PENGARUH PERUBAHAN WAKTU ANNEALING HINGGA 20 MENIT TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN KUAT TARIK BAJA TABUNG JIS G3116 SG 295 ARIF GANDAVI Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma. areif_gandavino@yahoo.co.id ABSTRAKSI Dalam pembuatan tabung gas LPG 3kg terdapat proses annealing, yang bertujuan untuk menghilangkan residual stress material tabung, memperbaiki keuletan material tabung, menyeragamkan struktur logam, memperhalus ukuran butir, dan menjamin kualitas material tabung yang akan di proses ke tahap selanjutnya yaitu proses blasting. Pada penelitian ini sampel di ambil dari baja tabung JIS G 3116 SG 295 yang diproduksi pada PT. Indonusa Harapan Masa. Ada empat sampel yang diteliti yaitu sampel pertama tanpa di annealing, sampel kedua di annealing 10 menit, sampel ketiga di annealing 15 menit, sampel keempat di annealing 20 menit. Suhu yang digunakan pada proses annealing 480 0 C hingga 630 0 C. Dari hasil metalografi didapatkan fasa besi-α (ferrit) yang berwarna putih dan perlit yang berwarna gelap, dan dari hasil metalografi menunjukkan bahwa pada sampel yang di annealing 20 menit menunjukan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan sampel yang lainnya. Dari hasil uji tarik menunjukan bahwa kuat tarik pada sampel yang di annealing 10 menit dengan nilai 47[461] kg/mm 2 [Mpa] menunjukan hasil yang lebih baik dibandingkan sampel yang lainnya. Dan untuk batas luluh dan elongationnya mengalami peningkatan persentase. Semakin lama sampel di annealing dengan suhu yang semakin tinggi, maka keuletan dan ketangguhannya semakin meningkat. Kata Kunci : Annealing, Struktur Mikro, Kuat Tarik, JIS G 3116 SG 295 1. Pendahuluan Dalam dunia perindustrian saat ini banyak produk yang dirancang oleh pemerintah untuk mempermudah masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Salah satunya yaitu tabung gas LPG kapasitas 3 kg yang diproduksi agar lebih praktis dan efisien bagi masyarakat. Namun dalam proses produksinya masih dalam pengembangan secara rutin agar produk yang dihasilkan tetap baik serta mencapai kualitas yang sangat baik. Banyak hal yang terus dikembangkan pada produksi tabung LPG 3 kg. Diantaranya adalah pengembangan pada badan tabung yaitu dengan proses annealing dalam pembuatan tabung LPG 3 kg. Pada saat proses annealing badan tabung atau baja tabung JIS G 3116 SG 295 mengalami proses laku panas yang menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan sifat mekanik. Sifat mekanik yang dihasilkan harus baik dan disesuaikan, maka perlu dilakukan penelitian serta pengujian yang benar. Dari penelitian dan pengujian ini akan diketahui kuat tarik bahan dan struktur mikro baja tabung JIS G 3116 SG 295 atau badan tabung gas LPG 3 kg. Hasil proses annealing dalam pembuatan tabung gas 3 kg belum mendapatkan sifat mekanik yang diinginkan, sehingga mengakibatkan badan tabung mudah pecah. Maka perlu dilakukan pengujian mekanik kuat tarik di mana harus sesuai dengan standar yang digunakan pada spesifikasi tabung LPG ukuran 3 kg (SNI 1452-2007) kuat tarik 41 kg/mm 2 [Mpa] - 51,3 kg/mm 2 [Mpa]. Dalam penelitian ini akan menganalisa kuat tarik dan struktur mikro pada badan tabung gas LPG 3 kg atau baja tabung JIS G 3116 SG 295. Batasan masalah yang ada pada penulisan tugas akhir ini adalah : 1 Annealing hanya dilakukan pada suhu 480 0 hingga 630 0 C dengan waktu 10, 15, dan 20 menit saja. 2 Fasa yang terbentuk pada badan tabung LPG 3 kg/jis G 3116 SG 295. 3 Pengujian kuat tarik. 4 Pengujian metalografi.
Tujuan dari penelitian ini meliputi : 1. Mengetahui nilai kuat tarik baja tabung JIS G 3116 SG 295. 2. Mengetahui Struktur mikro baja tabung JIS G 3116 SG 295. 3. Membandingkan dan menerapkan teoriteori perkuliahan dengan kenyataan kerja yang ada di lapangan. Penulisan tugas akhir ini, menggunakan metode penulisan berupa : 1. Studi Pustaka, menggunakan buku literatur penulisan tugas akhir. 2. Studi Lapangan, data diambil langsung dari lapangan. 3. Gabungan, menggunakan gabungan kedua metode di atas. 2.1 BAJA 2. Dasar Teori Baja perkakas adalah suatu jenis baja paduan yang mempunyai komposisi dan toleransi yang sangat ketat di mana unsur-unsur pembentuk kabrida merupakan faktor penting pada sifat mampu keras baja tersebut. Dalam proses pembuatannya baja perkakas di lebur dalam tungku listrik dengan kontrol metalurgis yang sangat hati-hati, ini dimaksudkan untuk menghindari cacat pada material. Selanjutnya baja perkakas di periksa secara makroskopik dan mikroskopik untuk menjamin adanya ketepatan spesifikasinya. Semua ini dilakukan karena dalam pemakaiannya baja perkakas banyak digunakan sebagai cetakan (dies) yang harus mempunyai ketahanan terhadap pembebanan dan temperatur tinggi secara berulang-ulang dalam jangka panjang tanpa mengalami patah dan aus akibat deformasi. Pemilihan baja perkakas tergantung pada syarat-syarat yang harus dipenuhi sesuai dengan penggunaannya [1]. Ditinjau dari kandungan karbonnya, maka pembagian baja dapat dikelompokan sebagai berikut : Baja karbon rendah ( < 0,2 C ) Baja karbon medium ( < 0,2-0,5 C ) Baja karbon tinggi ( > 0,5 C ) Perubahan sifat mekanik pada baja dapat dilakukan dengan proses perlakuan panas (Heat Treatment), yang merupakan proses pemanasan baja sampai temperatur pemanasan tertentu dan di tahan beberapa waktu hingga temperaturnya merata kemudian dilakukan pendinginan cepat (Quenching). Proses ini menghasilkan struktur martensit yang bersifat keras tetapi getas, untuk menurunkan sifat getasnya dapat dilakukan dengan proses temper. 2.1.1 Pengaruh Unsur Paduan pada Baja Adanya unsur selain dengan proses-proses perlakuan panas, untuk memperbaiki sifat mekaniknya, baja sering dipadukan dengan unsur-unsur logam lain untuk membentuk baja paduan yang dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Baja paduan rendah : jumlah presentase berat unsur paduan maksimal 8. Baja paduan tinggi : jumlah presentase berat unsur paduan lebih dari 8. Baja karbon yang mempunyai satu atau lebih unsur-unsur paduan di sebut baja paduan (Alloy Steel). Unsur paduan utamanya adalah : Krom (Cr), Silikon (Si), Mangan (Mn), Nikel (Ni), Wolfram (W), Vanadium (V), Molibdenum (Mo), serta unsur-unsur lainnya. Unsur paduan pada baja akan mempengaruhi temperatur eutectoid, pengaruh masing-masing unsur tersebut digunakan untuk memperbaiki atau merubah sifat-sifat mekanik baja pada proses perlakuan panas. 2.1.2 Klasifikasi Baja Karbon Baja karbon adalah paduan antara besi dan karbon dengan sedikit Si, Mn, P, S dan Cu. Sifat baja karbon sangat tergantung pada kadar karbon, karena itu baja ini dikelompokan berdasarkan kadar karbonnya. Baja karbon rendah adalah baja dengan kadar karbon kurang dari 0,30, baja karbon sedang mengandung 0,30 sampai 0,45 karbon dan baja karbon tinggi berisi karbon antara 0,45 sampai 1,70. Baja karbon rendah yang di sebut juga baja lunak banyak sekali digunakan untuk kontruksi umum. Baja karbon ini di bagi lagi dalam baja kil, baja seme-kil dan baja rim, di mana penamaannya didasarkan atas persyaratan deoksidasi, cara pembekuan dan distribusi rongga atau lubang halus di dalam ingot. Faktor-faktor yang sangat mempengaruhi mampu las dari baja karbon rendah adalah kekuatan tarik dan kepekaan terhadap retak las. Kekuatan tarik pada baja karbon rendah dapat dipertinggi dengan menurunkan kadar karbon (C) dan menaikan kadar mangan (Mn).
Tabel 2.1. Klasifikasi baja menurut AISI-SAE [1] Dari gambar dapat di lihat bahwa bila kecepatan pendinginan naik yang berarti waktu ferrit-perlit ke campuran ferrit-perlit-bainitmartensit, kemudian bainit-martensit dan akhirnya pada kecepatan yang tinggi sekali struktur akhirnya adalah martensit. Gambar 2.2 Struktur mikro dalam baja karbon rendah [2] 2.1.2 Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Baja Pada umumnya struktur mikro dari baja tergantung dari kecepatan pendinginannya dari suhu daerah austenit sampai ke suhu kamar. Karena perubahan struktur ini maka dengan sendirinya sifat-sifat mekanik yang dimiliki juga berubah. Hubungan antara kecepatan pendinginan dan struktur mikro yang berbentuk biasanya digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu, suhu dan transformasi yang di singkat menjadi diagram CCT [2]. Gambar 2.1 Diagram pendinginan kontinu atau diagram CCT [2] 2.2 PERLAKUAN PANAS PADA BAJA Sifat mekanik tidak hanya tergantung pada komposisi kimia suatu paduan, tetapi juga tergantung pada strukturmikronya. Suatu paduan dengan komposisi kimia yang sama dapat memiliki struktur mikro yang berbeda, dan sifat mekaniknya akan berbeda. Struktur mikro tergantung pada proses pengerjaan yang dialami, terutama proses laku panas yang di terima selama proses pengerjaan. Proses laku panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses laku panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan, dimulai dengan pemanasan sampai ke temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat, baru kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu. Secara umum perlakukan panas (Heat treatment) diklasifikasikan dalam 2 jenis [1]. 1. Near Equilibrium (mendekati kesetimbangan) Tujuan dari perlakuan panas Near Equilibrium adalah untuk : Melunakkan struktur kristal Menghaluskan butir Menghilangkan tegangan dalam Memperbaiki machineability
Jenis dari perlakukan panas Near Equilibrium, misalnya : Full Annealing (annealing), Stress relief Annealing, Spheroidizing, Process annealing, Normalizing, Homogenizing. 2. Non Equilibrium (tidak setimbang) Tujuan panas Non Equilibrium adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Jenis dari perlakukan panas Non Equilibrium, misalnya : Hardening, Martempering, Austempering, Surface Hardening (Carburizing, Nitriding, Cyaniding, Flame hardening, Induction hardening). Pada proses pembuatannya komposisi kimia yang dibutuhkan diperoleh ketika baja dalam bentuk fasa cair pada suhu yang tinggi. Pada saat proses pendinginan dari suhu lelehnya, baja mulai berubah menjadi fasa padat pada suhu 1350 derajat, pada fasa inilah berlangsung perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro dapat juga dilakukan dengan cara heat treatment. Bila proses pendinginan dilakukan secara perlahan, maka akan dapat dicapai tiap jenis struktur mikro yang setimbang sesuai dengan komposisi kimia dan suhu baja. Perubahan struktur mikro pada berbagai suhu dan kadar karbon dapat di lihat pada diagram fase kesetimbangan. Dari diagram tersebut dapat di lihat bahwa pada proses pendinginan perubahan-perubahan pada struktur kristal dan struktur mikro sangat bergantung pada komposisi kimia. Gambar 2.3 Diagram Fase Kesetimbangan [1] Pada kandungan karbon mencapai 6,67 terbentuk struktur mikro dinamakan sementit Fe 3 C (dapat di lihat pada garis vertikal paling kanan). Sifat-sifat cementite adalah sangat keras dan sangat getas. Pada sisi kiri diagram di mana pada kandungan karbon yang sangat rendah, pada suhu kamar terbentuk struktur mikro ferrit. Pada baja dengan kadar karbon 0,83, struktur mikro yang terbentuk adalah perlit, kondisi suhu dan kadar karbon ini dinamakan titik eutectoid. Pada baja dengan kandungan karbon rendah sampai dengan titik eutectoid, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara ferrit dan perlit. Pada baja dengan kandungan titik eutectoid sampai dengan 6,67, struktur mikro yang terbentuk adalah campuran antara perlit dan sementit. Pada saat pendinginan dari suhu leleh baja dengan kadar karbon rendah, akan terbentuk struktur mikro ferrit delta lalu menjadi struktur mikro austenit. Pada baja dengan kadar karbon yang lebih tinggi, suhu leleh turun dengan naiknya kadar karbon, peralihan bentuk langsung dari leleh menjadi austenit. 2.2.1 Annealing Annealing adalah suatu proses laku panas (heat treatment) yang dilakukan terhadap logam atau paduan dalam proses pembuatan suatu produk. Jenis annealing itu beraneka ragam, tergantung pada jenis atau kondisi benda kerja, temperatur pemanasan, lamanya waktu penahanan, laju pendinginan (cooling rate), dan lain sebagainya. Tujuan dari annealing ialah untuk : 1. Mendapatkan baja yang mempunyai kadar karbon tinggi, tetapi dapat dikerjakan mesin atau pengerjaan dingin. 2. Memperbaiki keuletan. 3. Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur. 4. Memperhalus ukuran butir. 5. Menghilangkan tegangan dalam. 6. Menyiapkan struktur baja untuk proses perlakuan panas. Proses annealing adalah sebagai berikut: 1. Benda kerja dimasukan kedalam tungku pemanas atau kotak baja yang di isi dengan terak / pasir yang dipanaskan. 2. Panaskan pada temperatur tertentu selama waktu tertentu. 3. Setelah cukup waktunya benda kerja dikeluarkan dari tungku panas tersebut. 4. Benda kerja didinginkan dengan perlahanlahan.
2.3 UJI TARIK Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS Z. Dengan menarik suatu bahan maka akan segera diketahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec [4]. Banyak hal yang dapat dipelajari dari hasil uji tarik. Jika suatu bahan (logam) di tarik sampai putus, maka akan menghasilkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gbr 2.10. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut. Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya di sebut Ultimate Tensile Strength di singkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia di sebut tegangan tarik maksimum. Stress: σ = F/A (2.1) F: gaya tarikan, A: luas penampang Strain: ε = L/L (2.2) L: pertambahan panjang, L: panjang awal Hubungan antara stress dan strain dirumuskan: E = σ / ε (2.3) Untuk memudahkan pembahasan, maka perlu memodifikasi gambar hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress and strain). Sehingga menghasilkan gambar baru yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E dinamakan Modulus Elastisitas (Young Modulus). Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress di singkat menjadi kurva SS. Gambar 2.10 Gambaran singkat uji tarik dan datanya [5] 2.4.1 Hukum Hooke (Hooke s Law) Hampir semua logam pada tahap sangat awal dari uji tarik terjadi hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini di sebut daerah linier atau linear zone. Pada daerah ini, kurva pertambahan panjang berlawananan dengan beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut: rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan Stress adalah beban di bagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang di bagi panjang awal bahan. Gambar 2.11 Kurva tegangan-regangan [5] Bentuk bahan yang di uji, untuk logam biasanya di buat spesimen dengan dimensi seperti pada gambar berikut ini : Gambar 2.12 Dimensi spesimen uji tarik (JIS Z 2201) [6]
3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Mulai Studi Literatur Annealing Sampel Uji Tarik Uji Metalografi Data Analisa Kesimpulan Selesai C Si Mn P S Cr Mo Ni Al 0,108 0,212 0,638 0,0246 0,0111 0,0233 0.0050 0,0384 0,0020 Cu Nb Ti V B Zr CE (IIW) *) Pcm ) 0.0579 0.0021 0.0153 0.0061 0.0032 0.0032 0.23 0.17 *) CE (IIW) () = C + (Mn)/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 **) Pcm () = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B 3.2.1 Proses Annealing Sampel Proses annealing dilakukan dengan tujuan sebagai berikut : 1. Pembebasan tegangan sisa pada material tabung. 2. Menjamin kualitas material tabung yang akan di proses pada tahap selanjutnya yaitu proses blasting. Adapun langkah proses annealing sampel adalah sebagai berikut : 1. Material tabung ditempatkan pada konveyor. 2. Melalui konveyor material tabung dimasukan ke dalam oven atau tungku pemanas. 3. Menyalakan oven dengan temperatur awal ( 480 0 C ). 4. Atur laju pemanasan pada oven sebesar 15 0 C/menit. 5. Apabila temperatur sudah mencapai suhu tenggang 630 0 C maka di tahan selama 10 menit (sampel kedua), untuk sampel berikutnya di tahan selama 15 menit (sampel ketiga), dan berikutnya 20 menit (sampel keempat). 6. Kemudian didinginkan dalam dapur dengan laju minimum 43 0 C/menit hingga suhu 200 0 C. 3.2.2 Dimensi Sampel Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 3.2 Persiapan Bahan Pengujian Bahan tabung gas LPG yang digunakan dalam penelitian adalah baja tabung JIS G 3116 SG 295 yang diambil dari PT. INDONUSA HARAPAN MASA. Tabel 3.1 Komposisi kimia hot rolled steel JIS G 3116 SG 295 sebagai badan tabung upper dan lower [7]. Gambar 3.2 Dimensi sampel yang akan di annealing [8]
3.3 Diagram Alir Proses Uji Tarik 3.4 Diagram Alir Proses Metalografi Mulai Preparasi Sampel Uji Tarik Persiapan, Pemasangan Sampel Pada Mesin Uji Tarik Proses Uji Tarik Data Analisa Uji Tarik Gambar 3.5 Diagram alir proses Metalografi Selesai Gambar 3.3 Diagram alir proses uji tarik Gambar 3.6 Metallurgical Microscope Gambar 3.4 Mesin uji tarik
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Struktur Mikro 4.1.1 Struktur Mikro JIS G 3116 SG 295 Sampel Pertama Pengamatan struktur mikro dilakukan pada sampel pertama yaitu sampel yang tidak di annealing. 4.1.3 Struktur Mikro JIS G 3116 SG 295 Sampel Ketiga Pengambilan sampel ketiga di ambil dari baja tabung yang di annealing selama 15 menit di dalam tungku pemanas atau oven. Gambar 4.1 Struktur mikro baja tabung gas yang tidak di annealing dengan pembesaran 400X Pada gambar 4.1 di atas merupakan struktur mikro material JIS G 3116 SG 295 terdapat fasa perlit berwarna hitam dan besi-α (ferrit) berwarna putih. Fasa perlit tersebar merata dan diameter partikelnya relatif berukuran kecil-kecil. 4.1.2 Struktur Mikro JIS G 3116 SG 295 Sampel Kedua Sampel kedua di ambil dari sampel yang di proses annealing selama 10 menit di dalam tungku pemanas. Gambar 4.3 Struktur mikro baja tabung gas yang di annealing selama 15 menit dengan pembesaran 400X Pada foto struktur mikro untuk sampel ketiga terlihat dengan jelas perubahan diameter partikel fasa perlitnya menjadi lebih membesar, namun hanya beberapa saja dan tidak terlalu banyak. Sedangkan fasa ferritnya cenderung meningkat dan lebih putih. 4.1.4 Struktur Mikro JIS G 3116 SG 295 Sampel Keempat Sampel yang keempat di ambil dari sampel baja yang di annealing selama 20 menit di dalam tungku pemanas. Gambar 4.2 Struktur mikro baja tabung gas yang di annealing selama 10 menit dengan pembesaran 400X Pada pengamatan struktur mikro pada sampel kedua terdapat perubahan ukuran partikel fasa perlit menjadi semakin besar, tetapi jumlahnya cenderung menurun dan fasa ferritnya cenderung meningkat. Gambar 4.4 Struktur mikro baja tabung gas yang di annealing selama 20 menit dengan pembesaran 400X Pada pengamatan struktur mikro sampel keempat di dapat fasa perlit yang hampir semuanya membesar dari pada yang terlihat pada sampel ketiga. Tetapi jumlah partikelnya berkurang, karena fasa ferritnya cenderung meluas atau meningkat dan juga semakin bersih putih.
4.1.5 Ukuran Perlit JIS G 3116 SG 295 Tabel 4.1 Ukuran (diameter) perlit JIS G 3116 SG 295 sampel pertama Gambar 4.5 Grafik perbandingan rata-rata diameter perlit (µm) dan faktor rasio Tabel 4.2 Ukuran (diameter) perlit JIS G 3116 SG 295 sampel kedua Gambar 4.6 Grafik perbandingan rata-rata simpangan baku dari ukuran perlit (µm) dan faktor rasio Tabel 4.3 Ukuran (diameter) perlit JIS G 3116 SG 295 sampel ketiga Tabel 4.4 Ukuran (diameter) perlit JIS G 3116 SG 295 sampel keempat Dari gambar 4.5 dapat di ketahui bahwa perbandingan ukuran atau diameter perlit (µm) dari sampel pertama dengan sampel kedua mengalami kenaikan atau perubahan bertambah besar, kemudian selanjutnya sampel ketiga juga lebih besar ukurannya dari sampel kedua. Dan pada sampel keempat terlihat makin besar lagi ukuran perlitnya melebihi ukuran perlit dari sampel yang ketiga. Begitu juga dengan faktor rasio yang mengalami perubahan yang sama yaitu cenderung naik dari sampel pertama hingga sampel keempat. 4.1.6 Distribusi Perlit JIS G 3116 SG 295 Gambar 4.7 Grafik persentase ukuran perlit pada permukaan
Berikut ini adalah perhitungan fraktal perlit dari gambar grafik persentase ukuran perlit pada permukaan : Persentase perlit pada volume di hitung dengan rumus sebagai berikut : Perlit = (0,108 / 0,83) x 100 = 13 α ferrit = 100-13 = 87 Untuk perhitungan distribusi perlit pada permukaan tiap sampel adalah sebagai berikut : Dari gambar 4.9 terlihat perbedaan bentuk patahan (failure) baja JIS G 3116 SG 295 yang tidak di annealing, di annealing 10 menit, di annealing 15 menit, dan di annealing 20 menit. Hal tersebut terjadi karena sampel diberikan perlakuan panas yang berbeda-beda, sehingga mengakibatkan perubahan elongasi dan keuletan baja tersebut. Semakin keuletannya meningkat maka deformasinya menurun. 4.2.1 Kuat Tarik JIS G 3116 SG 295 Sampel Pertama Perhitungan perlit (hitam) = ( jumlah perlit / luas permukaan) x 100 Sampel 1 = (7/400) x 100 = 1,75 Sampel 2 = (10/400) x 100 = 2,50 Sampel 3 = (13/400) x 100 = 3,25 Sampel 4 = (16/400) x 100 = 4,00 Dari data hasil perhitungan di atas dapat dijelaskan bahwa semakin lama baja diproses annealing hingga waktu 20 menit, maka persentase distribusi perlit pada permukaan semakin meningkat. Tetapi jumlahnya belum mendekati persentase maksimum perlit yaitu 13. 4.2 Kuat Tarik Gambar 4.10 Hasil uji tarik sampel yang tidak di annealing[9] Dari gambar hasil pengujian sampel pertama yaitu sampel yang tidak di annealing, kuat tariknya 46 kg/mm2[mpa]. Batas luluhnya 31 kg/mm2[mpa]. Persentase elongasinya 28,90 masih termasuk dalam standar persentase elongasi JIS G 3116 yaitu minimal 26. 4.2.2 Kuat Tarik JIS G 3116 SG 295 Sampel Kedua Gambar 4.8 Sampel sebelum di uji tarik Gambar 4.11 Hasil uji tarik sampel yang di annealing selama 10 menit[9] Gambar 4.9 Sampel sesudah di uji tarik
Dari gambar hasil pengujian sampel kedua yaitu sampel yang di annealing selama 10 menit dengan suhu 480 0 C hingga 630 0 C, kuat tariknya mengalami kenaikan menjadi 47 kg/mm 2 [Mpa]. Masih termasuk dalam standar kuat tarik pabrikan yaitu 41 kg/mm 2 [Mpa] - 51,3 kg/mm 2 [Mpa]. Batas luluhnya meningkat menjadi 35 kg/mm 2 [Mpa]. Persentase elongasi juga meningkat menjadi 30,90. kuat tariknya tetap 46 kgf/mm 2. Dan masih termasuk dalam standar kuat tarik pabrikan yaitu 41 kg/mm 2 [Mpa] - 51,3 kg/mm 2 [Mpa]. Untuk batas luluhnya naik menjadi 37 kg/mm 2 [Mpa]. Sedangkan persentase elongasinya juga meningkat menjadi 33. 4.2.3 Kuat Tarik JIS G 3116 SG 295 Sampel Ketiga Gambar 4.14 Grafik perbandingan kuat tarik dan batas luluh JIS G 3116 SG 295 Gambar 4.12 Hasil uji tarik sampel yang di annealing selama 15 menit [9] Dari gambar hasil pengujian sampel ketiga yaitu sampel yang di annealing selama 15 menit dengan suhu 480 0 C hingga 630 0 C, kuat tariknya mengalami penurunan menjadi 46 kg/mm 2 [Mpa]. Tetapi masih termasuk dalam standar kuat tarik pabrikan yaitu 41 kg/mm 2 [Mpa] - 51,3 kg/mm 2 [Mpa]. Batas luluhnya tetap seperti sampel kedua yaitu 35 kg/mm 2 [Mpa]. Persentase elongasinya naik menjadi 31,10. 4.2.4 Kuat Tarik JIS G 3116 SG 295 Sampel Keempat Berdasarkan grafik di atas, hasil pengujian tarik dari keempat sampel baja tersebut masih masuk dalam rentang persyaratan standar material baja JIS G3116 SG 295. Namun dari hasil perbandingan nilai kekuatan rata-ratanya terlihat bahwa kekuatan tarik material sampel kedua lebih tinggi dibandingkan dengan material sampel yang lainnya, sedangkan kekuatan luluhnya yang paling tinggi adalah material sampel keempat. Mengingat proses manufaktur (pembuatan) tabung gas LPG 3 kg melibatkan proses pembentukan dan pengelasan (welding), maka sifat yang paling penting adalah kekuatannya (tarik dan luluh). Semakin tinggi kekuatannya maka semakin baik material tersebut menahan beban dari luar (seperti tekanan gas maupun benturan). Gambar 4.13 Hasil uji tarik sampel yang di annealing selama 20 menit [9] Dari gambar hasil pengujian sampel keempat yaitu sampel yang di annealing selama 20 menit dengan suhu 480 0 C hingga 630 0 C, Gambar 4.15 Grafik perbandingan elongation JIS G 3116 SG 295 Dari gambar grafik di atas dapat di lihat bahwa dari sampel pertama hingga sampel keempat nilai persentase elongasinya meningkat yang berarti semakin tinggi keuletannya. Maka semakin baik material
tersebut untuk di ubah bentuk (deep drawing) dan mampu menahan pembebanan sebelum retak maupun pecah. Oleh karena itu dari segi proses manufakturnya (formability) maka sampel yang di annealing lebih lama semakin baik dibandingkan yang di annealing dengan waktu singkat. 5. Kesimpulan Dari hasil penelitian struktur mikro dan kekuatan tarik baja tabung gas LPG 3 kg JIS G 3116 SG 295 di dapat kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada struktur mikro baja tanpa di annealing didapatkan fasa besi-α (ferrit) yang berwarna putih dan perlit yang berwarna gelap. Terdapat fasa besi-α (ferrit) yang dikelilingi fasa perlit berwarna gelap yang merata dan menyebar. Rata-rata ukuran perlitnya 15,76 µm, distribusi perlitnya 1,75. Tegangan tariknya 46 kg/mm 2 [Mpa], batas luluhnya 31 kg/mm 2 [Mpa], dan elongasinya 28,90. 2. Untuk struktur mikro baja yang di annealing pada suhu 480 0 C hingga 630 0 C dengan waktu 10 menit terjadi perubahan ukuran perlit yang sedikit lebih besar, tetapi penyebarannya berkurang. Rata-rata ukuran perlitnya 22,49 µm, distribusi perlitnya 2,50. Tegangan tariknya 47 kg/mm 2 [Mpa], batas luluhnya 35 kg/mm 2 [Mpa], dan elongasinya meningkat menjadi 30,90. 3. Pada struktur mikro baja yang di annealing pada suhu 480 0 C hingga 630 0 C dengan waktu 15 menit terdapat perubahan fasa perlit yang ukurannya lebih besar dari pada ukuran perlit sampel sebelumnya. Ratarata ukuran perlitnya 26,34 µm, distribusi perlitnya 3,25. Tegangan tariknya 46 kg/mm 2 [Mpa], batas luluhnya 35 kg/mm 2 [Mpa], dan elongasinya 31,10. 4. Untuk struktur mikro baja yang di annealing pada suhu 480 0 C hingga 630 0 C dengan waktu 20 menit terjadi perubahan fasa besi-α (ferrit) lebih bersih putih dari pada fasa ferrit sampel lainnya. Fasa perlitnya membesar. Rata-rata ukuran perlitnya 29,70 µm, distribusi perlitnya 4,00. Tegangan tariknya 46 kg/mm 2 [Mpa], batas luluhnya 37 kg/mm 2 [Mpa], dan elongasinya 33,00. 5. Dari hasil metalografi menunjukkan baja yang di annealing selama 20 menit lebih baik dibandingkan dengan yang lainnya. Semakin bertambah waktu annealing maka semakin meningkat ukuran perlit dan distribusi perlitnya. Untuk kuat tarik baja yang mendekati standar SNI 1452-2007 adalah baja yang di annealing pada suhu 480 0 C hingga 630 0 C dengan waktu 10 menit yaitu 47 kg/mm 2 [Mpa]. Semakin lama di annealing maka batas luluh dan persentase elongasinya semakin naik. Sehingga pengaruh waktu annealing menentukan struktur mikro, kekuatan, keuletan, dan kualitas baja tabung JIS G 3116 SG 295. DAFTAR PUSTAKA [1]. Krauss, George, Steel Heat Treatment and Processing Principles, ASM International, Material Park, Ohio, 1995. [2]. Wiryosumarto, Harsono, Okumura, Toshie, Teknologi Pengelasan Logam, Cetakan Kedelapan, Pradnya Paramita, Jakarta, 2000. [3].http://websisni.bsn.go.id/2010/07/sni_main/ sni/detail_sni/sni_1452:2007/ [4].http://www.infometrik.com/uploads/2009/0 9/mengenal_uji_tarik_dan_sifatsifat_mekan ik_logam/ [5].http://www.infometrik.com/wp/content/upl oads/2009/09/image/ [6]. Japanese Standards Association, JIS Handbook, Ferrous Materials & Metallurgy II (English Version), Tokyo, 2005. [7].http://www.bsn.go.id/2010/07/pengkajian_k arakteristik_bahan_baku.doc/ [8].http://i.ytimg.com/vi/i_n7ryAgcPQ/0.jpg/20 10/10/ [9]. CMPFA, Laporan Pengujian Tarik, LAB UJI MATERIAL, Kampus Baru UI, Depok, 2010.