uji lelah reversed bending, akibat proses laku panas quenching and
partitioning lalu membandingkan umur lelahnya dengan baja
pegas daun awal (non treat) juga pada material hasil proses laku panas quenching and tempering hasil penelitian ornag lain.
Batasan Masalah
Material yang digunakan untuk penelitian ini sesuai standar dan sertifikat material JIS SUP 9A dan memiliki struktur mikro yang homogen.
Pemanasan pada saat proses quenching dan partitioning sempurna dan merata diseluruh material uji.
Waktu pemindahan spesimen uji dari dapur pemanas ke media pendingin dan dari media pendingin ke media pendingin berikutnya adalah sama untuk
semua spesimen uji.
Kondisi peralatan yang digunakan saat pengambilan data diasumsikan terkalibrasi.
Pengujian dilakukan pada frekuensi kerja dan mesin yang sama yaitu mesin
Batasan Masalah (Lanjutan)
Tidak terdapat cacat maupun retak visual.
Hasil pengujian mekanik, seperti data hasil uji tarik dan struktur mikro yang pernah dilakukan pada penelitian sebelumnya memiliki data yang valid.
Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh proses laku panas quenching and partitioning terhadap umur lelah pegas daun.
2. Membandingkan umur lelah pegas daun proses laku panas
quenching and partitioning dengan material awal (non treat).
3. Membandingkan umur lelah pegas daun proses laku panas
quenching and partitioning dengan proses laku panas
Dasar Teori
Baja pegas :
baja karbon dan baja paduan yang biasa digunakan oleh pabrik pembuat pegas dan pembuat komponen-komponen kendaraan yang digunakan untukmenerima beban statik dan dinamik.
Dasar Teori (Lanjutan)
Material Baja Pegas : Baja kadar karbon tinggi dalam bentuk koil/wire
Contoh : JIS SUP 10 dan JIS SUP 12
Baja kadar karbon tinggi dalam bentuk plat/strip
Contoh : JIS G 4801 (SUP 3, SUP 6, SUP 7, SUP 9A, SUP 9, SUP 11A, SUP 13)
Baja pegas paduan
Contoh : Chromium Vanadium, ASTM A231
Baja pegas stainless steels
Contoh : Stainless Type 304, ASTM A313 (18% chromium, 8% nickel)
Baja pegas paduan dasar tembaga
Contoh : Spring Brass, ASTM B 134 (70% copper, 30% zinc)
Baja pegas paduan dasar nikel
Contoh : Monel* (67% nickel, 30% copper)
Baja pegas paduan dasar nikel dengan modulus elastisitas konstan
Dasar Teori (Lanjutan)
Proses Laku Panas
Proses laku panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan dengan temperatur, waktu tahan dan laju pendinginan
tertentu untuk mendapatkan fase dan struktur mikro akhir tertentu dan sifat mekanik yang relatif lebih baik.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses laku panas: • Kadar karbon/unsur paduan
• Temperatur austenisasi
• Waktu penahanan (holding time) • Laju pendinginan
• Kondisi permukaan • Ukuran benda kerja
Dasar Teori (Lanjutan)
Pengerasan (hardening)
Pengerasan (hardening) adalah suatu proses laku panas untuk mendapatkan kekerasan maksimum serta kekuatan yang lebih tinggi dari baja/paduan.
Pengerasan terdiri dari tiga tahap :
1. Pemanasan sampai daerah austenisasi
2. Holding time pada temperatur austenisasi 3. Laju pendinginan yang relatif cepat
Dasar Teori (Lanjutan)
Quenching
Quenching adalah suatu proses laku panas dan dingin dengan laju pendinginan yang cepat yang dilakukan pada suatu media semisal air, oli atau salt bath untuk memperoleh sifat
mekanik yang lebih keras.
Media pendingin yang umum digunakan adalah
1. Air 4. Air garam/brine
2. Oli 5. Air dan minyak/emulei
Dasar Teori (Lanjutan)
Partitioning
Partitioning adalah:
1. Suatu proses perlakuan panas yang dilakukan setelah proses quenching dengan menahan pada temperatur diantara temperatur MS dan MF dan menaikan pada temperatur tertentu untuk memperoleh struktur akhir martensit dan austenit sisa yang kaya karbon dan menstabilkan pada temperatur ruang dengan laju pendinginan cepat.
[Speer, J.G., et. al., 2005]
2. Proses perlakuan panas yang dilakukan setelah proses quenching dengan menahan pada temperatur diantara MS dan MF dan menaikkan pada
temperatur tertentu untuk mendapatkan struktur akhir martensit dan austenit sisa yang kaya karbon dengan menghambat pertumbuhan presipitasi karbida dengan laju pendinginan cepat.
Dasar Teori (Lanjutan)
Tujuan Partitioning adalah
Membatasi kelarutan karbon dalam martensit dan memperkaya karbon pada austenit sisa
Memperoleh austenit sisa yang kaya akan karbon dan stabil pada temperatur kamar
Mencegah timbulnya presipitasi karbida
Perbedaan antara proses partitioning, austempering dan tempering berdasarkan struktur akhir yang dihasilkan adalah
Dasar Teori (Lanjutan)
Menurut prosesnya Quenching dan Partitioning ada 2, yaitu: 1. One step treatment
2. Two step treatment
Dasar Teori (Lanjutan)
Kelelahan (Fatique)
Mekanisme awal retakan :
•Goresan pada permukaan • Retakan pada permukaan/
dekat permukaan • Inklusi
Pemusatan tegangan
akibat adanya cacat Deformasi plastis setempat
Garis-garis slip pada Permukaan spesimen Cacat permukaan
Dasar Teori (Lanjutan)
Umur lelah
didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapaimaterial sampai material tersebut mengalami patah dengan pembebanan tertentu.
Batas lelah (endurance limit/fatigue limit)
didefinisikan sebagai besarnya beban maksimal yang menghasilkan umur lelah tak terhingga.
Penelitian yang pernah dilakukan pada
baja pegas daun JIS SUP 9A
Andika, Beny pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Saat Partitioning Pada Proses Quenching Dan Partitioning Terhadap Sifat Mekanik Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasil data yang didapatkan, diantaranya adalah
Material Awal (non treat)
Spesimen
Sifat Mekanik
0,2 % yield strength UTS Elongation (N/mm2) (N/mm2) (%)
1 1171 1240 8,97
2 1200 1251 9,50
Penelitian yang pernah dilakukan pada baja
pegas daun JIS SUP 9A (Lanjutan)
Andika, Beny pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Saat Partitioning Pada Proses Quenching Dan Partitioning Terhadap Sifat Mekanik Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasil data yang didapatkan, diantaranya adalah
Material Quencing 190°C and Partitioning 250°C dengan Holding Time 10 detik
Spesimen
Hasil Uji Tarik Rata-rata ± SD Tensile Strength (N/mm2) Elongation (%) Tensile Strength ± SD (N/mm2) Elongation ± SD (%) 1 1824 4,649 1843 ± 19 5,705 ± 1,057 2 1861 6,762
Penelitian yang pernah dilakukan pada baja
pegas daun JIS SUP 9A (Lanjutan)
Eko Juniardi, Romi pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Studi Eksperimen
Perbandingan Umur Lelah Material Baru Dan Rekondisi Pada Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasil data yang didapatkan, diantaranya adalah
Spesimen
Hasil Uji Tarik Rata-rata ± SD
Tensile Strength (psi) Elongation (%) Tensile Strength ± SD (psi) Elongation ± SD (%) 1 156087,1 7,862 153406 ± 2681,102 8,431 ± 0,569 2 150724,9 9
Metodologi
Diagram alir penelitian :
M u l a i P e r s i a p a n m a t e r i a l a w a l B a j a J I S S U P 9 A S t u d y l i t e r a t u r P e m o t o n g a n d a n p e m b e n t u k a n S p e s i m e n u j i l e l a h r e v e r s e d b e n d i n g P r o s e s Q u e n c h i n g a n d P a r t i t i o n i n g M a t e r i a l u j i l e l a h r e v e r s e d b e n d i n g P r o s e s Q u e n c h i n g T e m p e r a t u r 8 6 0 ° C d a n H o l d in g T im e 3 0 m e n it la lu d i la k u k a n p e n d in g in a n s a m p a i t e m p e r a t u r 1 9 0 ° C d e n g a n S a lt B a t h s e la m a 3 d e t ik P r o s e s P a r t i t i o n i n g T e m p e r a t u r 2 5 0 ° C d a n H o l d in g T im e 1 0 d e t i k A M a t e r i a l A w a l u j i l e l a h r e v e r s e d b e n d i n g
Metodologi (Lanjutan)
U j i L e l a h M a t e r i a l A w a l T i n g k a t B e b a n : 0 , 5 S u ; 0 , 8 S u S e l e s a i U j i L e l a h M a t e r i a l Q u e n c h i n g a n d P a r t i t i o n i n g T i n g k a t B e b a n : 0 , 5 S u ; 0 , 6 5 S u ; 0 , 8 S u A K u r v a S - N : - H a s i l E k s p e r i m e n - P e r h i t u n g a n T e o r i t i s A n a l i s a D a t a D a n P e m b a h a s a n K e s i m p u l a n U m u r L e l a hKomposisi Kimia SUP 9A
Komposisi kimia material SUP 9A pada JIS G 4801-1984 (Spring Steel) dan sertifikat material :
Uji Kelelahan
Dilakukan pada spesimen yang telah diberi perlakuan panas
quenching and partitioning dan material awal (non treat).
Pengujian kelelahan yang dilakukan adalah fatique reversed
bending test dengan menggunakan mesin LFE-150 di
Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin ITS.
Pengujian dilakukan dengan tingkat beban pada :
Material awal (non treat) : 0,5σu ; 0,8σu
Mesin Uji Lelah
Spesimen Uji Lelah
Spesimen uji lelah dibentuk sesuai dengan manual handbook operational for LFE-150 fatique machine test.
Rancangan Tabel Uji Lelah
Contoh tabel uji lelah penelitian:
Catatan :
σu = tegangan ultimate material Baja Pegas Daun JIS SUP 9A
No Kode Spesimen Tingkat Beban Defleksi, D
(in) Umur Lelah, NF (Siklus) Nf Rata-rata 1. A1 0,8 σu B1 2. A2 0,65 σu B2 3. A3 0,5 σu B3
Data Uji Lelah
Tabel hasil uji lelah material baja pegas awal (non treat)
Kondisi material awal (non treat ) setelah uji lelah reversed bending
No Kode Spesimen Tingkat Beban (psi) Defleksi, D (in) Umur Lelah, Nf (Siklus) Nf Rata-rata 1. A1 0,8 σu 144566,392 1,235 17199 19649 (2,0x104) B1 22099 2. A2 0,5 σu 90353,995 0,772 127399 524699 (5,2x105) B2 921999 0,8σu 0,5σu
Data Uji Lelah (Lanjutan)
Tabel hasil uji lelah material baja pegas dengan laku panas
quenching and partitioning
No Kode Spesimen Tingkat Beban
(psi) Defleksi, D (in) Umur Lelah, Nf (Siklus) Nf Rata-rata 3. A3 0,8 σu 213832,952 1,827 15099 13349 (1,3x104) B3 11599 4. A4 0,65 σu 173739,273 1,485 27899 26549 (2,6x104) B4 25199 5. A5 0,5 σu 133645,595 1,142 78199 68249 (6,8x104)
Data Uji Lelah (Lanjutan)
Kondisi material quenching and partitioning setelah uji lelah reversed bending
0,5σu
0,65σu 0,8σu
Data Uji Lelah (Lanjutan)
Data Uji Lelah (Lanjutan)
Data Uji Lelah (Lanjutan)
Kurva S-N Gabungan hasil percobaan material quenching and partitioning, material awal (non treat), serta material quenching and tempering
