SIDANG METALURGI TEKNIK MESIN - ITS PENGARUH PROSES PEMOTONGAN MENGGUNAKAN WIRE-EDM TERHADAP LAPISAN RECAST DAN HEAT AFFECTED ZONE (HAZ) PADA BAJA HIGH SPEED STEEL (HSS) BOHLER MO RAPID EXTRA 1200 OLEH : SANDI SUBAKTI 2104 100 054 Dosen Pembimbing :
LATAR BELAKANG Baja High Speed Steel (HSS) banyak digunakan sebagai produk pahat potong Proses pemotongan baja HSS dengan menggunakan wire-edm Timbulnya lapisan baru pada permukaan baja HSS akibat proses pemotongan dengan menggunakan wire-edm
RUMUSAN MASALAH Pada penelitian kali ini akan diamati pengaruh dari pemotongan Baja High Speed Steel (HSS) dengan menggunakan wire-edm terhadap tebal lapisan recast, Heat Affected Zone (HAZ), nilai kekerasan pada setiap lapisan dan perubahan metalografi logam.
TUJUAN PENELITIAN 1. Untuk mengetahui adanya pengaruh penggunaan wire-edm pada pemotongan material baja HSS terhadap tebal lapisan recast, heat affected zone, nilai kekerasan pada setiap lapisan yang timbul dan perubahan metalografi logam. 2. Membandingkan perbedaan nilai kekerasan pada setiap lapisan material baja HSS setelah proses pemotongan menggunakan wire-edm ditinjau dari tiga bagian yaitu bagian atas (upper line), tengah (middle line), dan bawah (lower line).
HIGH SPEED TOOL STEEL - Unsur utamanya adalah Tungsten (W) dan Molybdenum (Mo) - Kadar karbon : 0,70% - 1,0% C, untuk beberapa tipe : 1,5% Tabel komposisi kimia baja HSS. Sumber AISI Gambar Pahat Potong
PROSES PEMESINAN EDM Electrical Discharge Machining (EDM) adalah proses pengerjaan material oleh loncatan bunga api listrik diantara dua elektroda yaitu elektroda benda kerja dan elektroda pahat yang memanfaatkan aliran cairan dielektrik selama proses berlangsung (Pandey dan Shan, 1980) Klasifikasi Proses Pemesinan EDM Gambar Skema ilustrasi proses wire-edm
PRINSIP DASAR WIRE-EDM
MEKANISME PENGERJAAN MATERIAL 1 2 4 3
LAPISAN RECAST Lapisan recast adalah lapisan putih pada permukaan benda kerja yang terbentuk akibat pengaruh panas yang ditimbulkan oleh loncatan bunga api listrik (Guitrau, 1997). (a) (b) Gambar (a) Struktur material setelah proses pemotongan dengan wire-edm beserta distribusi kekerasan dari permukaan hingga material induk. (b) Perbedaan tebal lapisan recast.
PEMBAGIAN DAERAH PENGUKURAN (a) (b) Gambar (a) Material /Benda kerja. (b) Terjadinya perbedaan tegangan kawat (wire) dibagian tengah (middle) pada saat proses pemotongan berlangsung.
DIAGRAM ALIR
FAKTOR-FAKTOR PENELITIAN Faktor Kontrol : a. On time (ON) : 4 8 (µs) b. Off time (OFF) : 12 18 (µs) c. Arc on time (AN) : 3 6 (amp) d. Open voltage (OV) : 6 8 (volt) e. Servo voltage (SV) : 38 45 (volt) Faktor Konstan : a. Low power (LP) : 10 (AC/DC) b. Arc off time (AFF) : 11 (amp) c. Feedrate override (FR): 14 (mm/sec) d. Wire feed (WF) : 4 (mm/sec) e. Wire Tension (WT) : 8 (g) f. Water flow (WL) : 6 (kg/cm²) g. Feedrate mode (FM) : 0 (servo) h. Feedrate (F) : 1 (mm/min) Respon : a. Tebal lapisan recast b.distribusi kekerasan c. Metalografi logam
BAHAN PENELITIAN Benda kerja Material : Bohler Mo Rapid Extra 1200 Kekerasan : 64,67 HRC Dimensi : 200 x 25 x 8 mm Gambar Material benda kerja Kawat elektroda Seiki Denko HSD-25P-5RT, berbahan kuningan (brass) dengan diameter kawat 0,25 mm Gambar Kawat elektroda
PERALATAN PENELITIAN Mesin Wire-EDM CHMER CW23F Arah Pergerakan : lima sumbu (x,y,z,u,v) Diameter kawat : 0,25 mm Kecepatan kawat maksimal : 250 mm/detik Dimensi meja kerja : 600mm x 400mm Mesin wire-edm Panel kontrol mesin wire-edm
PERALATAN PENELITIAN ALAT UKUR MICROHARDNESS ALAT UKUR TEBAL RECAST Microhardness Type HMZ Merk SHIMADZU Microscope Olympus Type BX 60M
PENGUKURAN & PENGAMBILAN DATA Material induk Lapisan recast n µm titik pengukuran tebal lapisan recast, sebanyak 25 titik pada setiap benda kerja n µm n µm n µm Pengukuran Tebal Tipis Lapisan Recast Pengukuran Distribusi Kekerasan
HASIL PENGAMATAN TEBAL RECAST Eksperimen ke- On Time (µs) Open Voltage Arc On Time (amp) Off Time (µs) Servo Voltage (volt) Tebal Recast (µm) 1 4 6 3 12 38 4,21 2 4 6 3 18 38 4,11 3 4 6 6 12 38 5,00 4 4 6 6 18 38 4,64 5 4 8 3 12 38 7,05 6 4 8 3 18 38 6,27 7 4 8 6 12 38 8,84 8 4 8 6 18 38 9,94 9 8 6 3 12 45 11,02 10 8 6 3 18 45 9,07 11 8 6 6 12 45 12,17 12 8 6 6 18 45 11,76 13 8 8 3 12 45 13,72 14 8 8 3 18 45 14,17 15 8 8 6 12 45 14,25 16 8 8 6 18 45 14,48
Pengaruh Arc On Time & Open Voltage Terhadap Tebal Recast ON Time : 4 µs Open Voltage : 6 OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 38 volt 3 6 ON Time : 4 µs Open Voltage : 8 OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 38 volt ON Time : 8 µs Open Voltage : 6 OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 45 volt 3 6 ON Time : 8 µs Open Voltage : 8 OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 45 volt
Pengaruh Arc On Time, On Time & Servo Voltage Terhadap Tebal Recast 2 2 ON Time : 4 µs Open Voltage : 6 volt OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 38 volt 1 1 38 45 3 6 ON Time : 8 µs Open Voltage : 6 volt OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 45 volt
Pengaruh Open Voltage, On Time & Servo Voltage Terhadap Tebal Recast 2 2 ON Time : 4 µs Arc On Time : 3 amp OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 38 volt 1 1 38 6 8 45 ON Time : 8 µs Arc On Time : 3 amp OFF Time : 12 µs Servo Voltage : 45 volt
HASIL PENGAMATAN DISTRIBUSI KEKERASAN Eksperimen On Time Open Voltage Arc On Time Off Time Servo Voltage Kekerasan (HRC) ke- (µs) (amp) (µs) (volt) Recast HAZ Logam Induk 1 4 6 3 12 38 13,84-32,7 63,6-58,9 62,3-64,5 2 4 6 3 18 38 30,17-33,16 64,6-60,5 61,2-63 3 4 6 6 12 38 17,82-32,8 66,5-58,3 62,2-63 4 4 6 6 18 38 42,12-47.1 68,3-60,8 63,3-65 5 4 8 3 12 38 34,75-43,2 67,8-62,4 63,6-64,47 6 4 8 3 18 38 30,78-34,1 68,5-55,1 63,1-63,4 7 4 8 6 12 38 21,43-39,2 66,5-60,1 63,9-64,7 8 4 8 6 18 38 50,24-55,42 66,8-62,1 64,8-65 9 8 6 3 12 45 36,12-43,21 68,2-61,4 64,8-65,3 10 8 6 3 18 45 35,83-50,46 69,6-62,4 65,2-66 11 8 6 6 12 45 40,11-46,2 68,7-61,4 65,1-65,22 12 8 6 6 18 45 29,75-35,7 68,5-62,7 65,1-66,1 13 8 8 3 12 45 30,85-42,1 69,2-63,2 65,1-65,3 14 8 8 3 18 45 32,43-55.6 69,5-63,7 64,9-66 15 8 8 6 12 45 30,92-38,2 68,1-60,1 64,2-64,7 16 8 8 6 18 45 31,23-57,1 69,5-62,5 64,2-65 RECAST HEAT AFFECTED ZONE (HAZ) BASE METAL : 31,77 42,89 HRC : 60,98 67,7 HRC : 63,9 64,8 HRC
DISTRIBUSI KEKERASAN BAGIAN ATAS (UPPER LINE) Spesimen ( atas ) Titik Indentasi HRC 1 42.1 0 49.2-1 69.6-2 65.4-3 65-4 54.3-5 60.2-6 63.4-7 61.9-8 63.7-9 63.9-10 64.7-11 65.1-12 65.7-13 64.6-14 65.1-15 65.3-16 65.9-17 66.3-18 66.3-19 66.7-20 65.9-21 65.2 BAGIAN TENGAH (MIDDLE LINE) Spesimen ( tengah ) Titik Indentasi HRC 1 35.8 0 62.3-1 67.1-2 66.5-3 64.2-4 58.9-5 53.7-6 62.4-7 63.3-8 62.1-9 63.7-10 64.2-11 64.7-12 65.2-13 64.3-14 64.5-15 65.9-16 66.1-17 65.2-18 65.7-19 66.1-20 66.6-21 65.1 BAGIAN BAWAH (LOWER LINE) Spesimen ( bawah ) Titik Indentasi HRC 1 50.4 0 60.3-1 68.9-2 66.3-3 65.4-4 60.2-5 63.4-6 61.7-7 64.1-8 64.6-9 64-10 64.9-11 64.4-12 64.6-13 64.3-14 64.5-15 65.9-16 65-17 65.5-18 66-19 66.7-20 65.9-21 65.3
DISTRIBUSI KEKERASAN GRAFIK BAGIAN ATAS (UPPER LINE) GRAFIK BAGIAN BAWAH (LOWER LINE) Eksperimen ke - On Time (µs) Open voltage Arc On Time (amp) Off Time (µs) Servo Voltage (volt) 10 8 6 3 18 45
DISTRIBUSI KEKERASAN GRAFIK GABUNGAN BAGIAN ATAS & BAWAH GRAFIK BAGIAN TENGAH (MIDDLE LINE) Eksperimen ke - On Time (µs) Open voltage Arc On Time (amp) Off Time (µs) Servo Voltage (volt) 10 8 6 3 18 45
DISTRIBUSI KEKERASAN GRAFIK TREND ANALYSIS GRAFIK BAGIAN ATAS (UPPER LINE) GRAFIK BAGIAN BAWAH (LOWER LINE)
DISTRIBUSI KEKERASAN GRAFIK TREND ANALYSIS GRAFIK GABUNGAN BAGIAN ATAS & BAGIAN BAWAH GRAFIK BAGIAN TENGAH (MIDDLE LINE)
DISTRIBUSI KEKERASAN TEBAL HAZ GRAFIK BAGIAN ATAS (UPPER LINE) GRAFIK TREND ANALYSIS BAGIAN ATAS (UPPER LINE) a b c Keterangan : a = Rehardened Layer b = Tempered Layer c = Base Metal
DISTRIBUSI KEKERASAN TEBAL HAZ GRAFIK TREND ANALYSIS BAGIAN ATAS (UPPER LINE) a b c Keterangan : Jarak antar titik indentasi = 0,010 mm Tebal HAZ = 0,080 mm = 80 µm
DISTRIBUSI KEKERASAN TEBAL HAZ GRAFIK BAGIAN TENGAH (MIDDLE LINE) GRAFIK TREND ANALYSIS BAGIAN TENGAH (MIDDLE LINE) a b c Keterangan : Jarak antar titik indentasi = 0,010 mm Tebal HAZ = 0,090 mm = 90 µm
DISTRIBUSI KEKERASAN TEBAL HAZ GRAFIK BAGIAN BAWAH (LOWER LINE) GRAFIK TREND ANALYSIS BAGIAN BAWAH (LOWER LINE) a b c Keterangan : Jarak antar titik indentasi = 0,010 mm Tebal HAZ = 0,060 mm = 60 µm
METALOGRAFI LOGAM MARTENSITE TEMPERED SHEROIDAL CARBIDE RECAST LAYER RETAINED AUSTENITE
PENUTUP KESIMPULAN 1. Faktor-faktor pada mesin wire-edm CHMER CW32F yang memiliki kontribusi paling besar dalam menghasilkan tebal recast adalah on time, open voltage, arc on time dan servo voltage. 2. Eksperimen ke-2 memiliki tebal recast paling kecil dengan nilai faktor kontrol : ON Time = 4 µs Open Voltage = 6 volt Arc On Time = 3 amp Off Time = 18 µs Servo Voltage= 38 volt 3. Dari pengujian kekerasan, didapatkan nilai kekerasan yang paling rendah adalah pada lapisan recast, dengan nilai kekerasan sebesar 31,77 42,89 HRC, dan nilai kekerasan yang paling tinggi adalah pada Heat Affected Zone (HAZ), dengan nilai kekerasan sebesar 60,98 67,7 HRC.
PENUTUP SARAN 1. Untuk penelitian selanjutnya, dapat menggunakan parameter tebal benda kerja yang berbeda-beda, sehingga dapat diketahui apakah ada pengaruh terhadap tebal lapisan recast dan heat affected zone (HAZ) 2.Untuk penelitian selanjutnya, jarak antar pemotongan tidak harus sama, bisa divariasikan satu dengan yang lain.
SIDANG METALURGI TEKNIK MESIN - ITS TERIMA KASIH ATAS PERHATIAN DAN DUKUNGANNYA METALURGI - TEKNIK MESIN ITS