Seminar Nasional Metalurgi dan Material IX (SENAMM IX) 2016 Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, 11 Oktober 2016.

Transkripsi

1 Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - i

2 SEMINAR NASIONAL METALURGI DAN MATERIAL IX KOLABORASI RISET METALURGI DAN MATERIAL UNTUK MENINGKATKAN DAYA SAING DALAM MENGHADAPI MASYARAKAT EKONOMI ASEAN (MEA) PROSIDING FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON, 11 OKTOBER 2016 Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - ii

3 SUSUNAN DEWAN REDAKSI Penanggungjawab : Dr. Eng. A. Ali Alhamidi Dewan Redaksi Ketua : Muhammad Fitrullah, S.T., M.T Anggota : Abdul Aziz, S.T., M.T Anistasia Milandia, S.T., M.T Andinnie Juniarsih, S.T., M.T Yanyan Dwiyanti, S.Si, M.Si Aditya Trenggono, S.T., M.Sc Mitra Bestari : Prof. Anne Zulfia M.Phil.Eng., Ph.D (UI) Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST, MT (UNS) Dr. Eng. Akhmad Ardian Korda, MT (ITB) Prof. Ir. Jamasri, Ph.D (UGM) Dr. Supono Adi Dwiwanto, Ing., Ir (UNJANI) Pelaksana Redaksi : Alfirano, S.T., M.T., Ph.D Tri Partuti, S.Si, M.Si Tiara Triana, S.T., M.T Bening Nurul Hidayah Kambuna, S.T., M.T Yeni Muriani Zulaida, S.T., M.T Penerbit : Jurusan Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jend. Sudirman Km. 03 Cilegon, Banten Telp ext. 17 Fax Alamat Sekretariat : Jurusan Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jend. Sudirman Km. 03 Cilegon, Banten Telp ext. 17 Fax Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - iii

4 PENGARUH PROSES HOT FORGING PADA MATERIAL BAJA KARBON RENDAH YANG DIPADU DENGAN SiC Saefudin, Dedi Irawan, Toni Bambang Romijarso Pusat Penelitian Metalurgi Dan Material LIPI Tangerang Selatan Saef1959@gmail.com Abstrak Pada percobaan penelitian ini telah dilakukan dua proses pengerjaan yaitu pertama proses peleburan baja karbon rendah dari hasil proses peleburan antara scalling baja dan besi laterit kadar Ni rendah dipadu dengan unsur SiC. Yang dilanjutkan dengan proses hot forging. Dari hasil uji mekanik yaitu kekerasan dan pemeriksaan metalografi hasil paling baik adalah proses hot foging dengan kekerasan paling tinggi ( tidak terukur oleh Alat Uji Kekerasan HB) >999.9HB. Si = 3.2%, Ni = 0.54%, Cr = 0.28% dan Mn = 0.15%. Kata kunci : Baja karbon rendah, besi laterit, SiC, Proses peleburan, proses hot forging, PENDAHULUAN Pada penelitian ini material yang digunakan adalah baja karbon rendah hasil dari proses peleburan antara scalling baja dan besi laterit kadar Ni rendah yang dipadu dengan unsur SiC. Dari hasil baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC ini kemudian di proses hot forging. Pada proses pemaduan baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC ini efek pengerasan material akibat dari penambahan kadar unsur C dan Si yang merubah struktur mikro yang berfasa terdapat pada diagram kesetimbangan Fe-Fe 3C. Fasa perlit dan sementit atau perlit dan ledeburit yang bersifat keras. efek pengerasan dari pengerjaan panas, dimana proses yang terjadi adalah butir berbentuk pipih dalam keadaan suhu tinggi kemudian timbul inti-inti kristal pada batas butir. Kemudian inti kristal tumbuh besar dan saling bertemu dengan inti kristal yang tumbuh lainnya sehingga membentuk kristal baru. Beban deformasi yang sangat tinggi menyebabkan batas butir yang terjadi semakin banyak dan inti kristal akan lebih banyak pula sehingga kristal menjadi berbutir halus. Berbutir halus akan mempunyai batas butir banyak. Sehingga gerakan dislokasi susah bergerak sehingga material tersebut menjadi bersifat kuat dan keras. Pada penelitian ini difokuskan pada pengaruh hot forging pada material baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC. Dengan melihat sifat kekerasannya dan hasil struktur mikro.ditujukan untuk mendapatkan sifat material yang optimal. Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 479

5 Gambar 1. Tungku Muffle (Tungku pemanasan) LANGKAH PERCOBAAN PENELITIAN Dari material baja karbon rendah dari hasil peleburan antara scalling baja dan besi laterit Ni kadar rendah yang dipadu dengan unsur SiC kemudian diproses hot forging. Dimana sampel dipanaskan pada tungku muffle pada suhu sekitar 890 C ditahan selama 1 jam. Dengan menggunakan tungku pemanasan seperti pada Gambar 1. Setelah suhu pemanasan telah tercapai sampel satu persatu dikeluarkan dari tungku muffle. Selanjutnya diproses hot forging menggunakan mesin tempa berkekuatan 100 ton. Hasil forging dapat dilihat pada Gambar 2. Dari sampel pada Gambar 2 kemudian dilakukan preparasi sampel untuk pengujian yaitu diratakan dari kedua permukaannya diampelas kasar diuji komposisi kimia, uji kekerasan dan pemeriksaan metalografi. Dengan digram alir percobaan seperti terlihat dalam Gambar 3. Sampel I Berat awal : 66,32 gr Penambahan SiC : 11 gr Sampel II Berat Awal : 68,69 gr Penambahan SiC : 11,3 gr Sampel III Berat Awal : 50,62 gr Penambahan SiC : 8,13 gr Sampel IV Sampel V Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 480

6 Berat Awal : 41,84 gr Penambahan SiC : 7 gr Berat Awal : 46,42 gr Penambahan SiC : 7,08 gr Gambar 2. Sampel hasil hot forging dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC. Baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC Dilaku panas pada suhu 890 C ditahan selama 1 jam. Di proses hot forging Sampel Hot forging Komposisi kimia Kekerasan HB Pemeriksaan metalografi Pembahasan Kesimpulan Gambar 3. Diagram alir percobaan penelitian. Hasil Data Percobaan Penelitian. Material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC, dengan komposisisi seperti pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil komposisi semua sampel dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC dengan alat Spektro meter. Sampel (%) No Komposisi I II III IV V 1 C Si S P Mn Ni Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 481

7 7 Cr Mo V W Ti Sn Al Pb Nb Zr Zn Cu FE Hasil kekerasan dengan Pengujian Kekerasan dengan Hardness Brinell semua sampel dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil kekerasan semua sampel dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC Kekerasan (HB) Sampel I Sampel II Sampel III Sampel IV Sampel V Tanpa Proses Hot Forging Dengan Proses Hot Forging Tidak terukur Hasil metalografi semua sampel dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC dapat dilihat pada Gambar 4. Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 482

8 (a) (b) (c) (d) (e) Gambar 4. Sampel Baja Karbon Rendah yang di padu dengan SiC tanpa di Hot Forging (a) Sampel I (b) Sampel II (c) Sampel III (d) Sampel IV (e) Sampel V Gambar 4 hasil proses peleburan antarsa baja karbon rendah dipadu dengan SiC. Gambar 4.a adalah sampel I. Pembesaran seperti terlihat pada Gambar struktur mikro semua sampel, dengan di etsa natal diperiksa dengan alat mikroskop optic. Fasa yang ada ferit dan Perlit. Gambar 4.b Sampel II, fasa yang ada martensit hal ini karena keburu buru ingin dingin sampel tersebut didinginkan dengan air.dalam keadaan panas, maka seperti dproses quenching dengan media air. akibatnya sampel berfasa martensit. Gambar 4.c. sampel III, fasa yang ada ferit dan perlit. Gambar 4.d..Sampel IV, fasa yang ada perlit dan sementit. Gambar 4.e.Sampel V, fasa yang ada perlit dan sementit. Metalografi hasil dari material baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC yang diproses hot forging dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5 adalah hasil metalografi baja karbon rendah dipadu dengan SiC.yang kemudian di proses hot forging. Metalografi dengan pembesaran 100 µm pada gambar struktur mikro semua sampel, dengan dietsa natal diperiksa dengan alat mikroskop optic. Gambar 5.a. Fasa yang ada ferit dan Perlit yang berbutir.halus. Gambar 5.b. Sampel II fasa yang ada ferit dan perlit berbutir agak besar. Gambar 5.c. sampel III fasa yang ada ferit dan perlit berbentuk pipih, sebab pada proses hot forging dua langkah penempaan langkah pertama sampel masih keadaan suhu tinggi, Langkah kedua sampel, sudah mengalami suhu turun sehingga terjadi deformasi plastis da;lam keadaan dingin maka struktur mikro mengalami berbutir pipih. Gambar 5.d. sampel IV fasa yang ada perlit dan sementit.berbutir halus yang mempunyai komposisi yang tingi yaitu Ni = 0.54% Si = 3.20% dan Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 483

9 Mn = 0.15% Cr = 0.28% sehingga kekerasan akan lebih tinggi. Gambar 5.e. Sampel V fasa yang ada perlit dan sementit berbutir halus. (a) (b) (c) (d) (e) Gambar 5. Sampel Baja Karbon Rendah yang di padu dengan SiC dengan proses di Hot Forging (a) Sampel I (b) Sampel II (c) Sampel III (d) Sampel IV (e) Sampel V Pembahasan. Ditinjau pada Grafik hasil kekerasan dari hasil kedua proses pengerjaan, yaitu proses peleburan baja karbon rendah hasil peleburan antara scalling baja dan besi laterit kadar Ni rendah kemudian dipadu dengan unsur SiC. Variabel selanjutnya baja karbon rendah yang dipadu dengan unsur SiC terus diproses hot forging. Dilihat hasil kekerasannya pada sampel baja karbon rendah dipadu dengan SiC ternyata kekerasan yang paling tinggi adalah sampel II kekerasan yang diperoleh 494 HB fasa yang ada pada struktur mikronya adalah martensit. Kenapa hasilnya martensit hal ini karena sampel hasil peleburan dalam masih keadaan panas dicuci dengan air, hal ini seperti diproses quenching maka kekerasan menjadi tinggi. Sedangkan kekerasan yang paling rendah yaitu sampel III dimana kekerasan yang diperoleh 335 HB fasa yang ada pada struktur mikro adalah ferit dan perlit dan kalau dilihat pada hasil komposisi kimia kadar karbon dan silicon yang ada sangat rendah dibandingkan dengan yang lainnya yaitu C=0.067% dan Si=0.23%. Bila dilihat hasil kekerasan pada hasil baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC justru kebalikannya sampel II yang paling rendah yaitu HB fasa yang ada ferit dan perlit butir kasar disbanding dengan sampel-sampel lainnya. Dan kenapa kekerasan sampel II lebih rendah dibandingkan sampel III padahal Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 484

10 Kekerasan (HB) Seminar Nasional Metalurgi dan Material IX (SENAMM IX) 2016 kandungan karbon yang ada lebih tinggi yaitu C = 1.55% dan Si = 0.58% seharusnya sampel II lebih tinggi dari pada sampel III hasil kekerasannya kalau dilihat aspek komposisinya, tetapi kenyataan lain bahwa sampel III lebih keras dari pada sampel II dilihal hasil struktur mikronya berfasa ferit dan perlit berbutir pipih, kejadian ini akibat pada proses hot foging dua kali langkah penekannya, sehingga langkah penekanan pertama keadaan sampel masih suhu tinggi. Kemudian langkah kedua keadaan sampel mengalami suhu turun sehingga terjadi deformasi plastis dalam keadaan dingin maka hasil butir pada sampel III berbentuk pipih, bentuk butir pipih ini yang mengakibatkan terjadinya pengerasan regangan pada material tersebut sehingga hasil material bersifat kekerasan tinggi. Sedang sampel yang hasil kekerasan paling tinggi sampel IV dimana kekerasan yang diperoleh tidak terukur dengan alat HB yaitu HB fasa yang ada perlit dan sementit berbutir halus sebab berbutir halus mempunyai batas butir banyak, sehingga gerakan dislokasi susah bergerak maka material tersebut bersifat keras ditambah fasa perlit dan sementit yang bersifsat keras juga Hasil uji keras sampel yang di hot forging dan tidak di hot forging. Sampel I Sampel II Sampel III Sampel IV Sampel V Tanpa Proses Hot Forging Dengan Proses Hot Forging Gambar 14. Hasil Kekerasan Sampel yang di proses hot forging dan tidak Dan sampel yang paling keras juga tetapi terukur adalah sampel I kekerasan yang diperoleh HB fasa yang ada perlit dan sementit kenapa kadar C sama dan fasa yang ada sama berbutir halus sama ternyata pada sampel IV kandungan Cr, Ni, Mn dan Si lebih tinggi dari pada sampel I yaitu Ni= 0.54% Si= 3.20% dan Mn=0.15% Cr= 0.28% sehingga kekerasan akan lebih tinggi. Dari hasil kedua bahan tersebut kekerasan paling baik adalah baja karbon rendah yang dipadu dengan Si terus diproses hot forging. Kesimpulan 1. Dari kedua proses dari material yang komposisi yang sama tetapi proses pengerjaan yang berbeda yaitu yang pertama hasil proses peleburan baja karbon rendah dari hasil peleburan antara scalling baja dan besi laterit kadar Ni rendah yang kemudian dipadu dengan unsur SiC, kemudian yang kedua baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC terus diproses hot forging ternyata hasil yang paling baik adalah proses yang kedua baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC terus diproses hot forging. 2. Kekerasan yang paling tingi adalah sampel IV kekerasan yang diperoleh tidak terukur yaitu 999.9HB. Kekerasan tinggi tetapi terukur dengan alat uji HB adalah sampel I kekerasan yang diperoleh HB kedua sampel tersebut dari proses hot forging fasa yang diperoleh sama perlit dan sementit berbutir halus ternyata ditinjau dari komposisi sampel IV kadar Si, Cr, Mn dan Ni nya lebih tinggi, yaitu Si = 3.2%,Ni = 0.54%, Cr = 0.28% dan Mn = 0.15%. Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 485

11 3. Kesalahan teknis pada kedua proses pengerjaan kedua duanya ada yaitu pada proses peleburan dari baja karbon rendah dipadu dengan SiC pada sampel II kekerasan tinggi akibat fasa martensit akibat sampel keadaan panas didinginkan dengan media air, kekerasan yang diperoleh 494 HB. Yang kedua dari baja karbon rendah yang dipadu dengan SiC terus diproses hot forging pada sampel III dua kali langkah penekan forging sehingga akibatnya hasil berbutir pipih hal ini karena langkah penekanan pertama suhu penekanan masih keadaan suhu tinggi, langkah kedua keadaan suhu turun sehingga terjadi deformasi plastis dingin sehingga berbutir pipih. Daftar Pustaka 1. Van Vlack.L.H Elemens of Materal Science and Engineering. Published by person education inc. publishing as prentice hal.l6 th edition ISBN Avner Introduction to Physical Metallurgy Second Edition oppy Right 1974,1964 by McGraw Hill. Inc. 3. E.R.PettyBcc Phd.AJM Physical Metallurgy Of Engineering Materials George Allen and Unwin Ltd Dieter Mechanical Metalurgi Mc Graw Hill Second Edition, Prosiding SENAMM IX 2016 Halaman - 486