Jurnal Jurusan Pendidikan Teknik Mesin (JJPTM) Vol: 8 No: 2 Tahun: 2017

Transkripsi

1 PENGARUH MEDIA PENDINGINAN TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO HASIL PENGELASAN OXY ACETYLENE PADA MATERIAL BAJA ST-37 Oleh Made Angga Priadi 1 I Nyoman Pasek Nugraha 2 Gede Widayana 3 1 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Kejuruan Universitas Pendidikan Ganesha 2 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Kejuruan Universitas Pendidikan Ganesha 3 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Kejuruan Universitas Pendidikan Ganesha madeanggapriadi@gmail.com, paseknugraha@undiksha.ac.id, gedewidayana@gmail.com ABSTRAK Media pendingin merupakan suatu substansi yang berfungsi dalam menentukan kecepatan pendinginan yang dilakukan terhadap material yang telah diuji dalam perlakuan panas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kekerasan dan pengamatan struktur mikro material baja ST-37 yang dipengaruhi media pendinginan air, udara dan oli serta penelitian ini dapat memberikan bahan referensi bagi lingkup pendidikan teknik mesin dan sebagai acuan di dunia industri dalam menggunakan media pendingin pada proses pengelasan. Adapun jenis metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian eksperimen. Terdapat dua jenis variable yang digunakan dalam penelitian ini yaitu variabel bebas yang berupa media pendingin air, media pendingin udara dan media pendingin oli dan variabel terikatnya berupa sifat kekerasan. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dimana kekerasan daerah logam induk dengan media pendingin air memperoleh nilai rata-rata sebesar 63,10 Kg/mm 2, pendingin udara memperoleh nilai rata-rata sebesar 65,61 Kg/mm 2, dan media pendingin oli memperoleh nilai rata-rata sebesar 62,68 Kg/mm 2. Kekerasan pada daerah HAZ dengan media pendingin air memperoleh nila rata-rata sebesar 68,49 Kg/mm 2, media pendingin udara memperoleh nilai rata-rata sebesar 71,05 Kg/mm 2 dan media pendingin oli memperoleh nilai rata-rata sebesar 70,34 Kg/mm 2. Kekerasan pada daerah logam las dengan media pendingin air memperoleh nilai rata-rata sebesar 60,99 Kg/mm 2, media pendingin udara memperoleh nilai rata-rata sebesar 61,79 Kg/mm 2 dan media pendingin oli memperoleh nilai rata-rata sebesar 60,79 Kg/mm 2. Berdasarkan dari hasil yang telah didapatkan baik pada logam induk, daerah HAZ dan logam Las dimana tingkat kekerasan yang lebih baik diperoleh dari proses pendinginan udara dibandingkan dengan media pendingin air dan media pendingin oli dari proses pengelasan oxy acytelene. Kata kunci : Media pendingin, Kekerasan Material, Baja ST-37

2 THE EFFECT OF COOLING MEDIA TOWARD THE HARDNESS AND MICRO STRUCTURE THAT RESULT OXY ACETYLENE WELDING OF STEEL ST-37 MATERIAL By Made Angga Priadi 1 I Nyoman Pasek Nugraha 2 Gede Widayana 3 1 Engineering department of education, Technical and Vocational faculty Education University of Ganesha 2 Engineering department of education, Technical and Vocational faculty Education University of Ganesha 3 Engineering department of education, Technical and Vocational faculty Education University of Ganesha madeanggapriadi@gmail.com, paseknugraha@undiksha.ac.id, gedewidayana@gmail.com ABSTRACT The cooling media is a substance which has a function to determine the speed refrigeneration which carried out of the material that has been tasted by heat treatment. The objective of the research is to know the level of hardness and the observation of steel ST-37 material which is affected by cooling media such as water, air, and oil. Also this research may give a reference for Engineering Department of Education and industry in using cooling media for welding process. There is a method that use in this research, that is called quantitative research. There are two variables that use in this research. Independent variable and dependent variable. An independent variable are water, air, and oil cooling media. On the other hand, a dependent variable is nature of hardness. In this research the researcher got a results where the mean of hardness of the base metal area with the water cooling media is Kg/mm 2, in air conditioning is 61Kg/mm 2, and the oil cooling is Kg/mm 2. The mean of a hardness in Heat Affected Zone (HAZ) by water cooling media 68,49 Kg/mm 2, air cooling media is 71,05 Kg/mm 2 and an air cooling is 70,34 Kg/mm 2. The mean of Hardness in the weld metal area with water cooling media is 60,99 Kg/mm 2, air-cooling media is 61,79 Kg/mm 2 and oil-cooling media is 60,79Kg/mm 2. Based on the result which has been gotten from base metal, Heat Affected Zone (HAZ), and weld metal where the best hardness level is obtained from air-cooling process rather than water cooling media and oil cooling media from oxy acytelene welding process. Keywords: Cooling media, steel ST-37, hardness properties

3 PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan teknologi dibidang konstruksi, pengelasan merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari pertumbuhan dan peningkatan industri, karena mempunyai peranan yang sangat penting dalam rekayasa dan reparasi produksi logam. Hampir pada setiap pembangunan suatu konstruksi dengan logam melibatkan unsur pengelasan. Salah satu proses pengelasan yang sering dijumpai yaitu Las OAW atau yang sering dikenal dengan Oxy Acetylene Welding/ las karbit. Pengelasan dengan oxy-acetylene adalah proses pengelasan secara manual dengan pemanasan permukaan logam yang akan dilas atau disambung sampai mencair oleh nyala gas asetilin melalui pembakaran C 2 H 2 dengan gas O 2 dengan atau tanpa logam pengisi. Proses penyambungan dapat dilakukan dengan tekanan (ditekan), sangat tinggi sehingga dapat mencairkan logam. Penggunaan teknologi las biasanya dipakai dalam bidang konstruksi, otomotif, perkapalan, pesawat terbang, dan bidang lainnya. Pada penelitian ini dipakainya baja ST- 37 karena baja jenis ini termasuk dalam baja karbon rendah dimana baja ini sering digunakan di dunia industri dan pendidikan kususnya di daerah singaraja dalam melakukan proses pengelasan. Sedangkan dalam pengelasan, media pendinginan merupakan suatu substansi yang berfungsi dalam menentukan kecepatan pendinginan yang dilakukan terhadap material yang telah diuji dalam perlakuan panas. Pemakaian media pendingin juga berguna dalam penentuan sifat dan fasa dari sturktur yang terbentuk setelah material didinginkan. Media pendingin dengan kerapatan yang tinggi, laju pendinginan akan berlangsung secara cepat, karena proses transfer kalor lebih mudah terjadi apabila jarak molekul lebih kecil. Dengan percepatan proses pendinginan ini, maka akan terbentuk struktur martensit yang kasar, dimana memiliki sifat yang keras dan getas. Sifat ini terjadi karena proses rekristalisasi yang cepat, sehingga atom karbon tidak sempat terredistribusi dalam mengikat atom penyusun logam, dan atomatom lain membesar, sehingga memenuhi ruang. Media pendingin yang memiliki tingkat kerapatan rendah, laju pendinginan akan berlangsung secara lambat, karena proses transfer kalor tidak dapat berlangsung dengan mudah pada molekul-molekul yang memiliki jarak yang besar. Dengan proses yang lambat ini, akan membentuk struktur yang keras dan ulet. Hal ini disebabkan karena ada 2 fasa yang terbentuk yaitu fasa ferit + sementit. Ferit memiliki sifat yang lunak dan ulet dengan kadar karbon 0,008 %. Sedangkan sementit memiliki kadar karbon 1 % untuk 3 atom Fe, sehingga sifatnya keras. Pada media pendingin ini proses rekristalisasi berlangsung lambat, sehingga ada sebagian atom karbon yang mampu teredistribusi kedalam ikatnnya kembali. Media Pendingin Media pendingin merupakan suatu substansi yang berfungsi dalam menentukan kecepatan pendinginan yang dilakukan terhadap material yang telah diuji dalam perlakuan panas. Secara garis besar ada dua jenis media pendingin yang digunakan, yaitu media pendingin dengan tingkat kerapatan yang rendah dan media pendingin dengan tingkat kerapatan yang tinggi. Apabila disusun dengan urutan yang terperinci dari media pendingin yang memiliki densitas yang tinggi sampai yang paling rendah, maka diperoleh, sebagai berikut: air garam, air, solar, oli dan udara. Untuk media pendingin dengan kerapatan yang tinggi, laju pendinginan akan berlangsung secara cepat, karena proses transfer kalor lebih mudah terjadi apabila jarak molekul lebih kecil. Dengan percepatan proses pendinginan ini, maka akan terbentuk struktur martensit yang kasar, dimana memiliki sifat yang keras dan getas. Untuk media pendingin yang memiliki tingkat kerapatan rendah, laju pendinginan akan berlangsung secara lambat, karena proses transfer kalor tidak dapat berlangsung dengan mudah pada molekul-molekul yang memiliki jarak yang

4 besar. Dengan proses yang lambat ini, akan membentuk struktur yang keras dan ulet. Mulai Persiapan Bahan Teknik Pengelasan Las karbit atau las asetilen adalah salah satu perkakas perbengkelan yang sering ditemui. Pengoperasiannya yang cukup mudah membuatnya sering digunakan untuk menghubungkan dua logam atau welding. Secara umum, perkakas las asetilen adalah alat penyambung logam melalui proses pelelehan logam dengan menggunakan energi panas hasil pembakaran campuran gas asetilin dangas oksigen. Perangkat perbengkelan las karbit digunakan untuk memotong dan menyambung benda kerja yang terbuat dari logam (plat besi, pipa dan poros) Metode Tempat yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah Universitas Udayana. Waktu penelitian ini dilakukan pada semester genap 2016/2017. Dalam penelitian ini secara sederhana prosedur penelitian ini dapat di diagramkan sebagai berikut : Proses Pengelasan Media Pendinginan (air, udara, oli) Pengujian Kekerasan dan Struktur Mikro Data hasil uji kekerasan dan pengamatan struktur mikro Pengolahan Data Simpulan Selesai Gambar 1. Diagram alir penelitian Bahan dan alat Bahan yang digunakan pada penelitian yang akan dilaksanakan ini dapat dipaparkan sebagai berikut: a. Bentuk kampuh V dan spesimen material uji baja karbon rendah (ST- 37) 45 o 10 mm 55 mm 10 mm b. Media Pendingin (H2O, udara dan oli) c. Peralatan las oxy acetylene 1) 1 tabung gas asetilin dan oksigen 2) Selang gas 3) Katup tabung 4) Regulator 5) Torch (pembakar) 6) Pematik d. Alat bantu 1) Mistar baja, siku baja penggores dan sikat kawat baja 2) Gerinda, palu, dan ragum

5 3) Tang kombinasi 4) Kacamata pengaman, sarung tangan, dan pelindung kaki e. Mesin uji kekerasan vickers f. Mesin mikrografi Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan kekerasan vickers maka data yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel berikut : Hasil dan Pembahasan Tabel 1. Data kekerasan vickers Gambar 2. Perbandingan kekerasan media pendingin Air, Udara dan Oli Dapat dilihat dari gambar 2. bahwa kekerasan dengan pendinginan air memiliki tingkat kekerasan yang lebih rendah dibandingkan dengan media pendinginan dikarenakan air merupakan jenis media pendinginan dengan kerapatan yang tinggi, sedangkan pendinginan oli memiliki tingkat kekerasan yang sedikit lebih tinggi dari media pendingin air dikarenakan oli merupakan media pendinginan dengan kerapatan yang lebih rendah daripada pendinginan air. Dan tingkat kekerasan dengan media pendinginan udara memiliki tingkat kekerasan yang lebih baik daripada jenis media pendingin air dan

6 media pendingin oli baik di daerah Logam Induk (Y1), daerah HAZ (Y2) dan daerah Logam Las (Y3), hal ini dikarenakan jenis media pendinginan udara merupakan media pendinginan dengan tingkat kerapatan yang rendah. Interpretasi Hasil Analisis MANOVA Interpretasi hasil terdiri dari beberapa langkah yang dilakukan mengikuti mekanisme sebagai berikut. 1. Uji Homogenitas Varian Uji homogenitas varian dilihat dari hasil uji Levene, dimana hasilnya menunjukkan bahwa untuk Y1 harga F sebesar 2,146 dengan signifikansi 0,136, Y2 harga F sebesar 0,982 dengan signifikansi 0,388 dan Y3 harga F 0,126 dengan signifikansi 0,815. Dengan ditetapkannya taraf signifikansi 0,05 maka baik Y1, Y2 dan Y3 harga F tidak signifikan karena lebih besar dari 0,05. Artinya baik Y1, Y2 dan Y3 memiliki varian yang homogen sehingga MANOVA bisa dilanjutkan. 2. Uji Homogenitas Matriks Varian/Covarian Hasil uji Homogenitas Matriks Varian/Covarian dimana hasil yang didapat harga Box s M sebesar 10,278 dengan signifikansi 0,737. Dengan ditetapkannya taraf signifikansi yaitu sebesar 0,05, maka harga Box s M yang diperoleh tidak signifikan karena signifikansi yang diperoleh 0,737 lebih besar dari 0,05. Dengan demikian hipotesis nol diterima. Berarti matriks varian/covarian dari variabel dependen sama, sehingga analisis MANOVA dapat dilanjutkan. 3. Uji manova Setelah kedua uji prasyaratan hipotesis dipenuh dilanjutkan dengan uji hipotesis manova. Hal ini dapat diputuskan dengan analisis Pillae Trace, Wilk Lambda, Hotelling Trace, dan Roy s Largest Root dimana harga F untuk Pillae Trace, Wilk Lambda, Hotelling Trace, dan Roy s Largest Root memiliki signifikansi yang lebih kecil dari 0,05. Artinya, harga F untuk Pillae Trace, Wilk Lambda, Hotelling Trace, dan Roy s Largest Root semuanya signifikan. Jadi terdapat perbedaan uji kekerasan vikers logam induk (Y1), daerah HAZ (Y2) dan daerah Logam Las (Y3) antara media pendingin air (A1), media pendingin udara (A2) dan media pendingin Oli (A3). Selanjutnya uji manova dilanjutkan pada Tests of Between- Subjects Effects berbantuan SPSS yang dimana hasil menunjukkan perbedaan kekerasan logam induk (Y1) antara media pendingin Air (A1), media pendingin Udara (A2), dan media pendingin Oli (A3) yang menghasilkn harga F sebesar 12,184 dengan signifikansi (Sig.) sebesar 0,000. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kekerasan pada logam induk yang diakibatkan oleh variasi media pendingin. Perbedaan kekerasan daerah HAZ (Y2) antara media pendingin Air (A1), media pendingin Udara (A2), dan media pendingin Oli (A3) yang menghasilkn harga F sebesar 6,185 dengan signifikansi (Sig.) sebesar 0,006. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kekerasan pada daerah HAZ yang diakibatkan oleh variasi media pendingin. perbedaan kekerasan daerah Logam Las (Y3) antara media pendingin Air (A1), media pendingin Udara (A2), dan media pendingin Oli (A3) yang menghasilkn harga F sebesar 5,014 dengan signifikansi (Sig.) sebesar 0,014. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kekerasan pada logam las yang diakibatkan oleh variasi media pendingin.

7 Struktur Mikro 1. Struktur mikro media pendingin air Gamar 5. Struktur mikro logam las Gambar 3. Struktur mikro daerah logam induk Foto struktur mikro logam induk media pendingin air terlihat pada gambar 3. dibangdinkan dengan perlit dimana ferrit berwarna terang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet. Foto struktur mikro daerah logam las media pendingin air terlihat pada gambar 5. dibandinkan dengan perlit namun dibandingkan perlit pada daerah daerah HAZ media pendingin air memiliki daerah perlit yang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan daerah logam induk dan daerah HAZ pada media pendingin air. 2. Struktur mikro media pendingin udara Gambar 4. Struktur mikro daerah HAZ Foto struktur mikro daerah HAZ media pendingin air terlihat pada gambar 4. juga dibandinkan dengan perlit namun dibandingkan perlit pada daerah daerah HAZ media pendingin air memiliki daerah perlit yang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan daerah logam induk pada media pendingin air. Gambar 6. Struktur mikro logam induk Foto struktur mikro logam induk media pendingin udara terlihat pada gambar 6. mempunyai ferrit sedikit lebih mendominasi dibangdinkan dengan perlit dimana ferrit pada logam berwarna terang yang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet.

8 3. Struktur mikro media pendingin oli Gambar 7. Struktur mikro daerah HAZ Foto struktur mikro daerah HAZ media pendingin udara terlihat pada gambar 7. mempunyai ferrit sedikit lebih mendominasi dibandinkan dengan perlit namun dibandingkan perlit pada daerah daerah HAZ media pendingin udara memiliki daerah perlit yang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan daerah HAZ pada media pendingin air dan oli. Gambar 9. Struktur mikro logam induk Foto struktur mikro logam induk media pendingin oli terlihat pada gambar 9. dibangdinkan dengan perlit dan berwarna terang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet yang berarti baja dengan media pendingin oli memiliki tingkat kekerasan yang rendah. Gambar 8. Struktur mikro logam las Foto struktur mikro daerah logam las media pendingin udara terlihat pada gambar 8. mempunyai ferrit sedikit lebih mendominasi dibandinkan dengan perlit namun dibandingkan perlit pada daerah daerah logam las media pendingin udara memiliki daerah perlit yang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan daerah logam las media pendingin air dan oli. Gambar 10. Struktur mikro daerah HAZ Foto struktur mikro daerah HAZ media pendingin oli terlihat pada gambar 10. juga dibandinkan dengan perlit dimana ferrit berwarna terang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet.

9 Gambar 11. Struktur mikro logam las Foto struktur mikro daerah logam las media pendingin oli terlihat pada gambar 11. dibandinkan dengan perlit namun dibandingkan perlit pada daerah daerah logam las media pendingin oli memiliki daerah perlit yang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan daerah logam induk dan daerah HAZ pada media pendingin oli. Simpulan dan Saran Simpulan Berdasarkan hasil dari penelitian yang sudah dibahas di atas maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Hasil uji kekerasan vickers pada daerah logam induk (Y1) media pendinginan air, udara dan oli dimana pada daerah logam induk media pendingin air (H2O) memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2, daerah logam induk media pendingin udara memperoleh nilai ratarata sebesar Kg/mm2 dan daerah logam induk media pendingi oli memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2. Dari hasil yang didapatkan maka kekerasan dengan media pendingin udara lebih baik dibandingkan kekerasan dengan menggunakan media pendingin air dan oli. Hal ini juga didukung dari struktur mikro dimana jumlah perlit pada daerah logam induk media pendingin udara memiliki lebih banyak yang menyebabkan tingkat kekerasan material las lebih keras daripada media pendinginan air (H2O) dan oli. 2. Hasil uji kekerasan vickers pada daerah HAZ (Y2) media pendinginan air (H2O), udara dan oli dimana pada daerah HAZ media pendingin air memperoleh nilai rata-rata sebesar 68,49 Kg/mm2, daerah HAZ media pendingin udara memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2 dan HAZ media pendingi oli memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2. Dari hasil yang didapatkan maka kekerasan dengan media pendingin udara lebih baik dibandingkan kekerasan dengan menggunakan media pendingin air (H2O) dan oli. Hal ini juga didukung dari struktur mikro dimana jumlah perlit pada daerah HAZ media pendingin udara memiliki ulah lebih banyak yang menyebabkan tingkat kekerasan material las lebih keras daripada media pendinginan air (H2O) dan oli. 3. Hasil uji kekerasan vickers pada logam las (Y3) media pendinginan air, udara dan oli dimana pada logam las media pendingin air (H2O) memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2, logam las media pendingin udara memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2 dan logam las media pendingi oli memperoleh nilai rata-rata sebesar Kg/mm2. Dari hasil yang didapatkan maka kekerasan dengan media pendingin udara lebih baik dibandingkan kekerasan dengan menggunakan media pendingin air (H2O) dan oli. Hal ini juga didukung dari struktur mikro dimana jumlah perlit pada logam las media pendingin udara memiliki ulah lebih banyak yang menyebabkan tingkat kekerasan material las lebih keras daripada media pendinginan air (H2O) dan oli. 4. Hasil uji kekerasan vickers pada logam induk (Y1), daerah HAZ (Y2) dan logam las (Y3) media pendinginan air (H2O), udara dan oli menunjukkan bahwa tingkat kekerasan yang lebih tinggi baik pada logam induk, daerah HAZ dan logam las yaitu proses pengelasan oxy acytelene welding yang menggunakan media

10 pendinginan udara dibandingkan dengan menggunakan media pendingin air (H2O), udara dan oli. Saran Dari penelitian yang telah dilakukan penulis sehubungan dengan pengembangan pengaruh media pendinginan terhadap sifat kekerasan dan struktur mikro pada material ST-37 maka adapun saran dari penulis untuk masyarakat dan siswa SMK dalam melakukan praktik pengelasan yang dapat ditulis pada Skripsi ini yaitu dimana dalam proses pengelasan oxy acytelene welding akan lebih baik menggunakan proses pendinginan menggunakan media pendinginan udara yang akan membuat material memiliki tingkat kekerasan yang lebih baik dibandingkan menggunakan media pendinginan air (H2O) dan oli. Harapan terbesar dari penulis, semoga sebagian ataupun seluruh isi dari Skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis, lembaga maupun masyarakat dalam pengetahuan pemilihan jenis media pendinginan proses pengelasan oxy acytelene welding. Sarwono, Jonathan Metode Penelitian Kuantitatif dan Kualittif. Yogyakarta. Graha Ilmu. Sukamto Pengaruh Media Pendinginan Terhadap Hasil Pengelasan TIG pada Baja Karbon Rendah. Jurnal Penelitian. Jurusan Teknik Mesin Universitas Janabadra. Setiawan, A dan Wardana Analisa ketangguhan dan Struktur Mikro pada daerah las dan HAZ hasil pengelasan Sumerged Arc Welding pada Baja SM 490. Jurnal Teknik Mesin Vol.8, No Surdia, T.; Saito, S., 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Wahyu Darmadi Pengaruh Media Pendinginan Terhadap Struktur Mikro dan Kekerasan Pada Besi Cor. Jurnal Penelitian. Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. DAFTAR PUSTAKA ASTM. A370 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products. ASM handebook vol. 1:48 (1993) Dieter, George E, Metalurgi Mekanik, Erlangga, Jakarta, Dieter,G.E.(1983).Engineering design: A materials and processing approach. Didikh Suryana, Drs.Djaindar Sidabutar Petunjuk Praktek Las Asetilin dan Las Listrik 1. Davis,H.E.,Troxell,G.E.,Wiskocil,C.T., 1955,The Testing and Inspection of Engineering Materias,McGraw-Hill Book Company, New York, USA I Made Candiasa Statistik Multivariat Disertai Aplikasi SPSS. R. E. Swallman, R. J. Bishop Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Jakarta: Erlangga.