ANALISA PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKUATAN SAMBUNGAN LAS BAJA KARBON TINGGI

Transkripsi

1 PROS ID I NG 0 1 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK ANALISA PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKUATAN SAMBUNGAN LAS BAJA KARBON TINGGI Ilyas Jamal, Haryadi Adma S. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 9045 Abstrak Baja karbon adalah salah satu jenis meterial teknik yang banyak digunakan dalam Industri dan Konstruksi Rancang bangun dewasa ini, dikarenakan bahan ini memiliki sifat-sifat yang baik seperti sifat mekanik, sifat mampulas, mampu dikeraskan dan pengelasan sebagai salah satu bagian teknik manufaktur banyak digunakan dalam konstruksi rancang bangun untuk penyambungan dan pemotongan logam dengan menggunakan Energi panas. Energi panas dalam pengelasan dapat mencipatkan tiga daerah panas yaitu daerah las, daerah pengaruh panas dan daerah logam Induk (tidak terpengaruh panas las).pengaruh masukan panas las mampu mengubah Microsttur bahan yang berdampak terhadap sifat mekanik, hal ini terlihat pada penelitian dimana kekuatan tarik bajhan sebelum di las adalah σu = 77,7 kg/mm dan lokasi putus berda pada tengah spesimen uji, sesudah di las untuk kampun adalah = 78, kg/mm dan kampuh adalah σu = 80,1 kg/mm dengan arus 110 A. dan lokasi putus keduanya berada di daerah logam Induk (bawah), ini membuktikan kekuatan las lebih besar dari kekuatan yang dicapai dan pengelasan meningkatkan kekuatan bahan. Keuletan dan ketangguhan bahan menurn pada kampuh dari ε = 0,18 dan U = 0,111 kg/mm menjadi ε = 0,17 dan U = 0,111, sedang kampuh tidak berubah. Perlakuan panas sebagai sarana mengubah sifat mekanik bahan sesuai batas kemampuannya, mampu mengubah sifat mekanik bahan yang telah dilas, yaitu untuk Quenching σu = 8 kg/mm pada kampuh dan σu = 87,5 kg/mmkampuh, sedang regangan adalah ε = 0,17 pada kampun dan ε = 0,155 pada untuk ketangguhan mengalami penurunan, pada proses Normalizing juga memperlihatkan peningkatan kekuatan pada kampu, tetapi lebih rendah dari peningkatan kekuatan yang dicapai proses Quenching yaitu σu = 78,4 kg/mm, tetapi pada kampuh terjadi penurunan σu = 69,7 kg/mm keuletan dan ketangguhan bahan terlihat menurun pada bahan yang mengalami peningkatan kekuatan dan meningkat pada bahan yang mengalami penurunan kekuatan. Kata kunci: baja karbon, perlakuan panas, sambungan las PENDAHULUAN Pengelasan merupakan salah satu bagian teknik manufaktur yang banyak digunakan dalam bidang industri dan rancang bangun kontruksi bangunan dan mesin sebagai sarana penyambungan logam. Lingkup penggunaan pengelasan ini sangat luas dan universal meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja kendaraan rel, konveyor sabuk dan lain sebagainya. Hal ini menunjukkan bahwa pengelasan digunakan bukan hanya untuk pembebananpembebanan statis tetapi juga ditujukan untuk pembebanan dinamis, sifat mekanik pengelasan seperti kekuatan, ketangguhan, kekuatan lelah dan lainnya, diharapkan mampu menerima pembebanan yang ada, agar dalam penggunaannya tidak mengalami kegagalan dan kegagalan ini adalah akibat terjadinya retak, patah ataupun patah ulet pada sambungan. Perlakuan yang diberikan bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik pengelasan. Sebagai dampak pengelasan akibat faktor termal, elektroda, arus dan lain sebagainya. Salah satu contoh akibat termal, pada pengelasan terbentuk tiga daerah yaitu daerah logam induk, daerah pengaruh panas dan daerah lasan, dimana ketiga daerah ini mempunyai perbedaan sifat mekanik dan struktur mikro, dengan perlakuan diharapkan perbedaan dapat diminimalkan, perlakuan yang diberikan adalah perlakuan panas, perlakuan panas adalah proses pemanasan dan pendinginan logam untuk mengubah sifat mekanik logam sesuai batas kemampuannya, dan perlakuan panas mempunyai banyak pilihan seperti mengeraskan (Quenching), melunakkan (Annealing), Menormalkan (Normalizing) dan lain sebagainya. olume 6 : Desember 01 Group Teknik Mesin ISBN : TM3-1

2 Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... Ilyas Jamal, Haryadi Adma S. Baja Pembentukan baja melalui proses pengecoran, penempaan dan lain-lain. Karbon merupakan salah satu unsur penting dalam baja, karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Tinggi rendahnya kadar karbon mempengaruhi tinggi rendahnya suhu kritis (batas zona struktur logam). Gambar 1. Diagram Besi-Karbida-Besi i Sumber : B.H. Amstead (1991) Bila kadar karbon baja melampaui 0,0%, suhu dimana sifat ferrite mulai terbentuk dan mengendap dari austenite turun. Baja yang berkarbon 0,80% disebut baja autectoid dan struktur terdiri dari 100% pearlite. Titik eutectoid adalah suhu terendah dalam logam dimana terjadi perubahan dalam keadaan larut padat dan merupakan suhu keseimbangan terendah dimana austenite terurai menjadi ferrite dan cementite. Bila kadar karbon baja lebih besar dari pada eutectoid, perlu diamati garis pada diagram besi-karbida besi. Garis ini menyatakan suhu dimana karbida besi mulai memisah dari austenite. Karbida besi ini dengan rumus Fe3C disebut cementite. Cementite sangat keras dan rapuh. Baja yang mengandung kadar karbon kurang dari eustectoid (0,80%) disebut baja hypoeutectoid dan baja yang mengandung kadar karbon lebih dari eutectoid disebut baja hypereutectoid (B.H. Amstead, 1991). Pengelasan Menurut DIN (deutche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau pun logam paduan yang terjadi dalam keadaan cair, sedangkan secara umum las adalah proses penggabungan material secara metalurgi ataupun termis dengan menggunakan energi panas yang berasal dari energi kimia, energi mekanik atau energi listrik. Dalam pengelasan dibutuhkan energi panas yang tinggi yang mampu melemahkan elektroda dan bagian logam yang akan disambung. Hal ini berdampak terbentuknya daerah pengaruh panas pada pengelasan yaitu : Daerah logam las (weld metal) Daerah pengaruh panas (HAZ) Daerah logam induk (base metal) Pengelasan Baja Karbon Tinggi Baja karbon tinggi mengadung banyak karbon dan unsur lain yang dapat memperkeras baja, hal ini mempengaruhi daerah HAZ pengelasan menjadi mudah keras, dibanding baja karbon rendah, sifat mudah keras adanya hidrogen difusi selama pengelasan, membuat baja ini sangat peka terhadap retak las karena getas. Kemungkinan terjadinya retak las pada pengelasan baja karbon tinggi dapat dihindari dengan pemanasan mula pada suhu yang sangat tergantung pada kadar karbon atau harga ekuivalen karbon yaitu temperatur 60 o C ISBN : Group Teknik Mesin olume 6 : Desember 01 TM3 -

3 PROS ID I NG 0 1 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK sampai 40 o C, untuk baja dengan kadar karbon antara 0,45 sampai 0,80. Selain itu sifat mudah keras atau pengerasan dari daerah HAZ dapat dikurangi dengan pendinginan lambat. Hubungan kekerasan maksimum dengan kadar karbon pada daerah HAZ pengelasan baja karbon dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar. Hubungan Kekerasan Maksimum dengan kadar karbon pada daerah HAZ pengelasan baja karbon METODE PENELITIAN Gambar 3. Diagram alur penelitian olume 6 : Desember 01 Group Teknik Mesin ISBN : TM3-3

4 Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... Ilyas Jamal, Haryadi Adma S. Bentuk spesimen uji seperti terlihat di bawah ini: 10 mm 5 mm 10 mm mm 55 mm Gambar 4. Spesimen uji impak PEMBAHASAN Pengujian Tarik Bahan uji yang dilas tanpa perlakuan panas, dengan kampuh dan Arus 100 Amp kekuatannya hampir sama dengan bahan yang tidak dilas yaitu u = 77,6 kg/mm dan = 0,18 sedang arus 110 Amp dengan kampuh yang sama yaitu u = 77,6 kg/mm dan = 0,18, dan arus 10 Amp dengan kampuh yang sama kekuatannya sebesar u = 81 kg/mm dan = 0,17, hal ini menunjukkkan bahwa pengaruh pengelasan dengan kampuh terjadi peningkatan kekuatan pada Arus pengelasan 10 A dimana peningkatan yang dicapai sebesar 0,04 atau,4 persen. Ini sangat kecil, dimana pengaruh panas las tidak mengubah mikro struktur yang ada pada baja karbon tinggi. Dengan kampuh (Doubel ) pada arus pengelasan 100 Amp, 110 Amp, dan 10 Amp, masingmasing kekuatannya u = 79,5 kg/mm dan = 80,1 dan u = 8, kg/mm. Hal ini menunjukkan peningkatan kekuatan dibanding bahan yang tidak dilas, dengan peningatan masing-masing sebesar 0,5 persen, 1, persen dan 4,3 persen. Peningkatan kekuatan relative kecil, sama dengan kampuh, masukan panas las tidak mengubah banyak mikro struktur bahan. Pengujian Tumbuk (Impact test) Dari hasil pengujian tumbuk (Impact) untuk specimen normal nilai ketangguhannya 0,111 joule/mm, dan specimen dilas dengan kampuh dengan arus pengelasan 100 Amp, 110 Amp dan 10 Amp adalah masingmasing U = 0,119, 0,111 dan 0,10 joule/mm, hal ini memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai ketangguhan bahan sebesar 16,7 persen pada pengelasan arus 100 Amp, sedang pada 10 Amp terjadi penurunan sebesar 8,8 persen, dan pengelasan 110 Amp tidak ada peningkatan, selanjutnya specimen dilas dengan kampuh, peningkatan ketangguhan tidak terjadi untuk arus pengelasan 100 Amp dan untuk arus pengelasan 110 Amp dan 10 Amp terjadi penurunan mencapai 8,8 persen, hal ini dapat dikatakan peningkatan ketangguhan untuk specimen dilas kampuh ketangguhannya lebih tinggi dibanding dilas kampuh. Perlakuan panas dengan penidinginan air dari spesimen yang dilas baik kampuh mauppun, menunjukkan penurunan ketangguhan dari spesimen yang hanya dilas dimana untuk kampuh memcapai U = 0,10 joule/mm pada Arus pengelasan 10 Amp dan Kampuh mencapai U = 0,098 joule/mm, sedang spesmen yang hanya dilas tanpa perlakukan panas pada Arus pengelasan yang sama 10 Amp hanya mencapai nilai ketangguhan yaitu untu spesimen dengan Kampu mencapai nilai U = 0,10 joule/mm. Untuk spesimen yang di normalizing setelah dilas menunjukkan nilai ketangguhan lebih tinggi dari bahan yang di kuens dengan Air, dan juga menunjukkan peningkatan dari ketangguhan spesimen normal untuk spesimen dilas dengan Kampuh. Sedang untuk spesimen dilas Kampuh ketangguhannya jauh lebih tinggi dari spesimen kampuh, dimana ketangguhan mencapai U = 0,145 joule/mm untuk 100 A, dan U = 0,139 joule/mm. Untuk 110 Amp dan U = 0,145 joule/mm pada 10 Amp atau peningkatan ketangguhan rata-rata 5, persen. Kekuatan Lelah Hasil perhitungan kekuatan lelah secara empiris dari pengujian tarik dan pengujian tumbuk. Menunjukkan peningkatan, dimana spesmen normal di dapat Sg = 35,6 kg/mm. Sedang spesimen dilas Kampuh tertinggi SG = 37,1 kg/mm, dan dilas Kampuh tertinggi SG = 36,4 kg/mm, hal menunjukkan peningkatan kekuatan lelah pada spesimen dilas Kampuh lebih dari spesimen dilas Kampuh. ISBN : Group Teknik Mesin olume 6 : Desember 01 TM3-4

5 PROS ID I NG 0 1 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Tabel 1. Hubungan Sifat Mekanik Bahan Baja Karbon Tinggi Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) σu (kg/mm ) SG (kg/mm ) Impak (Joule/mm ) Tanpa Dilas ,1 35,6 0, ,61 34,9 0, ,1 0,111 Dilas ,4 0, ,5 35,8 0, ,1 36,01 1, ,5 37,1 0,10 Diquench air Dinormalizing ,5 36, 0, ,4 0, ,9 0, ,5 37,6 0, ,5 38,5 0, ,5 39,1 0, ,5 34 0, ,6 34,0 0, ,8 34,1 0, ,5 35,3 0, , 35,6 0, ,5 37,1 0,10 Tabel. Hasil perhitungan kelelahan pada pengujian impak Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) U (Joule/mm ) KIc (kg/mm ) Tanpa Dilas Dilas Diquench air Dinormalizing Tabel 3. Hasil perhitungan pengujian tarik Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) σyield (kg/mm ) σu (kg/mm ) σ Patah kg/mm ) % q % Tanpa Dilas Dilas Diquench air Dinormalizing olume 6 : Desember 01 Group Teknik Mesin ISBN : TM3-5

6 σ Ultimate (Kg/mm) σ Ultimate (Kg/mm) σ Ultimate Kg/mm ) Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... Ilyas Jamal, Haryadi Adma S NORMAL DILAS KAMPUH DILAS KAMPUH KAMPUH KAMPUH Bentuk Kampuh Bentuk Kampuh NORMAL Gambar 5. Grafik nilai kekuatan material Gambar 6. Grafik nilai kekuatan material yang dilas dan Normalizing Gambar 7. Grafik nilai kekuatan material yang dilas lalu dikuens Gambar 8. Grafik nilai kekuatan material untuk kampuh NORMAL DILAS Arus (Amp) DILAS DAN DI NORMALIZING NORMAL DILAS DAN DIQUENCHING Kampuh Kampuh Gambar 9. Grafik nilai kekuatan material untuk kampuh Gambar 10. Grafik nilai kekuatan material yang dilas untuk kampuh dan ISBN : Group Teknik Mesin olume 6 : Desember 01 TM3-6

7 PROS ID I NG 0 1 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK KESIMPULAN Dari hasil perhitungan dan Analisa data dalam penelitian ini, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: Peningkatan sifat mekanik yaitu kekuatn tarik terjadi pada bahan yang dilas dengan Kampuh dan tertinggi pada pengelasan Arus 10 Ampere yaitu mencapai u =8,5 kg/mm atau peningkatan sebesar 4, persen dari kekuatan bahan tanpa dilas yaitu u = 79,1 kg/mm, sedang bahan yang dilas dan diperlakukan panaskan dengan pendinginan air kekuatannya u =87,5 kg/mm. merupakan peningkatan tertinggi yang dicapai terjadi pada kampuh, arus 10 Amper yaitu 1,8 persen dibanding kekuatan bahan tanpa perlakukan Kekuatan tumbuk bahan, peningkatan terjadi pada bahan dilas dengan Kampuh dan tertinggi pada pengelasan dengan Arus 100 Ampere, yang mencapai U = 0,119 joule/mm atau peningkatan sebesar 7, persen dari harga Impak bahan tanpa dilas, sedang bahan dilas dan diperlaku panaskan dan di dinginkan dengan Air, mencapai nilai ketangguhan terendah pada kampuh dan Arus pengelasan 10 Ampere yaitu U = 0,098 joule/mm atau penurunan sebesar 11,7 persen dari bahan tanpa perlakuan Peningkatan kekuatan lelah bahan terjadi pada bahan dilas dan diquench air dengan Kampuh, dan tertinggi pada arus pengelasan 10 Ampere yaitu SG = 39,1 kg/mm dari hasil uji tarik, sedang dari hasil uji tumbuk peningkatan kekuatan retak pasa kampuh dengan arus pengelasan 100 Ampere dan dinormalizing KIc = 75,0 kg/mm Pengaruh Arus pengelasan terhadap peningkatan sifat mekanik baja karbon tinggi adalah makin tinggi Arus pengelasan, makin besar peningkatan kekuatan dan kegetasan yang terjadi, sebaliknya ketangguhan menurun. DAFTAR PUSTAKA American welding Society, AWS DI.I/DI.IM., 00, Structural Welding Code-Steel, 18th Edition, Miami, Florida. Conveyor Equepment Manufacture Assosiation (CEMA), 1997, Bel Conveyor for Bulk Materials, 5th Edition, Published by Conveyor Manufactures Assosiation. Fuch H, O., 1980, Metal Fotique in engineering, John Wiley & Sons, New York. Shigley, J, E, 001, Mechanical Engineering Desaign, 6th Edition McGraw-Hill Co, New York. MSC Nastan for Windows 003 MCS/Fatique Manual, 000 Juvinal, R,C. Engineering Consideration of Stress-Strain and Strengt, McGraw-Hill Co, New York. Wiryosumarto, H, 004, Teknologi Pengelaan Logam, Pradnya Paramita, Jakarta. Soni Wahyudi, 005, Penelitian Kegagalan Lelah Sambungan Las pada Penggerak Conveyor Sabuk, ITB Bandung. olume 6 : Desember 01 Group Teknik Mesin ISBN : TM3-7

8 Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... Ilyas Jamal, Haryadi Adma S. ISBN : Group Teknik Mesin olume 6 : Desember 01 TM3-8