NASKAH PUBLIKASI Pengaruh Pengelasan Gas Tungsten Arc Welding (Gtaw) Dengan Variasi Arus 50 A,100 A, 250 A Pada Stainless Steel 201 Terhadap Uji Komposisi Kimia, Uji Struktur Mikro, Uji Kekerasan Dan Uji Impact.

(1)

NASKAH PUBLIKASI

PENGARUH PENGELASAN

GAS TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW)

DENGAN VARIASI ARUS 50 A,100 A, 250 A

PADA

STAINLESS STEEL

201 TERHADAP UJI KOMPOSISI KIMIA, UJI STRUKTUR MIKRO,

UJI KEKERASAN DAN UJI

IMPACT

Makalah Seminar Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk mengikuti Ujian Tugas Akhir

pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

ANDRI EKO MARTANTO

N I M : D 200 030 027

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

PENGARUH PENGELASAN

GAS

TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW)

DENGAN VARIASI ARUS 50 A,100 A, 250 A

PADA

STAINLESS STEEL

201 TERHADAP UJI KOMPOSISI KIMIA, UJI STRUKTUR

MIKRO, UJI KEKERASAN

DAN UJI

IMPACT

Andri Eko Martanto, Pramuko Ilmu Purboputro, Wijianto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura

ABSTRAKSI

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengatahui hasil uji komposisi kimia, struktur mikro, kekerasan dan impact pada baja tahan karat terhadap pengelasan gas tungsten arc welding (GTAW) dengan variasi arus 50 ampere, 100 ampere, 250 ampere.

Bahan uji adalah baja tahan karat stainless steel 201 dengan metode pengujian yang dilakukan adalah : metode uji kompoisi kimia,metode uji struktur mikro, metode uji kekerasan dan metode uji impact.

Pada hasil uji komposisi kimia baja stainless steel 201 didapatkan hasil pengujian sebagai berikut : besi (Fe) = 71,1 %, mangan (Mn) = 16,0 %, Chrom (Cr) = 11,3 %, Nikel (Ni) = 0,527 %, unsur lainnya seperti Silisium(Si), Niobdenum (Nb) , Titanium (Ti), Alumunium (Al) , Wolfram (W) , Plumbum (Pb), Phospor (P), Sulfur (S), Molibdenum (Mo) didapat prosentase dibawah 0,05%. Dari hasil pengamatan struktur mikro, dapat disimpulkan bahwa masukan arus yang kecil (50 A) dibandingkan masukan arus yang lebih besar ( 250 A) dengan pendinginan yang sama menunjukkan bahwa jumlah struktur karbida khrom dengan masukan arus besar (250 A) lebih sedikit dibanding dengan masukan arus yang lebih kecil (50 A) hal ini dikarenakan karbida khrom akan larut dalam panas. Untuk pengujian kekerasan menunjukkan bahwa daerah logam induk adalah daerah paling keras kemudian daerah haz terakhir daerah las untuk semua spesimen,harga kekerasan tertinggi diperoleh pada masukan arus 50 A dengan pendinginan air.pada uji impact harga impact tertinggi yaitu 1,515 J/mm2.

(4)

PENDAHULUAN

Baja tahan karat jenis austenitik sering digunakan karena sifat keuletan, tahan karat dan kemudahan untuk di bentuk. Pembentukan komponen pemesinan yang menggunakan baja tahan karat pada sering kali menggunakan proses penyambungan dengan las, pengertian dari las itu sendiri yaitu ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan cair. Dalam teknik pengelasan yang baik diperlukan beberapa pengetahuan mengenai teknik pengelasan yaitu : jenis sambungan yang sesuai, jenis pengelasan dan jenis elektroda yang digunakan. Pada pengelasan baja austenik tahan karat karena baja jenis ini memiliki penetrasi panas yang kurang baik maka laju pengelasan dan besarnya arus masukan perlu diperhatikan.

TINJAUAN PUSTAKA

Delfi Sukandar (2005) dalam penelitiannyan mengenai pengaruh unsur khrom pada proses pengelasan dengan variasi temperatur mennyebutkan bahwa unsur Cr yang besar (26,08%) menyebabkan terbentuknya fasa austenite dan karbida khrom. Fasa karbida khrom berperan dalam meningkatkan harga kekerasan. Jaelani (2002) melalui penelitian pengaruh variasi suhu pada proses quenching baja tahan karat dengan kadar karbon rendah (0,067% C) menunjukkan bahwa baja tahan kar at jenis austenite akan mengalami peningkatan nilai kekerasan dan tarik setelah heat treatment. Sedangkan Tri Murtopo (2002) melalui penelitian tentang perlakuan panas pada baja tahan karat diperoleh hasil bahwa pendinginan material didalam oven dengan cerobong tertutup akan memiliki kekuatan tarik lebih kecil dibanding dengan pendinginan diudara bebas. Sedangkan uji kompsisi kimia diperoleh unsur sebagai berikut 0,072 % C, 19,367% Cr dan 8,786 % Ni.

TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Mengetahui prosentase komposisi kimia baja tahan karat AISI 201.

(5)

3. Mengetahui harga kekerasan hasil las baja tahan karat AISI 201 terhadap variasi pendinginan udara dan air.

4. Mengetahui harga impact hasil las baja tahan karat AISI 201 terhadap variasi pendinginan udara dan air.

BATASAN MASALAH

1. Material yang diteliti adalah baja tahan karat AISI 201.

2. Benda uji menggunakan arus las 50 A, 100 A, 250 A pengelasan GTAW dengan variasi pendinginan yaitu air dan udara.

3. Karena sangat banyaknya sifat khas yang dimiliki bahan logam maka untuk sifat-sifat bahan yang diambil adalah sifat fisis dan sifat mekanis, melalui pengujian yaitu :

- Pengujian komposisi kimia - Pengujian kekerasan - Pengujian struktur mikro - Pengujian impact

DASAR TEORI

Baja Tahan Karat AISI 201

Baja tahan karat merupakan baja yang memiliki sifat yaitu tahan terhadap korosi dan oksidasi. Sifat ini didapat dari unsur paduan utama yaitu chromium. Sifat yang menguntungkan tersebut dimanfaatkan untuk komponen-komponen yang berhubungan dengan industri kimia dan pembangkit listrik dimana reaksi oksidasi lebih banyak terjadi.

Berdasarkan AISI (American Institute of Steel and Iron) baja tahan karat dibagi menjadi 3 macam yaitu :

1)Baja tahan karat martensit yaitu baja tahan karat yang memiliki kandungan khrom 11% - 13%, baja jenis ini memiliki sifat mampu dikeraskan, sedangkan sifat tahan korosinya dan lasnya kurang begitu baik.

(6)

3)Baja tahan karat austenite yaitu baja tahan karat dengan kandungan khrom 17% -18%, baja jenis ini tidak dapat dikeraskan namun sifat tahan korosi dan mampu lasnya sangat baik sekali.

Stainles steel jenis austenite AISI 201 termasuk jenis baja khrom-nickel-mangan (seri 2 xx), dengan jumlah kadar khrom kurang dari 23% dan memiliki sifat tidak dapat dikeraskan akan mudah mengalami pengerjaan panas.

METODOLOGI PENELITIAN

A. Diagram alir penelitian

Untuk mempermudah dalam melakukan penelitian, maka penulis membuat suatu diagram alir penelitian.

Gambar 1. Diagram alirpenelitian

Uji Komposisi Kimia Mulai

Baja Tahan Karat AISI201

Pengelasan GTAW

Arus 50 A Arus 100 A Arus 250 A

Pendinginan Air dan Udara

Uji Kekerasan Uji

Struktur Mikro Uji Impact

Hasil

Analisa Hasil

Kesimpulan

(7)

B. Penyiapan Spesimen Uji

Spesimen yang digunakan adalah baja tahan karat stainless steel AISI 201, baja tahan karat jenis ini termasuk baja tahan karat jenis austenite karena jumlah kadar khrom dan nikel kurang dari 23%.

C. Pembuatan Spesimen Uji

1. Pemotongan

Material baja tahan karat dipotong dengan menggunakan gergaji mesin yang dialiri air agar tidak timbul panas yang akan berdampak dengan struktur spesimen uji. Untuk itu digunakan mesin Metacut yaitu mesin gergaji khusus dan dilakukan di laboratorium metalurgi teknik mesin UGM.

2. Penghalusan

Penghalusan dilakukan untuk mendapatkan permukaan yang rata dan halus. Langkah awal sebelum dilakukan penghalusan dengan amplas, terlebih dahulu permukaan diratakan dengan kikir, kemudian baru dilakukan dengan amplas diawali darkecil nomor kecil 600,800 dan terakhir 1000.

3. Pemolesan

Pemolesan pada benda uji bertujuan agar permukaan benda uji mengkilap, sehingga pemantulan cahaya pada saat uji komposisi kimia akan semakin baik dan terlihat. Media yang digunakan untuk proses pemolesan adalah autosolyang bersifat abrasive.

4.Pengetsaan

Pengetsaan adalah pemberian bahan etsa yakni 2,5 % nitrid acid (HNO3) dalam alcohol 90% selama 1 menit. Tujuan dari pengetsaan untuk menghilangkan lapisan yang terdapat pada permukaan benda uji sehingga permukaan benda uji dapat dilihat dengan jelas dibawah mikroskop.

E. Pengujian

1. Pengujian Komposisi Kimia

(8)

2. Pengamatan Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro adalah pengamatan yang dilakukan di bawah mikroskop Olympus metallurgical microscope dengan perbesaran 200x untuk mengetahui struktur mikro sedangkan untuk pendokumentasian digunakan alat potret olympus photomicrographic system. Sebelum dilakukan pengamatan struktur mikro terlebih dahulu permukan benda uji diratakan dan dihaluskan dan dilakukan pengetsaan.

3. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan digunakan untuk mengetahui harga kekerasan dari benda uji sehingga dapat diketahui distribusi kekerasan serta kekerasan rata-rata dari benda uji. Alat uji pada benda uji menggunakan Macro Vickers Hardness Tester.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian Komposisi Kimia

(9)

a. Komposisi kimia spesimen baja tahan karat SS 201

Dari hasil pengujian spesimen besi didapatkan penyusun utama adalah besi (Fe) = 71,2 %, mangan (Mn) = 6,71 %, kromium (Cr) = 17 % ditambahkan dengan tujuan tahan korosi, tahan panas dan memperbaiki kekuatan tarik baja tahan karat. Mangan (Mn) = 6,71 % berguna dalam meningkatkan sifat tahan aus dan kekuatan tariknya tinggi. Selain itu mangan memiliki sifat keras serta berwarna abu-abu keputih-putihan. Sedang unsur-unsur lain yang didapatkan dalam kategori prosentase kecil dan relatif sedikit pengaruhnya pada sifat mekanis bahan, yaitu : nikel (Ni) = 4,61 %, phosphor (P) = < 0,025 %, sulphur (S) < 0,020 %, tembaga (Cu) = 0,341 %, Molibdenum (Mo) = 0,005 %, Titanium (Ti) = 0,0265 %, Niobium (Nb) = 0,0356 % Vanadium (V) = 0,103 %, Karbon (C) = 0,030 % dan Silisium (Si) = 0,288 %.

Hasil Pengujian Struktur Mikro

a. Hasil foto struktur baja tahan karat 201 arus 50 A pendinginan udara.

Gambar 2. Foto struktur mikro daerah las pendinginan udara perbesaran 200 

Gambar 3. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan udara perbesaran 200 

5

0



m

Chrom

Nikel Austenit

Karbida Chrom

5

0



m Karbida

Chrom

(10)

Gambar 4. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan udara perbesaran 200 

Pembahasan Struktur Mikro Arus 50 A pendinginan udara

-Daerah Las

Pada daerah ini struktur austenite dan nikel sangat dominan dibanding dengan chrom dan karbida chrom, hal ini disebabkan karbida chrom terlarut dalam panas.

-Daerah HAZ

Struktur daerah Haz menunjukkan bahwa chrom dan karbida chrom mulai terlihat meskipun struktur austenite masih lebih dominan.

-Daerah Logam Induk

Struktur karbida chrom dan chrom terlihat merata disemua tempat, meskipun austenite dan nikel terlihat tetap lebih dominan.

b. Hasil foto struktur mikro baja tahan karat 201 arus 50 A pendinginan air.

Gambar 5. Foto struktur mikro daerah las pendinginan air perbesaran 200  Karbida

Chrom

Austenit

Chrom

Nikel

5

0



m

Nikel

Karbida Chrom

5

0



m

(11)

Gambar 6. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan air perbesaran 200 

Gambar 7. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan air perbesaran 200  Pembahasan Struktur Mikro Arus 50 A Pendinginan Air

-Daerah Las

Pada daerah ini struktur austenite dan nikel lebih dominan meskipun karbida chrom juga terlihat, hal ini diakibatkan panas yang terjadi dapat terserap oleh air.

-Daerah HAZ

Struktur austenite dan nikel terlihat disemua bagian dan tampak lebih dominan sedangkan karbida chrom dan chrom juga nampak meskipun tidak terlalu dominan.

Pada daerah logam induk struktur karbida chrom dan chrom mulai terlihat merata disemua daerah walaupun austenit serta nikel tampak lebih merata. Besar struktur butiran juga relatif lebih kecil dan halus hal ini menandakan pada daerah ini harga kekerasan lebih tinggi dari daerah haz dan las.

Austenit

Nikel Chrom

Karbida Chrom

5

0



m

Karbida Chrom Chrom

Austenit Nikel

5

0



(12)

c. Hasil foto struktur mikro baja tahan karat 201 arus 100 A pendinginan

udara.

Gambar 10. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan udara perbesaran 200  Pembahasan Struktur Mikro Arus 100 A Pendinginan Udara

-Daerah Las

(13)

-Daerah HAZ

Chrom dan karbida khrom mulai terlihat disemua bagian dengan ukuran butir lebih besar. Sedangkan austenite dan nikel juga terlihat namun tidak sedominan pada daerah las

Karbida chrom, chrom dan nikel serta austenite nampak disemua bagian dengan ukuran butir lebih kecil dan halus.

d. Hasil foto struktur mikro baja tahan karat 201 arus 100 A pendinginan

air.

Gambar 11. Foto struktur mikro daerah las pendinginan air perbesaran 200 

Gambar 12. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan air perbesaran 200 

(14)

Pembahasan Struktur Mikro Arus 100 A Pendinginan Air

-Daerah Las

Pada daerah ini struktur austenite dan nikel sangat dominan sedangkan chrom dan karbida chrom hampir tidak terlihat.

-Daerah HAZ

Karbida khrom dan chrom mulai nampak dengan ukuran butir lebih besar sedangkan nikel memiliki ukuran lebih panjang dari daerah las.

Karbida khrom, nikel dan chrom nampak disemua daerah dengan ukuran butir kecil dan lebih halus dibandang daerah haz.

e. Hasil foto struktur mikro baja tahan karat 201 arus 250 A pendinginan

udara

(15)

Pembahasan Struktur Mikro Arus 250 A Pendinginan Udara

-Daerah Las

Struktur nikel dan austenite lebih dominan dari struktur lainnya, meskipun karbida krom juga nampak akan tetapi pada jumlah yang sedikit.

-Daerah HAZ

Pada daerah ini chrom kelihatan dalam jumlah banyak akan tetapi besar butirannya terlalu besar sehingga akan berpengaruh pada kekuatan dan kekerasannya.Selain itu

Struktur khrom, karbida khrom, austenit serta nikel nampak disemua daerah dalam ukuran yang besar. Chrom ada bada jumlah yang relative banyak dibanding dengan daerah haz dan las.

f. Hasil foto struktur mikro baja tahan karat 201 arus 250 A pendinginan

air.

Gambar 17. Foto struktur mikro daerah las pendinginan air perbesaran 200 

Gambar 18. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan air perbesaran 200  Karbida Chrom

Nikel

Austenit

5

0



m

Austenit

Karbida Chrom Nikel

Chrom

5

0



(16)

Grafik Uji Ke ke rasan

Gambar 19. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan air perbesaran 200  Pembahasan Struktur Mikro Arus 250 A Pendinginan Air

-Daerah Las

Sruktur nikel tampak merata disemua daerah serta austenite. Nikel tampak lebih panjang dan saling bersambungan satu dengan lainnya. Karbida chrom nampak akan tetapi dalam jumlah kecil.

-Daerah HAZ

Struktur austenite tampak lebih dominan. Chrom nampak akan tetapi dalam jumlah yang kecil diikuti karbida chrom, pada daerah ini ukuran struktur butiran lebih besar dibanding daerah las dan logam induk.

Austenit dan nikel tampak lebih dominan diikuti karbida chrom dan chrom dengan ukuran lebih kecil dan halus.

(17)

Grafik Uji Impact

Perbedaan panas dan perlakuan pendinginan pada pengelasan mengakibatkan perbedaan harga kekerasan antara logam induk, HAZ dan daerah las. Dari grafik diatas menunjukkan bahwa harga kekerasan semakin tinggi jika semakin jauh dari logam lasan. Pada perlakuan arus yang rendah dengan (50 A) kekerasan spesimen yang didapat akan lebih tinggi jika dibandingkan dengan kekerasan dengan perlakuan arus tinggi (100 A dan 250 A). Ini disebabkan karena arus yang tinggi akan menyebabkan panas yang tinggi pada daerah lasan sehingga karbidakhrom akan melarut, sedangkan karbidakhrom memiliki sifat keras . Pada perlakuan pendinginan baja tahan karat austenitik berfasa tunggal yaitu austenit (γ) dengan paduan nikel (kadar nikel 0,527 % pada uji komposisi kimia) nikel akan akan berperan sebagai penyetabil fasa austenit dari fasa temperatur tinggi ke temperatur rendah. Sehingga kekerasan akibat perlakuan pendinginan pada baja tahan karat tidak begitu terpengaruh (lihat grafik diatas untuk perbedaan nilai kekerasan pada perlakuan pendinginan dengan arus yang sama, nilai kekerasan tidak berbeda terlalu jauh) .

Hasil Pengujian Impak

(18)

a.Harga Impak Terbesar

Harga impak terbesar yaitu dengan nilai impak 1.515 J/mm2. Dari hasil foto patahan akibat uji impak didapatkan bahwa luas patahan berujung rata lebih kecil jika dibandang dengan ujung patahan yang membentuk permukaan berserat. Kontur patahan tersebut menunjukkan bahwa spesimen tersebut lebih tahan impak karena lebih sulit patah.

b.Harga Impak Terkecil

Harga impak terkecil yaitu 1.260 J/mm2. Foto uji impak memperlihatkan bahwa ujung patahan dengan luas ujung patahan rata lebih luas dari ujung patahan berserat. Ini menunjukkan bahwa spesimen tersebut lebih cepat patah

KESIMPULAN

Berdasarkan data hasil penelitian dan pembahasan dalam penelitian ini diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada pengujian komposisi kimia menunjukkan bahwa prosentase kandungan chrom adalah 17% . Prosentase tersebut menunjukkan bahwa baja tahan karat AISI 201 termasuk dalam klasifikasi baja tahan karat austenitik.

(19)

3. Pada pengujian kekerasan dengan arus 50 ampere nilai kekerasan spesimen lebih tinggi jika dibandingkan dengan arus 100 ampere dan arus 250 ampere. Ini disebabkan karena arus yang tinggi akan menyebabkan panas yang tinggi pada daerah lasan dan akan melarutkan karbida chrom sedangkan karbida chrom memiliki sifat keras.

4. Pada pengujian impak, nilai impak terbesar adalah 1,515 J/mm2 sedangkan nilai terkecil yaitu 1,260 J/mm2, nilai impak yang besar terdapat pada ujung luas patahan yang berujung lebih kecil dari permukaan yang membentuk serat. Untuk nilai impak terkecil yaitu 1,260 J/mm2 dan memperlihatkan ujung patahan dengan ujung patahan rata lebih luas dari ujung patahan berserat. SARAN

Setelah menganalisa penelitian spesimen pin piston, maka penulis berkesempatan memberikan beberapa saran, yaitu :

1. Uji komposisi bahan sangat diperlukan untuk mengetahui kandungan bahan sesungguhnya, karena kandungan yang tertera pada label dari pembuat produk bahan tersebut belum tentu sama dengan kandungan sesungguhnya. 2. Pada saat pengambilan foto struktur mikro harus diperhatikan kesejajaran

(20)

DAFTAR PUSTAKA

Avner, S.H., 1974, Introduction to Physical Metalurgy, Mc Graw Hill Book Company, Singapore

Jaelani, 2002 Tugas Akhir : Pengaruh Variasi Suhu Pemanasan Proses Quenching Bahan Baja Tahan Karat Produksi Pengecoran Logam, Ceper, Klaten Terhadap Pengujian Mekanis, UMS, Surakarta

Sonawan, 2003, Las Listrik SMAW dan Pemeriksaan Hasil Pengelasan, ALFABETA, Bandung

Sukandar Delfi, 2005 Tugas Akhir : Pengaruh Unsur Khrom (Cr) dan Variasi Temperatur Udara pada Proses Pengelasan terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Baja Tahan Karat AISI 304, UMS, Surakarta

Wiryosumarto; Harsono; Okumura,T., 1995, Teknologi Pengelasan Logam, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta