JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010 TUGAS AKHIR TM091486

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR TM STUDI EKSPERIMENTAL UMUR LELAH BAJA AISI 1045 AKIBAT PERLAKUAN PANAS HASIL FULL ANNEALING DAN NORMALIZING DENGAN BEBAN LENTUR PUTAR PADA HIGH CYCLE FATIGUE Oleh: Adrian Maulana Dosen Pembimbing: Dr. Ir. H. Soeharto, DEA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010

2 LATAR BELAKANG Material baja AISI 1045 banyak digunakan sebagai komponen mesin berupa poros yang mendapat beban lentur putar. Komponen tersebut sering mengalami kegagalan atau patah tanpa diketahui penyebabnya. Faktor umur lelah baja poros dapat dipengaruhi oleh Faktor umur lelah baja poros dapat dipengaruhi oleh perlakuan panas yang salah satunya berupa full annealing dan normalizing.

3 PERUMUSAN MASALAH Bagaimana Perubahan Umur Lelah dipengaruhi oleh perlakuan panas khususnya full annealing dan normalizing pada Baja AISI 1045

4 TUJUAN PENELITIAN Mendapatkan dan membandingkan umur lelah dari material (berupa kurva S-N) tanpa perlakuan, full annealing dan normalizing pada pembebanan rotating bending. Membandingkan struktur mikro dari masing-masing jenis spesimen serta mengetahui pengaruhnya terhadap umur lelah masing-masing jenis spesimen. Mendapatkan kekerasan masing-masing spesimen serta mempelajari pengaruhnya terhadap umur lelah. Membandingkan pola patahan serta mempelajari pengaruhnya terhadap luasan daerah statik

5 BATASAN MASALAH Material yang digunakan adalah baja AISI 1045 yang dianggap homogen. Spesimen dianggap mempunyai kekasaran permukaan yang sama. Pengujian dilakukan pada temperatur kamar dan mengabaikan fluktuasi temperatur yang terjadi. Dimensi semua poros dianggap sama. Kecepatan setiap putaran dianggap sama pada setiap pengamatan.

6 Dasar Teori Patah Lelah ( Fatigue ) adalah patah yang terjadi akibat adanya beban yang berulang- ulang (dinamis) Poros yang mengalami patah lelah

7 Dasar Teori Mekanisme Awal Retakan Deformasi plastis setempat Pemusatan tegangan akibat adanya cacat Garis-garis slip pada Permukaan spesimen Cacat permukaan Goresan pada permukaan Retakan pada permukaan/ dekat permukaan Inklusi Retak awal

8 Umur lelah Banyaknya siklus yang terjadi pada material sampai material tersebut mengalami patah lelah. Batas Lelah (Fatigue Limit) Batas tegangan terendah dimana material dapat berumur panjang (tidak patah)

9 Kurva S-N Kurva yang menyatakan umur lelah yang dipengaruhi oleh tegangan yang bekerja (fatigue strength) Kurva S-N baja UNS-G41300

10 Full Annealing Material dipanaskan di dalam dapur pemanas, kemudian di holding time selanjutnya didinginkan secara lambat didalam dapur pemanas. Tujuannya yaitu untuk melunakkan material. Normalizing Material dipanaskan di dalam dapur pemanas, kemudian di holding time selanjutnya didinginkan di udara bebas. Tujuannya yaitu untuk menghaluskan butir sehingga kekersannya sedikit naik.

11 Diagram Alir START Spesimen baja Poros AISI 1045 Persiapan dan Pembentukan Spesimen tanpa perlakuan Persiapan dan Pembentukan Spesimen dengan perlakuan Full Annealing Normalizing Uji Tarik Uji Struktur Mikro Uji Kekerasan Uji Lelah Pengamatan Pola Patahan A

12 A Analisa Data Kesimpulan FINISH

13 Material Uji Pada percobaan ini material yang digunakan yaitu Baja AISI 1045 yang merupakan tipe baja karbon medium dengan komposisi kimia sebagai berikut: Komposisi Kimia Persentase (%) Carbon Mangan Silikon Maks Sulfur Crom+Molibium+Nikel Maks.0.63 Sumber: Tira Andalan Steel, 2006

14 Metodologi Uji Tarik Spesimen Uji tarik

15 Uji Lelah Spesimen Uji Lelah

16 Gambar Mesin Uji lelah Rotating bending

17 Uji Kelelahan Dilakukan pada spesimen tanpa perlakuan panas (spesimen awal) dan spesimen yang telah mengalami perlakuan panas Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam model RBF 200 dari Fatique Dinamis Inc. Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,6σ u ; Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,6σ u ; 0,5σ u dan 0,4σ u.

18 Full Annealing T ( C) 800 C, 30 menit t (menit)

19 Normalizing T ( C) 860 C, 30 menit t (menit)

20 Metalografi Tahapan metalografi: -Grinding -Polishing -Etching -Pengamatan Mikroskop Optik

21 Uji Kekerasan 6,35 mm Penampang. A-A Titik titik pengambilan kekerasan

22 Hasil Pengujian No. Spesimen Hasil Uji Tarik Yield Strength, σ y (MPa) Tensile Strength, σ u (MPa) ,21 590, ,45 596, ,10 605,43 Rata-rata 338,25 597,55

23 Hasil Uji Lelah JENIS PERLAKUAN NO. PENGUJIA TINGKAT TEGANGA UMUR LELAH N N (Siklus) (Mpa) TP-1a 239, TP-1b (0,4σ u ) Rata-rata Umur Lelah Tanpa perlakuan TP-2a TP-2b 298,78 (0,5σ u ) TP-2c TP-3a 358, TP-3b (0,6σ u ) TP-3c

24 JENIS PERLAKUAN Full Annealing NO. PENGUJIA N TINGKAT TEG ANGAN (Mpa) UMUR LELAH (Siklus) A-1a A-1b 239, (0,4σ u ) A-1c A-2a A-2b 298,78 (0,5σ u ) A-2c A-3a 358, A-3b (0,6σ u ) A-3c Rata-rata Umur Lelah

25 JENIS PERLAKUAN NO. PENGUJIA N TINGKAT TEGANGA N UMUR LELAH (Siklus) Rata-rata Umur Lelah Normalizing N-1a N-1b (239,02) (0,4σ u ) N-1c N-2a N-2b 298, N-2c (0,5σ u ) N-3a N-3b 358, N-3c (0,6σ u )

26 Grafik Hasil Uji Lelah

27 JENIS PERLAKUAN Hasil Uji Kekerasan HRc ` Ratarata Tanpa perlakuan Full Annealing 1. 21, , , ,4 2. 6,0 3. 6,3 4. 6,7 21,57 6,1 Normalizing 1. 23, , , ,5 25,7

28

29

30 Hasil pengamatan Struktur Mikro ferit pearlite 100x 500x Material Tanpa Perlakuan

31 ferit pearlite 100x Material Full Annealing 500x

32 ferit pearlite 100x 500x Material Normalizing

33 Hasil pengamatan Pola Patahan Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,6 σ u Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,5 σ u Pola patahan material tanpa perlakuan

34 Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,6 σ u Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,5 σ u Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,4 σ u Pola patahan material full annealing

35 Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,6 σ u Daerah patah fatik Daerah patah statik 0,5 σ u Pola patahan material normalizing

36 Jenis Perlakuan Full Annealing Tanpa Perlakuan Tabel Luasan Patah statik Luasan Patah Statik 0,4 σ u 0,5 σ u 0,6 σ u 55,4% 58,12% 60,8% Tidak Patah 42,28% 46% Normalizing Taidak Patah 36,06% 44,44%

37

38

39 Kesimpulan Perlakuan panas normalizing dapat menaikkan umur lelah sedangkan full annealing dapat menurunkan umur lelah. Full annealing menghasilkan struktur mikro yang dominan ferit sehingga menurunkan umur lelahnya, sedangkan normalizing menghasilkan perlit yang halus sehingga menghasilkan umur lelah yang panjang.

40 Dari pola patahan yang didapatkan menunjukkan bahwa semakin besar beban yang diberikan maka luasan patah statik semakin besar. Semakin luas daerah patah statik maka umur lelahnya semakin menurun.

41 Terima kasih Mohon Saran dan Masukan

42 Diagram IT full annealing dan normalizing

43 Perbedaan perlit pada full annealing dan normalizing

44 Kurva pendinginan pada normalizing

45 Pengaruh kekerasan terhadap batas lelas

46