PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA PUBLIKASI ILMIAH Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Oleh: TRI WIDODO D200070011 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 1
HALAMAN PERSETUJUAN PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA PUBLIKASI ILMIAH oleh: TRI WIDODO D200070011 Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh: Dosen Pembimbing Pramuko IP,Ir.MT NIK.436 2
HALAMAN PENGESAHAN PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA OLEH TRI WIDODO D200070011 Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari.,. 2016 dan dinyatakan telah memenuhi syarat Dewan Penguji: 1. Pramuko IP,Ir.MT (........) (Ketua Dewan Penguji) 2. Agus Dwi A,ST,M.Eng,Ph.D (. ) (Anggota I Dewan Penguji) 3. Muh. Alfatih Hendrawan,ST,MT (.) (Anggota II Dewan Penguji) Dekan, Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph NIK. 682 3
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.. Surakarta,.. 2016 Penulis TRI WIDODO D200070011 4
PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA ABSTRAKSI Baja karbon adalah material logam yang berbentuk dari unsur utama FE dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifat-sifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut prosentasenya. Sedangkan berdasarkan kegunaanya, secara umum baja dikelompokkan menjadi dua yaitu: baja konstruksi dan baja perkakas. Baja konstruksi mempunyai kadar karbon antara 0,06% sampai 0,55%, sedangkan baja perkakas mempunyai kadar karbon antara 0,50% sampai 2,06%. Pada pelaksanaan penelitian ini diawali dengan pemotongan spesimen kemudian dilanjutkan dengan metode pengelasan SMAW.Proses pengelasan sendiri menggunakan kuat arus 100 A, 105 A dan 110 A. Setelah prosese pengelasan selesai kemudian dilanjutkan dengan proses pembentukan spesimen sesuai dengan standar uji tarik ASTM E8 yang kemudian dilnjutkan dengan proses treatmen menggunakan suhu 850 0 C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada foto mikro antara spesimen yang di treatmen dengan spesimen yang tidak di treatmen bahwa spesimen yang di treatmen ketika di lakukan foto mikro mengalami pembesaran pada ferit.sedangkan pada pengujian kekerasan pada material benda uji las dengan las tanpa treatmen terlihat bahawa daerah logam las memiliki kekerasan yang lebih tinggi daripada daerah HAZ dan logam induk.hal ini terjadi karena daerah logam las siklus termal yang paling besar pada saat pengelasan. Sedangkan pada pengujian tarik spesimen yang mengalami perlakuan panas yang diterima oleh suatu benda akan mengubah struktur mikro benda tersebut, dimana struktur butiran penyusun benda akan berubah dan tegangan maksimal menurun. Kata kunci : baja karbon rendah, treatmen, uji tarik, vikers, foto mikro ABSTRACTION Carbon steel is a metall alloy that formed by Fe as a main element and carbon that impact to the caracteristic, where as other elements are present in quantities to affect its properties. Based on their role,steel grouped into tw categories: construction steel and tool steel. Construction steel has a carbon content between 0.06% to 0.55%, while the tool steel has a carbon content between 0.50% to 2.06%. This study begins with the cutting of specimens followed by SMAW welding methods. The process uses a powerful current of 100 A, 105 A and 110 A. After that proceed with the establishment of the specimens in accordance with ASTM test standard E8 then pull with treatments in 8500C. The results of micro photo showed that the specimen in treatments are enlarged on ferrite. While in material hardness testing on welded test specimens with welding without visible THAT treatments weld metal regions have a higher hardness than the HAZ and base metal regions. This happens because the metal area weld thermal cycle greatest at the time of welding. While the tensile test specimens that undergo heat treatment received by an object will alter the microstructure of these objects, where the object constituent grain structure will be changed and the maximum voltage decreases. Keywords: low carbon steel, treatment, tensile testing, Vikers, micro photo 5
PENDAHULUAN Pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding) mempunyai aplikasi luas di dalam dunia industri.untuk aplikasi chasis dan suspensi kendaraan, pengelasan SMAW memberikan efisiensi kekuatan sambungan yang tinggi.salah satu jenis pengelasan yang banyak dipakai untuk mengelas baja karbon adalah SMAW. Kelebihan pengelasan dengan SMAW, antara lain dapat diandalkan untuk mengelas berbagai tipe sambungan, posisi, serta lokasi yang sulit dikerjakan, biaya pengoperasian yang relatif rendah dan dapat dipakai untuk mengelas didalam maupun diluar ruangan. Secara umum kelemahan pada sambungan las adalah lonjakan suhu yang cukup besar yang memungkinkan terjadinya perubahan struktur mikro pada daerah las dan HAZ yang menyebabkan turunnya kekuatan bahan. Pada sambungan las dissmilar metal (dua logam yang berbeda) kekuatan bahan selain dipengaruhi oleh lonjakan suhu yang mengubah struktur mikro logam, juga dipengaruhi oleh reaksi antara unsur dari kedua logam sehingga menimbulkan pengendapan yang memungkinkan terjadinya kerusakan las (weld decay). Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil penelitian sesuai dengan tingkat ketelitian yang diharapkan, maka dirumuskan batasan masalah guna memperjelas arah dan mengendalikan model sistem yang akan dicapai, yaitu sebagai berikut : 1. Bahan yang diuji adalah plat baja karbon rendah. 2. Elektroda yang digunakan adalah jenis E6013 3. Proses pengelasan yang digunakan adalah las dengan elektroda terbungkus atau SMAW (Shielded Metal Arc Welding). 4. Jenis kampuh untuk spesimen lasnya adalah V tunggal 5. Pengujian yang dilakukan: a. Pengujian komposisi kimia b. Pengujian struktur mikro c. Pengujian tarik d. Pengujian vikers TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitaian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui kandungan unsur atau komposisi kimia dari logam baja karbon rendah. 2. Mengetahuai perubahan struktur mikro dan sifat mekanis spesimen hasil pengelasan dengan elektroda E6013 akibat terkena panas pengelasan. 3. Mengetahui perubahan struktur mikro hasil lasan akibat perlakuan panas Treatment. LANDASAN TEORI Klasifikasi baja karbon menurut kadar karbonnya Jenis dan Kelas Kadar Karbon (%) 1. Baja Karbon Rendah: lunak khusus sangat lunak lunak Setengah Lunak 2. Baja Kekuatan Luluh (Kg/mm 2 ) 6 Kekuatan Tarik (Kg/mm 2 ) Perpanj angan (%) Kekerasa n Brinell Pengguna an 0,8 18-28 32-36 40-30 95-100 Plat tipis 0.08-0.12 20-29 36-42 40-30 80-120 Batang kawat 0,12-0,20 22-30 38-48 36-24 100-130 Konstruksi umum 0,20-0,30 24-36 44-55 32-22 112-145
Karbon Sedang : setengah keras 3. Baja Karbon Tinggi : keras sangat keras 0,30-0,40 30-40 50-60 30-17 140-170 Alat-alat mesin 0,40-0.50 34-46 58-70 26-14 160-200 Perkakas >0,50 36-47 65-100 20-11 180-235 Rel,pegas dan kawat piano Tabel 1.Klasifikasi baja karbon Sedangkan berdasarkan kegunaanya, secara umum baja dikelompokkan menjadi dua yaitu: baja konstruksi dan baja perkakas. Baja konstruksi mempunyai kadar karbon antara 0,06% sampai 0,55%, sedangkan baja perkakas mempunyai kadar karbon antara 0,50% sampai 2,06%. Metodologi Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Data komposisi kimia bahan Baja Karbon Rendah Hasil pengujian komposisi kimia dilihat pada tabel 2. 7
Table 2. Hasil Uji Komposisi Kimia Unsur % C 0.0538 Si 0.0105 S 0.0125 P 0.0083 Mn 0.2656 Ni 0.0167 Cr 0.0221 Mo 0.0023 Cu 0.0325 W 0.0029 Ti 0.0020 Sn 0.0026 Al 0.0245 Pb 0.0004 Ca 0.0005 Zn 0.0017 Fe 99.54 Hasil uji komposisi di atas menunjukkan bahwa material yang digunakan dalam penelitian ini termasuk klasifikasi baja karbon rendah, karena mengandung 0.0538% karbon. Pengujian Struktur Mikro Arus Logam Induk HAZ Logam Las 100 A 105 A 110 A Gambar 1.Struktur mikro spesimen dilas tanpa Anealling 8
Arus Logam Induk HAZ Logam Las 100 A 105 A 110 A Pembahasan Pengujian Struktur Mikro Gambar 2.Struktur mikro spesimen dengan Anealling Pada daerah logam induk pada benda uji pengelasan 100A, 105A, dan 110A tanpa perlakuan panas (Annealing) tidak mengalami perubahan struktur mikro akibat pengelasan, sedangkan untuk benda uji pengelasan 100A, 105A, dan 110A yang mengalami perlakuan panas, terjadi perubahan yaitu pertumbuhan perlit (gelap) danferit (terang) yang membesar sehingga nilai tegangan tariknya menurun, ini sesuai dengan hasil uji kekerasan serta uji tarik. Pada daerah HAZ merupakan batas las dengan HAZ (Heat Affected Zone) yaitu pada spesimen dilas tanpa perlakuan annealing dan spesimen dilas dengan perlakuan panas 850 0 C. Pada spesimen dilas tanpa perlakuan panas (Annealing) pada arus 110A, 105A, dan 110A bentuk struktur mikro cinderung terdapat butiran yang lebih besar daripada daerah logam induk dan cenderung tidak teratur bentuknya. Sedangkan pada spesimen pengelasan 100A, 105A, dan 110A dengan perlakuan Annealing bentuk strukturnya didominasi oleh ferit (terang) yang lebih banyak dan butiran yang membesar, hal ini terlihat pada gambar struktur mikro di atas. Logam las merupakan bagian yang mencair pada saat pengelasan, dimana bagian ini mendapatkan temperature yang sangat tinggi. Struktur mikro yang terjadi pada pengelasan yang tidak mengalamai perlakuan panas (100A,105A,110A) didominasi oleh butir ferit dan perlit yang cinderung tidak beraturan bentuknya, tidak jauh berbeda dengan daerah HAZ, sedangkan pada pengelasan yang mengalami perlakuan panas (Annealing) pada 100A, 105A dan 110A struktur mikronya di dominasi oleh butiran ferit yang cenderung membesar dan halus. Uji kekerasan (Vickers microhardness) Untuk mengetahui kekerasan pada pengelasan baja karbon rendah yang dilas maka dilakukan uji mickro vickers. Data hasil pengujian micro Vickers kemudian dibuat grafik dan histogram perbandingan harga kekerasan rata-rata. Gambar 3.Grafik Uji Kekerasan micro Vikers pada pengelasan non Treatmen 9
Gambar 4.Grafik Uji Kekerasan micro Vikers pada pengelasan Treatmen Gambar 5.Grafik Perbandingan Uji Kekerasan micro Vikers Pada Pengelasan Treatmen dengan Non Treatmen Pembahasan Pengujian Kekerasan (Vickers Mikrohardness) Pada tabel data hasil pengujian kekerasan untuk material dilas dengan menggunakan treatmen 850 0 C terlihat bahawa kekerasan didaerah logam las, HAZ, Logam induk menjadi lebih rendah dibanding dengan dilas tanpa perlakuan anealling. Hal ini disebabkan struktur butiran yang dihasilkan lebih merata dan mengurangi tegangan sisa yang terjadi selama proses pengelasan. Struktur ferit dan perlit yang lebih halus dan merata hal ini sesuai dengan hasil pengujian tarik dan pengamatan struktur mikro. Perbandingan hasil pengujian kekerasan benda uji terlihat bahwa secara keseluruhan pada benda uji dilas dengan proses Annealing 850 0 C kekerasan pada daerah logam, daerah HAZ, dan logam induk lebih rendah dari kekerasan benda uji dengan las lanpa perlakuan Annealing. Hal ini sesuai dengan tujuan dari proses annealing yaitu menurunkan kekerasan dan meningkatkan keuletan bahan. Pengujian Tarik dengan Standar ASTM E8M Dari hasil penelitian dan perhitungan perbandingan didapat data hasil pengujian tarik yang kemudian dibuat grafik dan histogram perbandingan kekuatan tarik antara spesimen yang di treatmen dengan yang tidak ditreatmen. 10
Gambar 6.Tegangan Tarik Spesimen Non Treatmen Gambar 7.Tegangan Tarik Spesimen dengan Perlakuan Anealling Gambar 8.Kekuatan Tarik Pengelasan Spesimen Non Treatmen dengan Spesimen Treatmen Pembahasan Pengujian Tarik 11
Secara keseluruhan berdasarkan pengujian yang dilakukan, patah yang terjadi pada benda uji rata-rata terjadi pada daerah logam las, dan ada sebagian pada derah base metal.patah yang terjadi pada base metal di karenakan pengelasan menggunakan arus pengelasan 110 ampere.sedangkan pengelasan yang menggunakan arus 100 ampere dan 105 ampere patahan rata-rata terjadi pada daerah logam las. KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Hasil penelitian dan analisa dalam penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Setelah dilakukan pengujian komposisi kimia dapat diketahui bahwa baja tersebut termasuk baja karbon rendah, hal ini terlihat dari kandungan karbonnya yang mengandung 0.0538% karbon 2. Perubahan yang terjadi pada struktur mikro pada baja yaitu baja yang mengalami perlakuan annealing pada suhu 850 0 C mengalami pembesaran butiran ferit sedangkan pada non aneling tidak mengalami perubahan. 3. Pada sepesimen yang mengalami perlakuan annealing kekerasan di daerah logam las, HAZ, logam induk menjadi lebih rendah dibanding dengan dilas tanpa perlakuan annealing. 4. Dalam proses annealing suhu 850 0 C yang digunakan menyebabkan nilai kekuatan tarik semakin menurun disbanding dengan yang tidak di annealing sehingga benda tersebut menandakan ulet. SARAN Dari hasil pengujian ada beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu sebagai berikut : 1. Dalam proses penecoran harus menggunakan prosedur keselamatan yang sesuai peraturan, karena asap dari hasil pegelasan sangat berbahaya buat pernafasan khususnya 2. Pastikan dalam proses pembuatan spesimen dan pengujian spesimen harus sesuai pada prosedurnya. 12
DAFTAR PUSTAKA Hestiawan, H., Suryono, A.F., 2014. Pengaruh Preheat dan Post Welding Heat Treatment Terhadap Sifat Mekanik Sambungan Las SMAW Pada Baja Amutit K- 460.[Online].http://download.portalgaruda.org/article.php[10 juni 2015] Humantoro., 2002, Perbandingan Struktur Mikro, Kekerasan dan Kekuatan Tarik Hasil Pengelasan Besi Dengan Pengelasan Elektroda E6013 dan Pengelasan Karbit, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakrta. Kenyon, W., 1985, Dasar-Dasar Pengelasan, terj. Ginting, D., Erlang ga, Jakarta Purwaningrum, Y., 2006, Karakteristik Sifat Fisis dan Mekanis Sambungan Las SMAW Baja A-287 Sebelum dan Sesudah PWHT. [Online] http://journal.uii.ac.id/index.php/jurnalteknoin/article/download/91/50 [26 agustus 2015]. Santoso, J., 2006.,Pengaruh Arus Pengelasan Terhadap Kekuatan Tarik dan Ketangguhan Las SMAW Dengan Elektroda E7018. Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakrta. Suparman., 2006, Pengaruh Suhu Annealing Pada Post Weld Heat Treatment Pengelasan Baja Bohler Grade K-945 EMS 45 Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis, Tugas Akhir S-1 Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang, Semarang. Susanto., 2006, Pengaruh Jenis Elektroda E6013 dan E6010 Dengan Variasi Arus (80,100,120 Ampere) Pada Hasil Pengelasan Baja St 37 Dengan Kampuh X Terhadap Struktur Mikro dan Kekuatan Tariknya, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakrta. Wibowo, F.W., 2003., Pengaruh Holding Time Annealing Pada Sambungan SMAW Terhadap Ketangguhan Las Baja K945 EMS45, Tugas Akhir S-1 Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang, Semarang. Wiryosumarto, H., Okumura, T., 2000, Teknologi Penglasan Logam. Cetakan Kedelapan. Jakarta. Pradnya Pratama 13