DAFTAR ISI. Kata Pengantar Sambutan Dekan Fakultas Teknik Ucapan Terima Kasih Daftar Isi Susunan Panitia Susunan Acara

Transkripsi

1

2 DAFTAR ISI Kata Pengantar Sambutan Dekan Fakultas Teknik Ucapan Terima Kasih Daftar Isi Susunan Panitia Susunan Acara ii iii iv v x xi 1. Technopreneur and Social-Entrepreneurship: based on product, Raldi Artono Koestoer 1 2. Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan 7 Bidang Teknik Mesin 1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden 1 2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass, AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana 7 3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan) dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P. Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure, Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su udi Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based On Th x Duo 2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra Prasetyo, dan Jamari Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil, Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi 109 v

3 16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made Gatot Karohika, I Nym Gde Antara Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak (Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu Segara Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge, I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista, Ketut Astawa, Ainul Ghurri Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada Bilangan Reynolds Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede Sugita, Made Suarda Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli, Mutya Vonnisa Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu, Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU Buatan China, Suryo Busono Efektivitas Alat Penukar Kalor Double Pipe Bersirip Helical sebagai Pemanas Air dengan Memanfaatkan Gas Buang Mesin Diesel, Zainuddin, Jufrizal, Eswanto 255 vi

4 STRAIN-HARDENING BAJA KARBON AISI 1065 AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK I Made Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali (0361) imdastika@yahoo.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh variasi putaran terhadap keausan dan perilaku sifat kekerasan (strain hardening) baja karbon setelah mengalami beban gelinding gesek. Bahan penelitian adalah baja karbon AISI 1065 dimana bahan tersebut setara dengan rel kereta api. Rel dan roda kereta api merupakan dua komponen yang mengalami beban gelinding gesek yang dapat menyebabkan keausan dan kegagalan. Variasi putaran yang dilakukan adalah 1000, 5000 dan cycles. Jarak titik indentasi kek erasan dari permukaan pada 300, 700, 1100, 1500, 1900, 2300, 2700, 3100, 3500 dan 3900 µm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar jumlah putaran pada uji keausan semakin besar massa yang hilang. Sedangkan untuk uji kekerasan terjadi peningkatan kekerasan pada permukaan baja karbon AISI Kata kunci: Strain hardening, gelinding gesek, kekerasan, keausan. 1. PENDAHULUAN Keausan dan kegagalan merupakan masalah yang sering dialami roda maupun rel kereta api. Hal ini disebabkan karena beban yang diterima secara berulang-ulang. Keausan dan kegagalan ini sering terjadi pada lintasan belok, sambungan rel dan persimpangan. Pada roda, keausan dan cacat sering terjadi pada bagian flange roda. Keausan pada roda maupun rel menyebabkan ketidak nyamanan penumpang, kebisingan dan yang lebih berbahaya adalah keluarnya roda dari rel. Salah satu cara untuk mengurangi kegagalan tersebut yaitu dengan cara meningkatkan sifat mekanis pada material [1]. Benda yang bergesekan seperti kontak gelinding gesek yang dialami roda dan rel kereta api akan mengakibatkan material dibawah permukaan kontak mengalami deformasi plastis (regangan geser). Deformasi plastis tersebut dapat merubah sifat mekanis material (memberi kekerasan). Fenomena ini disebut material mengalami strain-hardening [2]. Adapun permasalahan yang akan diteliti adalah bagaimana perilaku sifat-sifat kekerasan (strain-hardening) dari material baja karbon AISI 1065 setelah mengalami beban gelinding-gesek dengan uji vicers dan gambaran struktur mikronya. 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kontak Mekanik (Kontak Silinder) Pada tipe kontak yang berbentuk dua bidang silinder dengan masing-masing poros parallel yang dibebankan pada kontak sebagai gaya P per satuan panjang dan bidang kontak membuat panjang kontak berputar pada luas bidang 2a dipaksakan paralel ke porosy. Ini adalah dasar dari dua dimensi permukaan [3]: TM

5 Gambar 1. Mekanisme kontak dua bidang permukaan silinder (Sumber: 3) Distribusi tekanan normal p(x) pada permukaan kontak ditentukan dengan teori Hertz adalah: Dimana p 0 adalah tekanan maksimal pada pusat kontak dan pada setengah luas bidang kontak. Tekanan maksimal pada kontak dapat di tentukan dengan: (2) Dimana P adalah tekanan, P adalah total pembebanan gaya per satuan panjang (L) pada bidang kontak dan dapat didefinisikan dengan: (1) (3) Juga dapat ditentukan dengan: a= (4) Equivalent modulus Elastisitas E*, sudah ditetapkan dengan: = + (5) Dimana v adalah poison rasio, E adalah modulus young, dan mengacu pada bidang 1 dan 2 secara berurutan. Persamaan R dapat ditentukan dengan: = + (6) 2.2 Slip roll-ratio Perbandingan putaran dari dua buah disc yang menerima beban kontak gelinding gesek. Jika suatu material menerima rolling-sliding contact serta adanya pengaruh slip-roll ratio secara berulang-ulang akan menimbulkan adanya gesekan pada material di permukaan dan di bawah permukaan kontak mengalami regangan geser dan terakumulasi sangat besar. Apabila regangan geser ini terakumulasi dan mencapai titik kritis regangan geser material maka kegagalan material dapat terjadi, seperti keausan (wear) dan kegagalan akibat kelelahan (fatigue). Untuk menentukan slip-roll ratio dapat ditentukan dengan persamaan [2]: Sr = (7) dimana: Sr = slip roll-ratio V 1 = kecepatan disc 1 V 2 = kecepatan disc 2 TM

6 2.3 Kekerasan Kekerasan suatu bahan sampai saat ini masih merupakan peristilahan yang kabur, yang mempunyai banyak arti tergantung pada pengalaman pihak-pihak yang terlibat. Pada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam dengan sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap defornasi plastik atau deformasi permanen. Untuk orang-orang yang berkecimpung dalam mekanika pengujian bahan, banyak yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran ketahanan terhadap lekukan. Untuk para insinyur perancang, kekerasan sering di artikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian tesebut dilakukan [4] Kekerasan Vickers Pengujian yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah uji vickers. Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling berhadapan adalah 136. Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai pebandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramida intan. Angka kekerasan piramida intan (DPH) atau angka kekerasan Vickers (HVN), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. HV (Hardness Vickers) dapat di tentukan dari persamaan [4] sebagai berikut: P 2 2 H v dimana d d A A o 2cos 22 1,8544 Jadi H v = 1,8544. P (8) 2 d Dimana: H v = angka kekerasan Vickers (kg/mm 2 ). P = beban yang besarnya 1 kg A = luas indentasi (mm 2 ). d d = diagonal rata-rata. 1 d d 2 2 Karena jejak yang dibuat dengan penumbuk piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka HV tidak tergantung pada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban yang biasanya di gunakan pada uji Vickers berkisar antara 1 hingga 120 kg, tergantung kepada kekerasan yang akan diuji. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode Vickers adalah uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian tersebut lamban, memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal. Lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan harus bebentuk bujur sangkar. Akan tetapi, penyimpangan yang telah dijelaskan secara berkala karena keadaan demikian terdapat pada logam-logam yang dilunakkan dan mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Bentuk demikian diakibatkan oleh penimbunan diatas logam-logam di sekitar pemukaan penumbuk [5]. TM

7 P 136 o d 1 d 2 Gambar 2. Pengujian Kekerasan Vickers (Sumber: 5) Pengujian metode kekerasan berdasarkan ASTM E384 standar, ketika melakukan test kekerasan jarak minimum dan jarak dari indentasi yaitu 2.5d, ke permukaan spesimen harus diperhitungkan terlebih dahulu untuk menghindari interaksi daerah kerja yang mengeras dan efek dari permukaan 3. METODE 3.1 Bahan Material yang digunakan sebagai bahan uji adalah baja karbon AISI Bentuk specimen uji keausan berdasarkan standart Railway and Vehicle Dynamic. Gambar 3. Skema spesimen uji keausan dan kekerasan Gambar 4. Foto spesimen benda uji keausan dan kekerasan TM

8 3.2 Alat Pengujian Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013 Gambar 5. Skema mesin uji keasuan kontak dua disc (Twint dic test) 3.3 Uji Kekerasan Vickers Material Di bawah Permukaan Kontak Pengujian kekerasan ini dilakukan untuk mengetahui perilaku sifat mekanik (kekerasan material) dekat permukaan kontak akibat keausan. Gambar 6. Jarak dan arah pengujian kekerasan 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil pengujian keausan pada gelinding gesek No Spesimen 1 AISI 1065 Tabel 1. Hasil pengujian keausan Jumlah Massa awal Massa akhir Massa yang cycles (g) (g) hilang (g) ,58 175,08 0, ,26 174,95 0, ,99 175,32 0,67 Massa yang hilang pada setiap spesimen yang telah ngalami uji keausan terus bertambah mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan cycles seperti gambar 7: TM

9 Gambar 7. Grafik hubungan jumlah siklus terhadap massa yang hilang 4.2 Hasil pengujian kekerasan Vickers Tabel 2. Data hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065 No. Jarak dari permukaan HVN kontak (µm) Tanpa Uji Keausan 1000 cycles 5000 cycles cycles , ,36 216, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Nilai kekerasan dihitung berdasarkan metode vickers hardness dengan penambahan 400µm dari tiap-tiap indentasi, yaitu dengan jarak dari permukaan specimen dimulai dari 300µm. Jarak dari permukaan yang dimaksud adalah dimana dihitung dari ujung permukaan menuju titik indentasi yang pertama yaitu 300µm, kemudian dilanjutkan dengan titik indentasi yang kedua dengan penambahan jarak 400µm. Beban yang digunakan pada saat pengujian adalah 1 kg. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali dari masing-masing specimen. Pada specimen yang tidak mengalami uji keausan hanya diambil 4 titik saja kemudian dirata-ratakan dan dibandingkan dengan specimen yang mengalami uji keausan mulai dari 1000 cycles, 5000 cycles dan cycles. Hasilnya disajikan gambar 8. Gambar 8. Grafik hasil pengujian kekerasan baja karbon AISI 1065 TM

10 4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan tanpa uji keausan Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013 (a) 100 x pembesaran (b) 400 x pembesaran Gambar 9. Struktur mikro AISI 1065 tanpa uji keausan Pada gambar 9 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 tidak menunjukkan adanya regangan geser dan pemampatan pada partikel-partikelnya karena spesimen belum mengalami uji keausan Pengamatan setelah 1000 cycles (a) 100 x pembesaran (b) 400 x pembesaran Gambar 10. Struktur mikro AISI cycles Pada gambar 10 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan 1000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat terjadi pemampatan pada partikel partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite (partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan. TM

11 4.3.3 Pengamatan setelah 5000 cycles Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013 (a) 100 x pembesaran (b) 400 x pembesaran Gambar 11. Struktur mikro AISI cycles Pada gambar 11 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan 5000 cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat bertambah pemampatan pada partikel-partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Ferrite (partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan Pengamatan setelah cycles (a) 100 x pembesaran (b) 400 x pembesaran Gambar 12. Struktur mikro AISI cycles Pada gambar 12 (a) dan (b) menunjukkan bahwa baja karbon AISI 1065 yang mengalami uji keausan cycles tidak menunjukkan adanya regangan geser akibat gesekan namun sudah mulai terlihat semakin bertambahnya pemampatan pada partikel partikelnya dimana partikel Pearlite (partikel berwarna hitam) sudah mulai termampatkan ke atas mendekati permukaan akibat pembebanan pada saat pengujian keusan dan partikel Feritte (partikel berwarna putih) sudah mulai menghilang menuju ke bagian bawah permukaan. TM

12 Dari pengamatan struktur mikro yang dilakukan pada baja karbon AISI 1065 baik yang tanpa uji keausan maupun yang dengan uji keausan 1000, 5000 dan cycles menunjukkan struktur mikro yang sama, struktur mikro hanya mengandung struktur pearlite (gelap) dan feritte (putih) dan tidak mengalami regangan geser tetapi hanya terjadi pemampatan partikel pada permukaan. 5. SIMPULAN Berdasarkan penelitian perilaku sifat kekerasan baja karbon material AISI 1065, dapat ditarik kesimpulan yaitu: 1. Terjadi peningkatan kekerasan pada bagian permukaan yang telah mengalami perubahan sifat mekanis material akibat beban pada saat uji keausan dimana semakin besar jumlah cycle maka semakin besar pula massa yang hilang. 2. Pemampatan partikel pada permukaan spesimen dimana struktur Pearlite semakin termampatkan ke atas mendekati permukaan dan strukur Ferrite menuju ke bawah permukaan sehingga bagian permukaan menjadi sangat keras akibat beban pada saat mengalami uji keausan. DAFTAR PUSTAKA 1. co.id.(2011)). Diakses tanggal 1 Juli Tyfour, W.R, et al, (1996), Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of Pearlitic Rail Steel Due To Dry-Wet Rolling-Sliding Line Contack, Department Of Mechanical And Proses Engineering, The University Of Sheffield, UK. 3. Kalker, J.J.A, (1982), Fast Algoritma For The Simplifield Theory Of Rolling Contack (FASTSIM) Vehicle System Dynamic, Vol: 11, Swets & Zeitlinger, B. V, Lisse. 4. Tata Surdia, Sinroko Saito, Pengetahuan Bahan Teknik 1995 cetakan keenam, PT. Pradnya Paramita, Jakarta 5. George E. Dieter, Sriati Djaprie, Mechanical Metallurgy, 3rd edition., (Jakarta: Erlangga, 1990). 6. Dieter, George E. Mechanical Metallurgy. McGraw Hill Book Co ASTM E384, Standar Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials TM