PENGUJIAN SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO PISAU HAMMER MILL PADA MESIN PENGGILING JAGUNG PT. CHAROEN POKPHAND INDONESIA CABANG SEMARANG

Transkripsi

1 PENGUJIAN SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO PISAU HAMMER MILL PADA MESIN PENGGILING JAGUNG PT. CHAROEN POKPHAND INDONESIA CABANG SEMARANG Khairul Anwar Yusuf Umardani Abstrak Hammer mill merupakan alat yang dipakai PT. Charoen Pokphand Indonesia cabang Semarang untuk menggiling jagung. Komponen yang utama dari alat tersebut adalah pisau hammer mill. Pisau hammer mill akan menjadi cepat aus karena bergesekan langsung dengan jagung. Pada Tugas Akhir ini, dilakukan pengujian sifat mekanis, struktur mikro dan komposisi unsurunsur pada pisau hammer mill. Dengan melakukan pengujian pada pisau hammer mill, maka diharapkan dapat diketahui sifat-sifatnya dan menganalisa sifat-sifat tersebut dengan teori yang telah ada. Pengujian ini menggunakan uji keras Rockwell untuk mengetahui nilai kekerasan, konversi nilai kekerasan ke nilai UTS guna mengetahui kekuatan tarik, pengujian komposisi (spektrometer) dan pengujian mikrogafi untuk mengetahui struktur mikro dari pisau hammer mill. Dari penelitian yang telah dilakukan didapatkan nilai kekerasan dari pisau hammer mill, nilai UTS, komposisi unsur-unsur dan struktur mikronya. Kata Kunci: Hammer mill, UTS, pengujian komposisi. 1. PENDAHULUAN Perusahaan pakan ternak merupakan salah satu industri yang paling startegis, karena industri tersebut yang akan menyuplai makanan yang dibutuhkan oleh hewan ternak. Industri tersebut memproduksi makanan ternak dari campuran berbagai jenis bahan baku. Bahan baku tersebut tentunya mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Untuk itu diperlukan suatu proses yang dapat menyeragamkan/menyamakan bentuk dari bahan baku pakan ternak tersebut menjadi produk pakan ternak yang siap untuk dijual. PT. Charoen Pokphand Indonesia merupakan salah satu pabrik yang memproduksi pakan ternak, baik untuk ternak ayam petelur, maupun ayam pedaging. Pabrik tersebut memproduksi pakan ternak dengan menggunakan alat penggilingan bahan baku pakan ternak. Untuk proses penggilingan bahan baku pakan ternak tersebut digunakan alat yang disebut Hammer Mill. Mesin ini akan menghancurkan/menggiling bahan baku pakan ternak yang semula berbentuk butiran besar menjadi butiran kecil yang seragam. Mesin ini mempunyai suatu bagian yang berfungsi sebagai penghancur bahan baku, yaitu pisau hammer mill. Alat ini bergesekan langsung dengan bahan baku sehingga akan mengalami keausan. Maka dibutuhkan pisau hammer mill yang mempunyai sifat mekanis yang sangat bagus. Untuk itu, diperlukan suatu penelitian tentang sifat-sifat dari pisau hammer mill yang saat ini telah ada di pasaran, untuk mengembangkan material pisau hammer mill sehingga tahan terhadapat keausan akibat bergesekan dengan bahan baku pakan ternak. Maka pada tugas akhir ini, saya mengidentifikasi pisau hammer mill yang telah ada untuk mengetahui sifat-sifat mekanis, unsur komposisi dan struktur mikro. Dengan data yang diperoleh, diharapkan dapat dikembangkan pisau hammer mill baru yang lebih tahan terhadap keausan karena bergesekan langsung dengan bahan baku pakan ternak. 2. TUJUAN Tujuan dari penelitian ini adalah: 1) Mengetahui komposisi unsur-unsur dari pisau hammer mill. 2) Mengetahui tingkat kekerasan pisau hammer mill. 3) Mengetahui kekuatan tarik dari pisau hammer mill. 4) Mengetahui struktur mikro dari pisau hammer mill. 3. BAHAN Pada penelitian ini, spesimen yang digunakan adalah: Gambar 1. Pisau Hammer mill 21

2 Gambar 2. Spesimen Uji Komposisi Gambar 3. Spesimen Uji Kekerasan Gambar 4. Spesimen Uji Mikrografi 4. METODE EKSPERIMEN Hammer mill adalah suatu alat yang digunakan untuk mereduksi/mengecilkan ukuran dari biji. berdasarkan konsentrasi karbonnya terbagi atas: baja karbon rendah (<0.25% C), baja karbon sedang ( % C) dan baja karbon tinggi. Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon 0,60 1,4%. Baja ini sangat keras, kuat, dan getas. Baja ini biasanya digunakan untuk pengerasan, penemperan, ketahanan keausan dan mata pahat yang tajam. [Ref. 5 hal. 254] Baja karbon tinggi setelah dibuat dalam bentuk barang jadi, biasanya dilakukan perlakuan panas untuk menaikkan kekerasan, kekuatan dan ketahanan terhadap keausan. [Ref. 2 hal. 165] Pada penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian, yaitu: uji kekerasan, uji komposisi, dan uji mikrografi. Untuk uji kekerasan menggunakan standar kekerasan Rockwell, menggunakan indentor 120 o diamond penetrator dan diberikan beban 150 kgf. Jenis mesin pengujian kekerasan yang digunakan adalah Universal Testing Machine Metode Rockwell Model HR 150 A. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian kekerasan adalah sebagai berikut: a. Mempersiapkan spesimen uji kekerasan dengan mengamplas permukaan spesimen supaya rata. b. Melakukan uji kekerasan dengan menggunakan metode kekerasan Rockwell C dan mencatat hasilnya. c. Mengulangi pengujian kekerasan sampai lima titik. Gambar 5. Hammer mill Pisau hammer mill akan bergesekan langsung dengan biji, sehingga akan cepat aus. Salah satu bahan yang biasa digunakan untuk bahan pisau hammer mill adalah baja karbon tinggi, karena memiliki kekerasan yang tinggi dan ketahan aus yang baik. Baja adalah campuran besi-carbon yang mengandung konsentrasi yang cukup tinggi dari elemen-elemen campuran lain, ada ribuan campuran yang memiliki perbedaan komposisi dan perlakuan panas. [Ref.3 hal.251]. Baja Gambar 6. Alat pengujian kekerasan Pengujian komposisi dilakukan untuk mengetahui kandungan unsur-unsur yang terdapat pada pisau hammer mill. 22

3 Gambar 7. Alat pengujian komposisi Pengujian mikrografi dilakukan dengan menggunakan mikroskop. Mikroskop digunakan untuk melihat struktur mikro dari spesimen uji dan kemudian didokumentasikan oleh kamera yang terpasang pada sistem mikroskop ini. Mikroskop yang digunakan merupakan salah satu tipe dari Olympus, dengan menggunakan pembesaran 200x dan 500x. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian struktur mikro adalah sebagai berikut: a. Memotong spesimen menjadi spesimen uji struktur mikro. b. Menghaluskan permukaan spesimen uji dengan menggunakan centrifugal sand paper machine sampai benar-benar halus dan rata. Ukuran kekasaran amplas yang dipakai adalah 200, 400, 600, 800, 1000 dan c. Melakukan polishing dengan menggunakan autosol sampai spesimen uji bersih dan mengkilap. d. Mengetsa larutan spesimen uji dengan dengan larutan nital 5%. e. Melakukan pengambilan gambar dengan menggunakan mikroskop.. f. Apabila hasilnya bagus maka akan mendapatkan gambar struktur mikro spesimen tersebut. Namun apabila hasilnya kurang bagus, maka spesimen dipolis lagi menggunakan autosol. Kemudian dilakukan pengetsaan yang dilanjutkan dengan pengambilan foto struktur mikro. Gambar 8. Mikroskop Untuk pengujian tarik tidak dilakukan, sebab sangat kerasnya bahan sehingga sangat sulit sekali membentuk bahan sesuai standar untuk dilakukan uji tarik. Untuk hasil uji tarik, bisa didapatkan dengan mengkonversi nilai kekerasan menjadi nilai UTS (Ultimate Tensile Strenght) dengan menggunakan formulasi: kekuatan tarik (MPa) 3,45 X nilai kekerasan Brinell 5. HASIL DAN DISKUSI Dari data di atas diperoleh nilai kekerasan terendah dari pisau hammer mill untuk arah membujur sebesar 57,5 HRC (605 HBN). Sedangkan nilai kekerasan terendah untuk arah melintang sebesar 58,5 HRC (624,5 BHN). Untuk minimal nilai kekerasan yang dibutuhkan pisau hammer mill adalah sebesar HRC [Ref. 15 hal. 113]. Dengan nilai kekerasan pisau hammer mill sebesar 57,5 63 HRC, maka nilainya melebihi nilai minimal kekerasan yang dibutuhkan pisau hammer mill. Dari konversi nilai kekerasan ke nilai UTS didapatkan nilai UTS kira-kira mendekati sebesar 2283,9 MPa. Nilai tersebut lebih tinggi dari pada nilai UTS baja, yaitu sekitar MPa [Ref. 13]. Nilai UTS dari pisau hammer mill lebih tinggi dari pada nilai UTS dari baja, dikarenakan pada pisau hammer mill mengandung unsur mangan (Mn) dan silikon (Si) yang cukup tinggi yang menambah kekuatan, sehingga menjadikan nilai UTS dari pisau hammer mill menjadi tinggi. Komposisi unsur-unsurnya terdiri dari Fe (98,55%), S (0,012%), Al (<0,00%), C (0,642%), Ni (0,091%), Nb (0,01%), Si (0,058%), Cr (0,077), V (<0,00%), Mn (0,359%), Mo (0,004%), W (0,07%), P (0,014), Cu (0,115), Ti (<0,00) terlihat ada beberapa unsur yang mempunyai prosentase yang cukup 23

4 besar, yaitu: karbon (C) sebesar 0,642%, mangan (Mn) sebesar 0,359%, tembaga (Cu) sebesar 0,115% dan silikon (Si) sebesar 0,058%. Dengan kandungan karbon (C) sebesar 0,642%, maka di sebut dengan baja karbon tinggi. Dengan kadar karbon yang tinggi, maka pisau hammer mill mempunyai kekerasan dan sifat mampu keras yang sangat baik, tetapi dengan komposisi karbon sebesar itu, maka keuletan dari pisau hammer mill menjadi berkurang. Adapun unsur silikon (Si) akan membuat pisau hammer mill menjadi lebih keras dan lebih kuat. Maka dengan penambahan unsur silikon, pisau hammer mill mempuyai nilai kekerasan, kekuatan dan ketahanan aus yang sangat tinggi. Dan penambahan unsur mangan juga akan menambah sifat kekerasan, kekuatan dan ketahanan gores dari pisau hammer mill. Jadi dengan kandungan mangan (Mn) yang cukup tinggi, akan sangat memperbaiki sifat mekanis dari pisau hammer mill tersebut. Selanjutnya adalah penambahan unsur tembaga (Cu), dengan unsur tembaga ini, maka pisau hammer mill akan tahan terhadap korosi dan meningkatkan keuletan. Kandungan unsur tembaga yang cukup tinggi, maka pisau hammer mill akan sangat tahan terhadap korosi dan mempunyai sifat ulet. Jadi, sangat penting sekali penambahan unsur-unsur yang ada pada pisau hammer mill. Penambahan unsur tadi akan sangat memberikan pengaruh yang positif terhadap pisau hammer mill, sehingga sifat dari pisau hammer mill itu sendiri akan bertambah baik. Tetapi, penambahan unsur-unsur tadi harus sesuai dengan prosentase yang sesuai. Apabila penambahannya terlalu banyak, maka akan menjadikan sifat yang buruk. Misalnya penambahan unsur karbon (C), dengan bertambahnya unsur karbon (C), maka akan merugikan dari pisau hammer mill itu sendiri, karena kalau kadar karbon (C) terlalu banyak, maka pisau hammer mill akan menjadi sangat tidak ulet atau akan menjadi sangat getas. Dari gambar di bawah, untuk gambar 9 adalah hasil foto struktur mikro dari pisau hammer mill, yaitu: martensit. Untuk gambar 10 adalah foto struktur mikro dari baja AISI 1064, yaitu: bainit dan tempered martensit. Antara gambar 9 dan 10 terjadi perbedaan, untuk gambar 9 strukturnya adalah martensit murni, sedangkan untuk gambar 10 adalah campuran dari bainit dan tempered martensit. Perbedaan ini terletak pada proses perlakuan panasnya. Kalau pada Gambar 9 perlakuan panas dengan celup cepat pada media pendingin air, sedangkan untuk 10 selain dilakukan perlakuan panas dengan celup cepat juga dilakukan reheat atau pemanasan ulang sehingga terbentuk struktur tempered martensit. [Ref. 5 hal. 311] 6. KESIMPULAN 1) Berdasarkan hasil pengujian, maka material pisau hammer mill termasuk dalam material baja AISI ) Komposisi pisau hammer mill mengandung karbon (C) sebesar 0,642%, maka pisau hammer mill termasuk dalam golongan baja karbon tinggi. Dan mengandung banyak campuran unsur lain dengan prosentase <2%, maka termasuk dalam golongan low allow steel. 3) Dari pengujian mikro, diperoleh bahwa struktur mikro dari pisau hammer mill adalah martensit. 4) Nilai kekerasan dari pisau hammer mill didapat: 57,5 63 HRC. 5) Dari konversi nilai kekerasan, didapat nilai UTS kira-kira mendekati 2283,9 MPa. DAFTAR PUSTAKA 1. Amanto, Hari dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, PT. Bumi Aksara, Jakarta. 2. ASM Handbook Volume 1. Properties and Selection : Iron, Stell And High Performance Alloys. 3. ASM team, 1993, ASM Metal Handbook Volume 3 Alloy Phase Diagram, American Society for Metals, Formerly 9 th Edition, The United States of America. 4. ASM team, 2004, ASM Metal Handbook Volume 9 Metallography and Microstructures 2004, American Society for Metals, Formerly 9 th Edition, The United States of America. 5. Callister Jr, William. D., 1985, Material Science And Engineering, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New York. 6. Dieter, George E., 1986, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid I dan II, 24

5 diterjemahkan oleh: Djaprie, Sriati, Erlangga, Jakarta. Djaprie, Sriati, 2000, Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material, edisi keenam, Erlangga, Jakarta. Ernest Rabinowicz, 1995, Friction and wear of material, second edition, John Willey & Sons, USA /Carbon%20Steel.pdf, (Download: 05-September-2008). I2/MF2048.pdf, (Download: 05-September-2008). roduct/sae_aisi.pdf (Download 19-Februari 2009). John, V.B., 1983, Introduction to Engineering materials, 2nd edition, Macmillan Publishing Company, New York. Kalpakjian and Schmid, 2001, Manufacturing Engineering and Technology, Prentice-Hall, New York. 14. Metal Hand book, 1972, Atlas Of Microstructures Of Industrial Alloys, 8th Vol. 7, The United States of America. 15. R. McEllhiney, Robert, 2005, Feed Manufacturing Tecnology V, Wilson Bivd, Arlington, USA. 16. Smith, William F., 1981, Structure and Properties of Engineering Alloys 3rd edition, Mc. Graw-Hill, Inc. 17. Smith, William F., 1996, Principles Of Materials Science And Engineering, McGraw Hill Companies. New York. 18. Tata Surdia, Kenji Chijiiwa, 2000, Teknik Pengecoran logam, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. 19. Van Vlack, Djaprie Sriati, 1989, Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi ke-5, Erlangga, Jakarta. Gambar 9 Struktur mikro pisau hammer mill (500X) 25

6 Gambar 10 Struktur Mikro AISI 1064 [Ref. 14 hal. 45] 26