ANALISA KEGAGALAN PADA VELG MOBIL MITSUBISHI L300 BERBASIS BAJA SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISA KEGAGALAN PADA VELG MOBIL MITSUBISHI L300 BERBASIS BAJA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh: HASRAD NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014 i

2 i

3 ii

4 iii

5 iv

6 v

7 vi

8 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Teknologi Pembentukan, yaitu ANALISA KEGAGALAN PADA VELG MOBIL MITSUBISHI L300 BERBASIS BAJA. Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Dr.Ir.Muhammad Sabri,MT sebagai Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Hasan, SPd. MM.dan Almarhumah Ibunda Siti Dinar, AMa. Pd, Kakak dan adik tersayang (Hartati, SPd dan Hasry) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr.Ir.Muhammad Sabri,MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi. 4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. i

9 5. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Sukardi) dan teman-teman yang tidak dapat di sebutkan satu persatu yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini. 6. Abang, adik-adik dan keluarga besar teknik mesin yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin. Medan, Penulis, H a s r a d NIM : ii

10 ABSTRAK Velg baja mempunyai daerah yang dinamakan area kritis terletak di daerah hub, spoke, dan flange. Kegagalan pada daerah flange dapat mengakibatkan kerugian banyak pihak baik kerugian dari segi materi maupun dari segi non materi. Tujuan penelitian ini diharapkan kekuatan velg baja dapat meningkat tanpa perlu menambahkan elemen paduan khusus. Objek penelitian yang digunakan adalah velg mobil baja bekas Mitsubishi dengan diameter 14 inci (355,6 mm) dan lebar 5 inci (127 mm). Pengujian yang dilakukan adalah uji komposisi kimia, uji kekerasan, uji tarik, uji metalografi. Dari pengujian didapat bahwa komposisi pada material velg merupakan baja pada velg bekas. Kekerasan pada material velg di daerah flange yang normal adalah 121 skala BHN. Kekerasan pada daerah flange terdeformasi plastis adalah 89,3 skala BHN. Tegangan tarik maksimum adalah 409,610 MPa, elongasinya 5,48 %, tegangan mulurnya 266,207 MPa, Modulus Young 2651 Gpa. Foto mikro dengan 200 x dan 500 x pembesaran mendapatkan porositas pada daerah yang terjadi deformasi plastis. Kata kunci: Velg baja, Tegangan mulur, Deformasi plastis velg. iii

11 ABSTRACT This research is for identified the stress, strain and energy impact than can be absorbed by the polymeric foam bike helm. The free-fall impact test is tested by using multifunction free-fall tester. The Helm is placed in the test rig which height can be adjusted. To identify the impact time that occur in the test, tester is using 8 inductive proximity sensors. Helm will fall and crash the anvil. The force exerted will be measured by the load cell that under the anvil. The analog signal data will be transferred from the load cell to the data acquisition system to be converted as the digital signal. The data will be stored in a PC as a table of Force (N) and time (s). The experimental test result for the impact that occur on the oil palm empty bunch fiber reinforced polymeric foam bike helm at the impact Test height of 1m is 275,33N for the impact on the side and 239,33 N for the impact on the back. The average stress that occur on the side is 1,029 MPa and on the back is 0,684 MPa. This stress that occur in helm is a factor that make the bike helm crush which is mean it already reach or passed the ultimate point. Keyword : Free-fall impact, PF composite, print casting methods. iv

12 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Baja Proses Pembuatan Baja Mikrostruktur Baja Sifat-Sifat Baja Sifat Fisik Baja Sifat Mekanik Baja Kekuatan Kekerasan Kekenyalan Kekakuan Plastisitas Kelelahan v

13 2.5 Aplikasi Baja Pada Velg Mobil Spesifikasi Velg Mobil PCD Offset Centre Bore Rim Marking Velg Baja dan Velg Aluminium Kualitas Velg Baja Kategori Velg Baja Paduan Baja Velg Pengaruh Paduan Baja Velg Pengaruh silicon (Si) Pengaruh Belerang (S) Pengaruh Fosfor (P) Pengaruh Mangan (Mn) Macam-Macam Paduan Baja Paduan Al-Si Paduan Al-Cu Paduan Al-Mg Proses Pembuatan Velg Tipe One-piece Cast Wheels Pengecoran gravitasi Low Pressure Casting Forging Tipe Multi-Piece Wheels Pengujian Bahan Velg Baja Tegangan Regangan Uji Komposisi Kimia Uji Kekerasan (Hardness Test ) Uji Metalografi Uji Tarik vi

14 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Prosedur Penelitian Metode Pengumpulan Data Persiapan Bahan Persiapan Alat Mesin Gerinda Tangan Ragum Jangka Sorong Pembuatan Spesimen Pengujian Uji Komposisi Uji Kekerasan Uji Metalografi Pengamplasan Spesimen Uji Metalografi Polishing Spesimen Uji Metalografi Proses Observasi Spesimen Uji Metalografi Uji Tarik BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Komposisi Kimia Uji Kekerasan Uji Tarik Uji Metalografi BAB 5 KESIMPULAN DAN SARA 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xii vii

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Bayer... 6 Gambar 2.2 Struktur mikro dari Baja... 7 Gambar 2.3 Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon... 8 Gambar 2.4 Konstruksi velg mobil Gambar 2.5 PCD velg mobil Gambar 2.6 Offset velg mobil Gambar 2.7 Ukuran velg mobil Gambar 2.8 (a) Velg baja (b) Velg aluminium Gambar 2.9 Diagram fasa Al-Si Gambar 2.10 Velg mobil tipe standart Gambar 2.11 Proses pembuatan velg sistem forging Gambar 2.12 Velg mobil tipe multi-piece wheels Gambar 2.13 OES (Optical Emission Spectrometer) Gambar 2.14 Alat uji kekerasan material logam Gambar 2.15 Alat uji struktur mikro Gambar 2.16 Alat uji tarik Gambar 3.1 Velg mobil bekas Mitshubishi L Gambar 3.2 Mesin gerinda tangan Gambar 3.3 Ragum Gambar 3.4 Mesin sekrap datar Gambar 3.5 Jangka sorong Gambar 3.6 Bagian velg yang akan dibuat spesimen untuk pengujian Gambar 3.7 OES (Optical Emission Spectrometer) Gambar 3.8 Brinell Hardness Tester Gambar 3.9 Mikroskop optik Gambar 3.10 Polishing Machine Gambar 3.11 Metal Polish Gambar 3.12 Alat uji tarik Torsee Type AMU Gambar 3.13 Diagram alir penelitian Gambar 4.1 Spesimen uji komposisi kimia viii

16 Gambar 4.2 Spesimen uji kekerasan, (a) yang terdeformasi plastis, (b) yang normal Gambar 4.3 Spesimen uji tarik Gambar 4.4 ASTM E 8M untuk sheet-type Gambar 4.5 Grafik hasil pengujian tarik Gambar 4.6 Spesimen uji metalografi, (a) yang normal, (b) yang terdeformasi plastis Gambar 4.7 Mikrostruktur spesimen yang normal, (a) dengan 100 x pembesaran, (b) dengan 200 x pembesaran Gambar 4.8 Mikrostruktur spesimen yang terdeformasi plastis, (a) dengan 100 x pembesaran, (b) dengan 200 x pembesaran ix

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat fisik Baja... 8 Tabel 2.2 Penurunan harga impak akibat pengaruh kandungan P pada baja Tabel 3.1 Karakteristik paduan baja Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia Tabel 4.2 Pengujian Kekerasan di daerah flange normal dengan beban 1500 kg Tabel 4.3 Pengujian Kekerasan di daerah flange terdeformasi plastis dengan beban 1500 kg Tabel 4.4 Hasil pengujian tarik x

18 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan ζ Tegangan MPa A o Luas penampang awal mm 2 F Gaya Newton ε Regangan ΔL Perpanjangan mm L 0 Panjang mula-mula mm P Beban kgf D Diameter bola penekan mm d Diameter lekukan mm Densitas g/cm 3 ζ y Tegangan mulur MPa ζ u Tegangan tarik MPa ζ f Tegangan patah MPa T Tebal mm W Lebar mm E Modulus Young Gpa BHN Brinell Hardness Number BHN xi