Sidang Tugas Akhir (TM091486)

Transkripsi

1 Sidang Tugas Akhir (TM091486) Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Soeharto, DEA Oleh : Budi Darmawan NRP Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 20010

2 Latar Belakang 1. Baja AISI 1045 merupakan material yang sangat banyak digunakan dalam bidang industri. 2. Sifat mekanik yang dimiliki sangat beragam dan mudah untuk direkayasa. 3. Pembebanan dinamis sering dialami pada aplikasi penggunaan material ini terutama pada poros berputar. 4. Intensitas pembebanan mengakibatkan kelelahan dan berakibat pada kegagalan material Perumusan Masalah Bagaimana perubahan umur lelah baja AISI 1045 setelah mengalami variasi proses tempering pada pembebanan rotating bending.

3 1. Membandingkan umur lelah material awal dengan material yang telah mengalami proses quench-tempering (perbandingan kurva S-N) sebagai akibat perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro. 2. Membandingkan sifat mekanik secara umum dari baja AISI 1045 awal dengan hasil quench temper variasi temperatur dan waktu temper serta melihat pengaruhnya terhadap umur lelah material.

4 1. Komposisi material dianggap homogen dan kekasaran permukaan yang sama di setiap sisi. 2. Pengujian dilakukan di temperatur kamar dan fluktuasi temperatur sekitar tidak terlalu signifikan. 3. Dimensi poros satu dan lainnya dianggap sama. 4. Pengaruh lingkungan tidak signifikan. 5. Kecepatan perputaran mesin uji dianggap konstan di setiap pengamatan.

5 1. Memberi sumbangan data umur lelah material Baja AISI 1045 terhadap dunia pendidikan dan industri. 2. Menjadi acuan untuk penelitian selanjutnya yang lebih dalam dan menyeluruh. 3. Melengkapi dan memperkaya data umur lelah material Baja AISI 1045 yang didapat sebelumnya.

6 Dasar Teori Baja karbon : material paduan unsur besi (Fe) dan Karbon (C) berkadar antara 0.008% sampai 2% dan elemen-elemen lain dengan kadar tertentu. Untuk Baja AISI 1045 Komposisi Kimia material Nama Kimia Persentase (%) Carbon Mangan Silikon Maks Sulfur Crom+Molibde num+nikel Maks Sifat Mekanik Material Sifat Mekanik Keterangan Kekuatan Tarik 596 N/mm 2 Kekuatan Luluh 380 N/mm 2 Elongation 16% per 50 mm Modulus Elastisitas 200 GPa Massa Jenis 7.87 gr /cm

7 Umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapai material sampai material tersebut mengalami patah dengan pembebanan tertentu. Batas lelah (fatigue limit) didefinisikan sebagai besarnya beban maksimal yang menghasilkan umur lelah tak terhingga. (Soeharto, Dr. Ir Diktat Kuliah : Mekanika Patahan. Surabaya : Teknik Mesin FTI ITS)

8 Prinsip Kelelahan Material 1. Sebagian besar kelelahan muncul akibat pembebanan fluktuatif di bawah kekuatan statisnya. 2. Munculnya slip di daerah konsentrasi tegangan. 3. Beban berulang merambatkan slip ke batas butir yang lain. 4. Perambatan terus terjadi sejauh pembebanan berlangsung. 5. Material mengalami kegagalan setelah kelelahan mencapai kekuatan statisnya. Crack Initiation Crack Propagation Patah Statik

9 Skema terjadinya mekanisme awal retak dan perambatannya. Intrusi dan Ekstrusi di bidang permukaan material

10 Perlakuan panas Merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu, dimaksudkan untuk memperoleh sifat tertentu dari material tersebut. Proses Tempering proses memanaskan kembali martensit ke suatu temperatur tertentu dan menahannya pada temperatur itu selama beberapa saat lalu didinginkan kembali.

11 T e m p e r a t u r Skema Proses laku panas tempering Waktu Material dipanaskan hingga temperatur austenit Penahanan selama kurang lebih satu jam. Quenching ke temperatur ±50 C Memanaskan kembali material hingga temperatur tertentu Penahanan dilakukan sesuai parameter Melakukan pendinginan di udara terbuka

12 Kurva Perbandingan kekerasan pada proses tempering dengan variasi waktu dan temperatur

13 Tegangan pada pengujian lentur putar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : M = πsd 3 /32 atau M = 0,0982Sd 3 dimana : M = Penyetelan untuk beban momen (lb-in) d = Penampang diameter terkecil spesimen(in) S = Tegangan spesimen (psi)

14 Metodologi Penelitian Flowchart START Percobaan Spesimen baja poros AISI 1045 Persiapan dan Pembentukan Spesimen Tanpa Perlakuan Pembentukan Spesimen sesuai standart Pendapuran (temperatur 850 C) ditahan selama 1 jam Quenching (air, temperatur: 20 C-30 C) A Tempering (temperatur 200,300,400 C dan waktu temper 1 jam, 3jam, dan 5 jam) B

15 Flowchart lanjutan A B Pengamatan Struktur Mikro Uji Kekerasan (Rockwell C) Uji Kelelahan Uji Tarik Pola patahan Analisa dan pembahasan Kesimpulan END

16 Spesimen Uji Tarik

17 Spesimen Uji Lelah Material : Baja AISI 1045

18 Uji Kelelahan Dilakukan pada spesimen yang telah mengalami variasi perlakuan panas quench-temper Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam model RBF 200 dari Fatique Dinamics Inc. Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,7σ u ; 0,6σ u dan 0,5σ u pada R=-1 dan frekwensi = 50 Hz.

19

20 Nama mesin : RBF-200 Daya mesin : 0.33 Hp Voltage mesin : 115 V Frekuensi : 100 Hz Beban Bending maksimum : 200 lb-in terbagi tiap 10 lb-in Putaran maksimum : rpm Ukuran cycle maksimum : cycle disajikan dalam 7 digit dengan rasio pembacaan 1: 100

21 Pengujian dilakukan untuk melihat struktur mikro material. Perbedaan yang akan terlihat cukup jelas adalah besar butir antara variasi satu dengan yang lainnya. mm Area pengambilan sampel struktur mikro

22 Untuk mengetahui perubahan kekerasan material setelah perlakuan panas. Dalam hal ini digunakan mesin uji Rockwel skala C. Area atau titik-titik yang akan diindentasi.

23 Pengujian dilakukan dengan mesin uji hardness Rockwell C

24 Tempering akan dilakukan untuk variasi temperatur 200 C, 300 C, dan 400 C dengan waktu temper 3, 5, dan 7 jam.

25 Data pengujian tarik material awal No. Spesimen Kekuatan yield (MPa) Kekuatan tarik (MPa) 1 396,21 590, ,45 596, ,10 605,43 Rata-rata 397,92 597,55 Pengujian tarik dilakukan di laboratorium Metalurgi dengan alat yang telah terkalibrasi

26 Hasil uji tarik material hasil tempering dan material awal Parameter Pengujian Spesimen I II III Diameter spesimen (mm) Luas penampang (mm) Gauge length (mm) Beban lumer (kn) Beban maksimum (kn) Diameter akhir (mm) Luas penampang akhir (mm 2 ) Gauge length setelah patah, L1 (mm) L setelah patah (mm) Yield strength (N/mm 2 ) Tensile strength (N/mm 2 ) Poison s ratio (υ) Modulus Elasticity (GPa) Elongation (%)