ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISA KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH INTERFACE HASIL PROSES CLADDING MATERIAL STAINLESS STEEL TERHADAP BAJA KARBON MENENGAH SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik BRESMAN P SIBORO NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2

3

4

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Teknik Mesin dalam menyelesaikan studi di. Adapun judul dari skripsi ini adalah Analisa Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Daerah Interface Hasil Proses Cladding Material Stainless Steel Terhadap Baja Karbon Menengah. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT - USU. 2. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyusun skripsi ini. 3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4. Teman Satu angkatan yang telah memberikan semangat kepada penulis untuk penyelesaian tugas sarjana ini. 5. Kedua orang tua saya, Sixjen P. Siboro dan bunda tersayang Helmyna br. Sibarani yang selalu memberikan doa, nasehat, perhatian, materi dan

6 moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. 6. Teman satu kerja Legiman, Haryono, Sumarno, Muslim Ginting yang telah banyak menbantu saya dalam melakukan pengujian dan banyak memberikan masukan. 7. Kekasih saya Anggriany br. Sembiring yang menjadi semangat saya dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 8. Adik saya Sardo Haryson P. Siboro yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai. Semoga skripsi ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini 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. Medan, 14 Maret 2014 Penulis, BRESMAN P. SIBORO NIM :

7 ABSTRAK Penggunaaan Baja karbon menengah dalam dunia industri masih sangat banyak digunakan. Namun dalam aplikasi tertentu, seperti peralatan otomotif, konstruksi dekat laut, tangki tekanan tinggi, Baja karbon menengah perlu dilapis dengan stainless steel agar dapat digunakan sesuai aplikasinya dan masa pakai yang tahan lama. Proses yang diteliti adalah proses cladding yaitu ikatan bersama-sama dari dua logam berbeda. Cladding dapat dicapai dengan dua logam, melalui logam induk dan logam pelapis serta menekan lembaran bersama dibawah tekanan dan temperatur tinggi (850 0 C). Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan nilai kekerasan dan mengamati difusi yang terjadi pada struktur mikro di daerah antar muka. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan dan uji struktur mikro. Nilai kekerasan pada daerah antar muka pada masing masing varian waktu penahanan 20 menit, 40 menit dan 60 menit ditemukan peningkatan nilai kekerasan secara berturut turut yakni 113,5 BHN, 125,6 BHN dan 128,30 BHN. Analisa struktur mikro waktu penahanan 20 menit terjadi difusi, tetapi belum sepenuhnya disepanjang daerah antar muka, pada waktu penahanan 40 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka, dan pada waktu penahanan 60 menit difusi yang terjadi disepanjang daerah antar muka. kesimpulan yang diperoleh adalah semakin lama waktu pemanasan pada proses cladding, nilai kekerasan yang diperoleh akan semakin tinggi. Pada struktur mikro, semakin lama waktu penahanan pemanasan difusi terjadi disepanjang daerah interface. Kata kunci : Cladding, Baja Karbon Menengah, Stainless Steel, Uji Kekerasan, dan Struktur Mikro.

8 ABSTRACT The use of medium carbon steel in the industrial is still very much in use. However in certain applications, such as automotive construction equipment near the sea, high pressure tanks, medium carbon steel coated with stainless steel needs to be used efficiently and effectively.. The process under study is the cladding process that ties together of two dissimilar metals. Cladding is often achieved with the two metals, through the parent metal and metal coating and pressing sheets together under high pressure and temperature. The purpose of the study is to obtain hardness values and observe the diffusion that occurs in the microstructure in the interfacial region. Testing is performed hardness test and microstructure test. Value violence in interface areas on each variant holding time 20 minutes, 40 minutes and 60 minutes found an increase in hardness values respectively were the BHN, BHN and BHN. Analysis of the microstructure of the 20 minute hold time diffusion, but not entirely along the interface region, the detention time of 40 minutes diffusion that occurs along the interface areas, and at the 60 minute hold time diffusion that occurs along the interface areas. conclusions obtained are the longer the heating time on the cladding process, the hardness values obtained will be higher. On the microstructure, the longer the better diffusion warming is happening. Keywords: Cladding, Medium Carbon Steel, Stainless Steel, Hardness Test, and Micro Structure.

9 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penilitian Manfaat Penilitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pelapisan Permukaan Logam Macam-Macam Pelapisan Logam Pelapisan Dekoratif Pelapisan Protektif Pelapisan Sifat Khusus Permukaan Cladding... 6

10 2.3 Daerah Antar Muka ( Interface ) Waktu Penahanan ( Holding Time ) Difusi Baja Baja Karbon (Carbon Steel) Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel ) Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel ) Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel ) Baja Tahan Karat ( Stainless Steel ) Austenitic Stainless Steel Ferritic Stainless Steel Martensitic Stainless Steel Duplex Stainless Steel Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr Diagram Fasa Baja Karbon (Fe-C) Ferrite atau Besi Alpha Austenit atau Besi Gamma Karbida Besi atau Sementit Perlit Martensit Metallografi Pemotongan ( Sectioning ) Pembingkaian ( Mounting )... 24

11 2.9.3 Penggerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan Pengetsaan ( Etching ) Pengamatan Struktur Mikro Pengujian Komposisi Pengujian Kekerasan Uji Keras Brinnel Uji Keras Rockwell Uji Keras Vickers BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat Bahan Yang Digunakan Alat Yang Digunakan Proses Penelitian Pembuatan Spesimen Uji Komposisi Proses Pembuatan Alat Penekan Spesimen Proses Pembersihan Permukaan Spesimen Proses Penekanan Pada Spesimen Proses Pemanasan Pada Spesimen Pendinginan Dengan Media Udara Pengujian Kekerasan Brinnel Pengujian Struktur Mikro... 48

12 3.3 Diagram Alir BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Brinell Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 20 Menit Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 40 Menit Hasil Uji Brinell Waktu Penahanan 60 Menit Hasil Uji Struktur Mikro Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 20 Menit Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 40 Menit Hasil Uji Struktur Mikro Waktu Penahanan 60 Menit BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi Stainless Steel Berdasarkan Struktur Metalurgi..14 Tabel 3.1 Hasil uji Uji Komposisi Tabel 4.1 Hasil uji kekerasan 20 Menit Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan 40 Menit Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan 60 Menit... 58

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Cladding Dengan Menggunakan Pengerollan Panas... 7 Gambar 2.2 Diagram Fasa Terner Fe-Ni-Cr Gambar 2.3 Diagram Fasa Baja Karbon (Fe-C) Gambar 2.4 Struktur Kristal BCC Gambar 2.5 Struktur Kristal FCC Gambar 2.6 Struktur Kristal BCT Gambar 2.7 Proses Mounting Terhadap Spesimen 25 Gambar 2.8 Proses Pengamplasan dan Pemolesan Spesimen Gambar 2.9 Ilustrasi Prinsip Pengelihatan Gambar 2.10 Alat Uji Komposisi ( Metal Analizer ) Gambar 2.11 Perumusan Untuk Pengujian Brinnel Gambar 2.12 Alat uji kekerasan brinnel Gambar 2.13 Pengujian Rockwell Gambar 2.14 Prinsip Kerja Metode Pengukuran Rockwell Gambar 2.15 Pengujian Vikers Gambar 2.16 Bentuk Indentor Vikers Gambar 3.1 Kunci Moment Gambar 3.2 Alat Penekan Spesimen Gambar 3.3 Gergaji Gambar 3.4 Tungku Pemanas Gambar 3.5 Sarung Tangan... 39

15 Gambar 3.6 Penjepit Gambar 3.7 Mesin Polish Gambar 3.8 Spesimen Penelitian Gambar 3.9 Alat Penekan Spesimen Gambar 3.10 Pembersihan Permukaan Spesimen Gambar 3.11 Penekanan Pada Spesimen Gambar 3.12 Spesimen Dalam Tungku Pemanas Gambar 3.13 Spesimen Dikeluarkan dari Tungku Pemanas Gambar 3.14 Pembingkaian (mounting) Spesimen Gambar 3.15 Set Up Pengujian Kekerasan Gambar 3.16 Mikroskop Optic Gambar 3.17 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Bentuk Spesimen Setelah Pengujian Gambar 4.2 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 20 menit Gambar 4.3 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 40 menit Gambar 4.4 Hasil uji kekerasan waktu penahanan 60 menit Gambar 4.5 Hasil Uji Kekerasan Setiap Variasi Gambar 4.6 Contoh Pembacaan Keterangan Foto Struktur Mikro Gambar 4.7 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 20 Menit Gambar 4.8 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 40 Menit Gambar 4.9 Foto Mikro Pada Spesimen Penahanan 60 Menit... 67

16 DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan F Beban kgf D Diameter mm d Diameter lelukan mm t Waktu pemanasan Menit L Panjang spesimen mm l Lebar spesimen mm