STUDI KOMPARASI HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT-SIFAT MEKANIS MATERIAL RING PISTON BARU DAN BEKAS

Transkripsi

1 STUDI KOMPARASI HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT-SIFAT MEKANIS MATERIAL RING PISTON BARU DAN BEKAS Fuad Abdillah FPTK IKIP Veteran Semarang fuadabdillah88@yahoo.co.id ABSTRAK Akhir-akhir ini banyak beredar berbagai macam produk pin piston mulai dari produk orisinil (buatan jepang) yang biasanya berharga mahal, hingga produk produk non orisinil yang harganya relatif lebih murah. Harga produk orisinil saat ini sekitar sepuluh kali lipat dari harga produk tiruan. Kualitas produk non orisinil memang perlu dipertanyakan, melihat perbedaan harga yang cukup besar ini. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kualitas dari sifat-sifat mekanis antara material ring piston baru yang berkualitas original dengan ring piston bekas pada sepeda motor Honda supra X yang telah mengalami perlakuan panas dengan proses holding time 1,2, dan 3 jam. Proses heat treatmen dilakukan pada material ring piston sepeda motor honda supra X pada suhu dibawah titik lebur yaitu 900 o C kemudian di quenching dengan air garam atau biasa disebut proses austenisasi, yang dilanjutkan dengan proses tempering pada suhu 400 o C dengan variasi holding time tersebut diatas. Hasil yang didapatkan pada penelitian ini adalah angka kekerasan ring piston baru 39,94 HRC sementara harga kekerasan yang paling tinggi terjadi pada ring piston bekas pada holding time 3 jam yaitu 38, 66 HRC sementara dari komposisi kimia terjadi perubahan yang tinggi pada unsur Fe yaitu 92,45 pada ring piston supra X baru dan 93,02 pada ring piston bekas. Kata Kunci : Ring piston, Heat treatment, sifat mekanis I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Pin piston merupakan komponen mesin yang berfungsi sebagai pemindah gaya dalam hubungan antara piston dengan connecting rod dan bushing piston. Saat ini di pasaran banyak beredar macam produk pin piston mulai dari produk orisinil (buatan jepang) yang sesuai standard penggunaan dan berharga mahal, hingga produk produk non orisinil yang relatif lebih murah. Kualitas produk non orisinil pun perlu dipertanyakan, melihat perbedaan harga yang cukup besar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan sifat mekanis material pin piston original buatan jepang yang yang baru berkualitas tinggi dengan pin piston imitasi ( non original ) yang harganya relatif murah meski telah mengalami proses heat treatment. Metode yang digunakan yaitu dengan melakukan proses perlakuan panas quench MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 56

2 hardening dengan media air sebagai pendinginnya dan tempering dengan variasi temperatur pada pin piston imitasi sehingga kualitasnya mendekati pin piston orisinil. Dalam bidang material baja carbon sedang AISI 4140 merupakan low alloy chromium-molybdenum steels dengan kadar carbon sedang yang termasuk dalam kategori construction steels, yang memiliki kandungan 0,38-0,43% C, 0,75-1,00% Mn, 0,15-0,30% Si, 0,80-1,10% Cr dan tambahan unsur lain yaitu 0,15-0,25% Mo, 0,04 Sulfur dan 0,035 Posphor. Salah satu aplikasi baja AISI 4140 ini digunakan sebagai sebuah produk pin piston orisinil. Baja ini relatif tangguh, dengan kemampuan forging yang tepat guna, berkekuatan sedang, baik dalam kondisi penganilan maupun spereoidisasi. Berdasarkan aplikasinya baja jenis ini dikembangkan dengan tujuan untuk memiliki sifat mekanik terutama kekerasan, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Dengan Penelitian ini diharapkan akan didapat peningkatan kualitas pin piston imitasi terhadap piston orisinil (AISI 4140). B. Perumusan Masalah Agar penelitian dapat dilakukan secara terarah dan mengena sasaran yang ingin dicapai, maka perumusan masalah penelitian ini adalah : 1) Bagaimana perbedaan kualitas material pin piston baru dan bekas 2) Bagaimana proses heat treatmen pada material pin piston baru dan bekas 3) Bagaimana melakukan mengujian sifat-sifat mekanis pin piston baru dan bekas C. Kajian Teori Besi Dan Baja Besi dan baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam paduan diantara unsur-unsur lain seperti : Karbon, Mangan, Silikon, Phospor, Belerang dan lain-lain. Besi dan baja dibedakan menurut kadar karbonnya, baja mempunyai kadar karbonnya lebih kecil dari 1.7 %, sedangkan besi mempunyai kadar karbonya lebih besar dari 1.7 %. Baja mempunyai unsur-unsur lain sebagai pemadu yang dapat mempengaruhi sifat dari baja. Penambahan unsur- unsur dalam baja karbon dengan satu unsur atau lebih, tergantung pada karakteristik baja karbon yang akan dibuat. Sementara untuk memperoleh sifat tertentu pada baja dimasukan campuran unsur-unsur antara lain : Mangan, Silikon, Vanadium, Chroum, Molybdenum dan Cobalt serta unsur - unsur lainya. yang merupakan campuran yang sulit dihilangkan ketika proses pembuatan baja terjadi. Secara umum dapat disebutkan beberapa sifat baja antara lain : kekerasan, kekuatan, ketangguhan, dan keuletan. Sifat-sifat baja yang digunakan dapat diatur sesuai dengan komposisi yang diberikan terutama kadar karbonnya. Sementara berdasarkan jumlah karbon yang MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 57

3 terkandung dalam baja, maka baja dibedakan menjadi baja karbon rendah, baja karbon menengah, dan baja karbon tinggi, Baja karbon rendah (low carbon steel) yang mengandumg 0,04 % - 0,10% C.untuk dijadikan baja baja plat atau strip. Baja carbon rendah yang mengandung 0,05% C digunakan untuk keperluan badan-badan kendaraan, Baja karbon rendah yang mengandung 0,15% - 0,20% C digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, membuat baut atau dijadikan baja konstruksi. Sementara Baja karbon menengah (medium carbon steel), mengandung karbon antara 0,25% - 0,55% C dan setiap satu ton baja karbon mengandung karbon antara kg. Baja karbon menengah ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagian mesin. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya. Baja karbon tinggi (high carbon steel) mengandung kadar karbon antara 0,56% - 1,7% C dan setiap satu ton baja karbon tinggi mengandunng karbon antara kg. Baja ini mempunyai tegangan tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk material tools. Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan kawat baja dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung didalam baja maka baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas, alat-alat perkakas seperti: palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu baja jenis ini banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti pembuatan kikir, pisau cukur, mata gergaji dan lain sebagainya. Pin Piston Fungsi dari pin piston adalah sebagai pemindah gaya dalam hubungan antara piston dengan connecting rod dan bushing piston. Bahan dari pin piston biasanya terbuat dari baja paduan. Diameter pin piston dibuat lebih besar dengan tujuan agar bidang geseknya lebih besar dan tahan terhadap keausan, serta bagian dalamnya dibuat lubang agar bobot dari pin piston menjadi lebih kecil sehingga memudahkan untuk bergeraknya piston. Gambar 1. Pena Piston MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 58

4 Tempering Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan. Melalui proses tempering, kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan samapi memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun pula sedang keuletan dan ketangguhan baja akan meningkat. Temper sebagai suatu proses dapat dijadwalkan secara terpisah dalam produksi; begitu terbentuk, martensit yang menstabil ini dapat bertahan terus pada suhu ruang untuk waktu yang tak terhingga. Namun demikian, martensit hanya dapat terbentuk dari austenite yang di quench. Oleh karena itu, quench harus dilakukan sebelum temper. Proses temper yaitu pemanasan kembali dari baja yang telah dikeraskan pada suhu di bawah suhu kritis, disusul dengan pendinginan. Prosesnya adalah memanaskan kembali berkisar antara suhu C dan didinginkan secara perlahan-lahan tergantung sifat akhir baja tersebut. Meskipun proses ini menghasilkan baja yang lebih lunak, proses ini berbeda dengan proses anil karena disini sifat sifat fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Struktur akhir hasil temper baja yang dikeraskan disebut martensit temper yang bersifat keras sekaligus tangguh, suatu kombinasi yang sangat disukai. D. Metode Penelitian ini. Pelaksanaan penelitian ini tersaji pada diagram alir penelitian gambar 1 di bawah Sample Material pin piston Material Non Heat Tretament Variasi Temperatur Temper ( C,400 0 C) HT = 60 Menit Uji Kekerasan Uji Metallografi Uji Aus Pengolahan Data Hasil Uji Analisa KESIMPULAN Gambar 2. Diagram alur penelitian MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 59

5 II. PEMBAHASAN A. Hasil Rata-rata Perhitungan Uji Kekerasan Berikut ini adalah hasil data rata-rata uji kekerasan dengan pembebanan 150 Kgf dengan waktu penahanan 60 detik dan dengan mengunakan intan Sudut sisi pada tabel berikut : Grafik 1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell (HRC) Dari hasil pembahasan data diagram diatas dapat diketahui bahwa untuk mengetahui kemampuan suatu bahan tersebut menahan deformasi tekan, nilai kekerasan yang dapat dicapai oleh logam, sangat tergantung pada suhu pemanasan (tempering), waktu penahanan dan kecepatan pendinginan. Pada pengujian kekerasan data hasil perhitungan nilai kekerasan Rockwell tiap sampel, untuk material dasar orisinil (non heat treatment) yaitu 61,59 HRC dan material dasar imitasi yaitu 60,24 HRC. Yang merupakan nilai kekerasan tertinggi bila di bandingkan dengan sampel yang di tempering seperti yang lain. Perlu diketahui yang dilakukan proses tempering hanya pada material imitasinya saja, sedangkan material orisinil hanya sebagai pembanding. Tempering pada material imitasi suhu C dari material austenisasi suhu 850 C hold 30 menit nilai kekerasannya menjadi 60,45 HRC, yang merupakan nilai kekerasan tertinggi pada proses tempering yang lain, dan pada raw material imitasi sekalipun. Pada tempering C dari material austenisasi hardening suhu 850 C hold 30 menit nilai kekerasannya menjadi 47,34 HRC, dan ini merupakan nilai kekerasan terendah pada material hasil proses tempering. Maka disini dapat di ketahui bahwa sampel yang di heat treatment akan lebih keras bila di bandingkan dengan material dasarnya yang tidak di lakukan heat treatment. Disini juga dapat disimpulkan bahwa suhu pada proses tempering dan holding time ternyata berpengaruh besar pada nilai kekerasan. MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 60

6 B. Data dan tabel hasil pembahasan uji keausan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui ketangguhan baja terhadap keausan dan gesekan stelah dilakukan proses tempering. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan alat uji keausan type pin-on disc, karena mudah dilakukan, murah dan benda ujinya yang diperlukan tidak terlalu besar. Grafik 2. Data Hasil Pengujian Keausan Dari data grafik diatas dapat diketahui, pengaruh suhu pemanasan cukup berpengaruh pada ketangguhan aus baja. Kemungkinan yang terjadi adalah semakin tinggi suhu yang digunakan, maka semakin lunak pula baja yang panaskan, sehingga tingkat ketangguhan aus yang terjadi lebih rendah. Dalam pengujian keausan ini massa yang hilang terlihat tidak signifikan dikarenakan keterbatasan beban yang seharusnya digunakan untuk baja pin piston ini yaitu diperkirakan sekitar 7-10 kg, tapi di mesin uji ini hanya diberi beban sebesar 1,15 kg. Namun bisa terlihat specimen mana yang tangguh terhadap keausan. Specimen D memiliki ketangguhan aus paling baik, yaitu hilangnya massa hanya 0,005 gram. Specimen yang massanya paling banyak hilang adalah specimen F, yaitu 0,023 gram. MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 61

7 C. Pengujian Struktur Mikro Gambar 3. Foto Struktur Mikro Raw Material Pin Piston Orisinil AISI 4140 Pembesaran 500X Gambar 4. Foto Struktur Mikro material imitasi proses temper 200 C / Austenisasi Hold Time 15 menit Pembesaran 500X Gambar 5. Foto Struktur Mikro material imitasi proses temper 400 C / Austenisasi Hold Time 15 menit Pembesaran 500X III. KESIMPULAN a. Nilai rata-rata kekerasan Rockwell material dasar yang tidak mengalami proses perlakuan panas pada suhu ruang 28 0 C yaitu sebesar 61,59 HRC untuk material orisinil AISI 4140 dan 60,24 HRC untuk material imitasi. Setelah dilakukan proses tempering C dari material austenisasi dengan holding time 30 menit menjadi sebesar 60,45 HRC, dan ini adalah nilai kekerasan terbesar yang dimiliki dibanding dibanding raw material imitasi, dan mendekati raw material orisinil. Dan kekerasan terendah dimiliki material proses tempering C dari material austenisasi holding time 30 menit yaitu 47,34. b. Proses perlakuan panas dan holding time pada material baja pin piston imitasi pada saat dilakukan tempering sangat berpengaruh terhadap kekerasan dan ketangguhan baja sementara pada temperatur tempering C dari material austenisasi hold time 15 menit, 30 menit dan 45 menit struktur yang terjadi hampir sama, yaitu struktur martensit yang bersifat keras dan rapuh berpresipitasi menjadi martensit temper namun tidak sempurna, sehingga masih terlihat martensit sisa yang berbentuk runcing seperti jarum. Struktur perlit (kelabu) lebih mendominasi ketimbang ferit (terang). MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 62

8 c. Struktur mikro pada temperatur tempering C dari austenisasi hold time 15 menit, 30 menit dan 45 menit, struktur matensit terlihat lebih sedikit karena suhu pemanasan yang lebih tinggi, dan struktur ferit dan perlit lebih merata. DAFTAR PUSTAKA Adnyana D.N. Sifat Mekanik Material dan Analisa Kerusakan NDT, ISTN Jakarta, Adnyana D.N. Tinjauan Metallurgi dan Pemilihan Baja Untuk Industri rekayasa, ISTN, Jakarta, After W.F Smith Structure and Propertise of Engineering Alloys 1981,p,10. Mcgraw-Hill, A. J. Fenner Mechanical Testing of Materials, Philosophical Library Inc., Callister, William D. Materials Science and Engineering, John Willey & Sons,Inc. USA Dieter, George E. Metalurgi Mekanik. Terjemahan Sriati,Djaprie, Edisi ketiga, Jilid 1 dan 2, Penerbit. Erlangga Ernest Rabinowicz Friction and Wear of Materials, John Wiley & Sons Inc, Canada, Edisi Kedua, F.Vander Voort "Metalloghraphy: Principles and Practice", ASM International, Kalpijan,Serope Manufacturing Engineering and Technology,3 rd edition Lawrence H. Van Vlack Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa Material, Edisi keenam, Jakarta, Erlangga MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 63