i
PENGARUH PERLAKUAN PANAS
CASE HARDENING
PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075
TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
FEBRI BUDI DARSONO NIM. I 1412036
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
MOTTO
“Musuh yang paling berbahaya di atas dunia ini adalah penakut dan bimbang. Teman yang paling setia, hanyalah keberanian dan keyakinan yang teguh.”
ii
PENGARUH PERLAKUAN PANAS CASE HARDENING
PADA ALUMINIUM PADUAN SERI 7075
TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan case hardening pada aluminium 7075 terhadap sifat mekanik dan struktur mikro, metode yang digunakan dalam proses case hardening yaitu dengan pack carburizing. Variasi yang dilakukan pada proses pack carburizing berupa variasi suhu solution heat treatment (SHT) 3500C, 4000C, 4500C, dan 5000C dengan waktu tahan selama 2 jam, pemanasan menggunakan oven pemanas smoergen, kemudian dilakukan quenching. Pengujian pada aluminium 7075 dilakukan sebelum perlakuan dan sesudah perlakuan
case hardening dengan variasi suhu SHT, pengujian yang dilakukan yaitu uji kekerasan vickers menggunakan HWMMT-X7, uji kekuatan tarik ASTM B557-84 menggunakan SANS UTM, uji mikro dan makro struktur, uji XRD menggunakan Rigaku Benchtop, uji SEM-EDS menggunakan JEOL JSM-6510 LA.
Hasil penelitian menunjukan kekerasan dan kekuatan tarik aluminium 7075 tanpa perlakuan sebesar 59,1 VHN dan 235,7 Mpa. Setelah perlakuan case hardening didapatkan nilai kekerasan sebesar 94, 120.7, 141.3, dan 145.9 VHN. Nilai kekuatan tarik sebesar 321.7, 410, 480, dan 538,3 Mpa. Struktur mikro yang terbentuk pada proses case hardening yaitu berupa fasa Al-Fe-Cu, Mg2Si, dan CuAl2. Hasil menunjukkan kenaikan suhu SHT pada proses pack carburizing dapat meningkatkan kekuatan tarik, penyebab peningkatan nilai kekerasan dikarenakan terbentuknya fasa Al4C3 pada permukaan aluminium, perbedaan struktur mikro pada suhu SHT 3500C dengan 5000C, batas butir (Mg2Si) lebih sedikit terbentuknya jika dibandingkan dengan material suhu SHT 5000C.
iii
THE EFFECT OF CASE HARDENING TREATMENT ON ALUMINUM 7075 TOWARD ITS
This research was aimed at figuring out the effect of case hardening treatment on aluminum 7075 toward its mechanical properties and micro structure. Pack carburizing was the method used in this process. It was conducted in 2 hours of holding time in various solution heat treatment (SHT): 3500C, 4000C, 4500C, and 5000 C using smoergen oven, which was then followed by quenching. Several tests to see the effect of the treatment were done before and after the treatment, namely: Vickers hardness test using HWMMT-X7, tensile test ASTM B557-84 using SANS UTM, micro and macro structure test, XRD test using Rigaku Benchtop, and SEM-EDS test using JEOL JSM-6510 LA.
The result showed that the hardness and tensile of aluminum 7075 before treatment were 59.1 VHN and 235.7 Mpa. After the treatment was given, its hardness values were 94.0, 120.7, 141.3, and 145.9 VHN. The tensile strengths were 321.7, 410.0, 480.0, and 538.3 Mpa. Micro structure formed on case hardening treatment, such as phase Al-Fe-Cu, Mg2Si, and CuAl2. The result showed that SHT temperature rise in pack carburizing process increased the tensile strength, while the increase of the hardness value is due to the formation of Al4C3 phase on the aluminum surface. Different of micro structure formed on SHT 3500C and 5000C, grain boundary area (Mg2Si) on SHT 3500C smaller than SHT 5000C.
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah-NYA kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan laporan skripsi ini.
Penyusunan laporan skripsi ini guna memenuhi syarat untuk kelulusan gelar sarjana teknik. Dalam penyelesaian laporan skripsi ini, penulis telah banyak memperoleh dukungan serta bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung
maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat:
1. Dr.Eng Syamsul Hadi, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret dan sebagai dosen Penasehat Akademik.
2. Teguh Triyono, S.T, M.Eng selaku pembimbing I tugas akhir Skripsi. 3. Dr. Eko Surojo, M.T selaku pembimbing II tugas akhir Skripsi.
4. Dr. Triyono, S.T, M.T, Wibowo, S.T, M.T, dan Dr. Nurul Muhayat, S.T, M.T selaku dosen penguji tugas akhir Skripsi.
5. Seluruh Dosen dan Staff karyawan Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret.
6. Kedua Orang Tua tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun
materiil, serta do’a yang tiada henti-hentinya, serta adik saya yang membantu
saya dalam pengiriman sampel pengujian.
7. Teman – teman kelas Teknik Mesin Non Reguler angkatan 2013 yang telah memberikan banyak bantuan dan semangat.
v
Dalam penulisan laporan skripsi ini, penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu masukan dan saran sangat penulis harapkan demi perbaikan dan kemajuan dimasa mendatang. Semoga laporan skripsi ini bermanfaat bagi kita semua, Amin.
Surakarta, Agustus 2017
vi
4.2. Data Pengujian dan Analisis Kekerasan Material ... 44
vii
DAFTAR TABEL
1. Tabel 1.1. Sifat mekanik paduan aluminium 7075 ... 2
2. Tabel 1.2. Kekuatan tarik aluminium 7075 ... 3
3. Tabel 2.1. Macam Heat treatment pada aluminium 7075 ... 8
4. Tabel 2.2. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan Al 7075 .... 9
5. Tabel 2.3. Klasifikasi paduan aluminium tempaan ... 11
6. Tabel 2.4. Klasifikasi perlakuan bahan ... 12
7. Tabel 2.5. Komposisi aluminium 7075 ... 12
8. Tabel 2.6 Sifat fisik aluminium 7075 ... 12
9. Tabel 2.7. Perlakuan panas aluminium 7075 ... 13
10. Tabel 2.8. Klasifikasi media quenching ... 15
11. Tabel 2.9. Komposisi kimia untuk media quenching berupa larutan garam . 15 12. Tabel 2.10. Jenis Case Hardening ... 16
13. Tabel 2.11. Karakteristik uji kekerasan miko vickers ... 18
14. Tabel 3.1. Perincian jumlah spesimen pada pengujian ... 24
15. Tabel 3.2. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji kekerasan Struktur mikro dan XRD ... 24
16. Tabel 3.3. Perincian kode variasi perlakuan spesimen untuk uji tarik ... 24
17. Tabel 4.1. Hasil pengujian komposisi kimia ... 39
viii
DAFTAR GAMBAR
1. Gambar 2.1. Hasil uji XRD pada variasi pemfokusan penembakan plasma.. 6
2. Gambar 2.2. Hasil uji kekerasan mikro pada variasi pemfokusan penembakan plasma ... 6
3. Gambar 2.3. Hasil XRD pada aluminium yang di plasma elektrolisis ... 7
4. Gambar 2.4. Koefisien gesek pada aluminium yang di plasma elektrolisis .. 7
5. Gambar 2.5. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi perlakuan SHT ... 9
6. Gambar 2.6. Perbandingan kekerasan pada variasi perlakuan SHT ... 10
7. Gambar 2.7. Perbandingan kekuatan tarik pada variasi T6 ... 10
8. Gambar 2.8. Heat treatment duralumin, quenching nitrate-nitrite (20oC) ... 14
9. Gambar 2.9. Skema pack carburizing ... 17
10. Gambar 2.10. Holding time kedalaman karbon pada carbon steel ... 17
11. Gambar 2.11. Deformasi disebabkan oleh beban tarik ... 19
12. Gambar 2.12. Karakteristik spektra x-ray... 21
13. Gambar 2.13. Rumus Bragg ... 22
14. Gambar 3.1. Material aluminium untuk uji kekerasan. ... 23
15. Gambar 3.2. Spesimen uji kekuatan tarik (ASTM B557-84). ... 23
16. Gambar 3.3. Bahan kimia nitrat ... 25
17. Gambar 3.4. Bahan kimia nitrit ... 25
18. Gambar 3.5. CaCO3 ... 26
19. Gambar 3.6. BaCO3 ... 26
20. Gambar 3.7. NaCO3 ... 26
21. Gambar 3.8. Campuran arang & grafit ... 26
22. Gambar 3.9. Smit smoergen electric furnace ... 27
23. Gambar 3.10. Borel electric furnace ... 27
33. Gambar 3.20. Diagram alir penelitian ... 38
34. Gambar 4.1. Foto struktur mikro Al 7075 non perlakuan ... 39
35. Gambar 4.2. Foto struktur mikro Al 7075 perlakuan (a) T6 SHT 5000C, (b) Case Hardening SHT 5000C, (c) T6+Case Hardening SHT 5000C ... 40
36. Gambar 4.3. Spektrum XRD material T6 dengan SHT 5000C ... 41
37. Gambar 4.4. Spektrum XRD material case hardening dengan SHT 5000C . 42 38. Gambar 4.5. Foto struktur mikro Al 7075 Case Hardening (a) jarak tepi 0,25 mm, (b) jarak tepi 0,75 mm, (c) jarak tepi 1,25 mm, dan (d) jarak tepi 1,75 mm ... 42
ix
40. Gambar 4.7. Partikel Al4C3 Aluminium 7075 case hardening SHT 5000C 43 41. Gambar 4.8. Grafik VHN Al 7075 T6 dengan variasi suhu SHT ... 44 42. Gambar 4.9. Grafik VHN Al 7075 case hardening dengan variasi
suhu SHT ... 45 43. Gambar 4.10. Pemetaan unsur hasil SEM EDS Al 7075 CH SHT 5000C . .. .46 44. Gambar 4.11. Grafik VHN Al 7075 T6+case Hardening
dengan variasi suhu SHT 5000C ... .46 45. Gambar 4.12. Grafik VHN pada RM, T6, case Hardening,
& T6+Case Hardening (pada jarak tepi 0,25 mm, suhu SHT 5000C) . ... .. 47 46. Gambar 4.13. Grafik kekuatan tarik pada perlakuan T6, case hardening
& T6+case hardening dengan variasi suhu SHT ... 48 47. Gambar 4.14. Grafik elongasi pada perlakuan T6,
case hardening & T6+case hardening dengan variasi
suhu SHT ... 49 48. Gambar 4.15. Grafik % elongasi pada material T6,
case hardening & T6+case hardening ... 49 49. Gambar 4.16. Grafik kekuatan tarik pada material T6,
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Soaking time media quenching terhadap tebal material ... 56
Lampiran 2. Ukuran spesimen pengujian tarik ASTM B557 ... 58
Lampiran 3. Data Pengujian Spektrometer ... 59
Lampiran 4. Data Pengujian Kekerasan Mikro Vickers ... 60
Lampiran 5. Data Pengujian XRD ... 62
Lampiran 6. Data Pengujian Kekuatan Tarik ... 66
Lampiran 7. Perhitungan Elongasi ... 69
