PENGARUH PROSES TERMOMEKANIK TERHADAP SIFAT MEKANIS BAJA BOHLER K-110 KNL EXTRA UNTUK BAHAN MATA PISAU PEMANEN SAWIT SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALDIANSYAH LEO 080401004 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014
i ABSTRAK Depormasi plastis adalah suatu proses pembentukan logam, dimana ukuran dan bentuk logam tidak dapat kembali ke bentuk semula. Tujuan dari penelitian ini adalah Mengamati pengaruh hammering dan tingkat deformasi terhadap sifat mekanis bahan seperti kekerasan, kekuatan tarik, dan struktur mikro bahan. Mengetahui hubungan dan pengaruh diameter butir terhadap sifat mekanis bahan. Melihat apakah baja K-110 yang telah diproses dengan perlakuan hammering memliki sifat mekanis lebih baik dari bahan awal (raw material) tanpa perlakuan apapun. Perbaikan sifat mekanis baja K-110 KNL EXTRA untuk mata pisau pemanen sawit ini dilakukan dengan metode deformasi plastis dengan menggunakan mesin hammering.pemanasan pada suhu 700 C, 750 C, 800 C, 850 C dan 900 C ditahan selama 1 jam dengan waktu pukulan 5 detik, 10 detik, 15 detik, dan 20 detik. Hasil dari pengujian ini adalah Sifat mekanis baja karbon tinggi tipe K-110 KNL EXTRA dengan proses Hammering diperoleh Hasil uji kekerasan maksimum adalah 617,8 BHN pada proses Hammering dengan suhu 850 C dan waktu pukulan 20 detik. Hasil uji tarik maksimum untuk nilai tarik ultimate sebesar 995,06 Mpa dan nilai tarik yield (luluh) sebesar 680 Mpa pada suhu 850 C dengan waktu pukulan 10 detik. Hubungan antara kekerasan dan ukuran butir berbanding terbalik, dimana semakin kecil ukuran butir maka bahan akan semakin keras. Sedangkan untuk hubungan antara kekuatan tarik dan ukuran butir juga berbanding terbalik, dimana semakin besar ukuran butir maka kuat tarik bahan akan semakin kecil. Pengaruh dari proses yang telah dilakukan, setelah diambil nilai-nilai optimalnya maka hasil yang diperoleh masih diatas dari pada bahan mentahnya (raw material), sehingga dapat disimpulkan bahwa pengaruh proses hammering menaikan sifat-sifat mekanisnya. Kata kunci: deformasi plastis, Baja K-110 KNL EXTRA, Sifat Mekanis,Diameter Butir. ABSTRACT
ii Depormasi plastic is a metal forming process, in which the size and shape of the metal can not return to its original shape. The purpose of this study is the effect of watching hammering and the degree of deformation of the material mechanical properties such as hardness, tensile strength, and microstructure of materials. Knowing the relationship and influence of grain diameter on mechanical properties of materials. See whether the steel K - 110 which had been processed by hammering treatment possess better mechanical properties of the starting materials ( raw material) without any treatment. Improvement of mechanical properties of steel K - 110 KNL EXTRA for palm harvester blade is done by plastic deformation method using hammering.pemanasan machine at a temperature of 700 C, 750 C, 800 C, 850 C and 900 C held for 1 punch a time clock to 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, and 20 seconds. The results of this testing are mechanical properties of high carbon steel type K - 110 KNL EXTRA with the test results obtained Hammering maximum hardness is BHN 617.8 Hammering on the process temperature 850 C and time blow 20 seconds. Tensile test results for the maximum value of 995.06 MPa ultimate tensile and tensile yield value ( yield ) of 680 MPa at a temperature of 850 C with a time of 10 seconds blow. Relationship between hardness and grain size is inversely proportional, where the smaller the grain size of the material will be the hardest. As for the relationship between tensile strength and grain size is also inversely proportional, where the larger the grain size of the material tensile strength will be smaller. The influence of the process that has been done, after having taken the optimal values are still above the results obtained from the raw material (raw material ), so it can be concluded that the effect of the process of hammering increasmechanicalproperties. Keywords : plastic deformation, K - 110 KNL EXTRA Steel, Mechanical Properties, Diameter Item
iii KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulilah saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga tugas sarjana ini dapat selesai. Tugas sarjana yang berjudul Pengaruh Proses Termomekanik Terhadap Sifat Mekanis Baja K-110 KNL EXTRA Untuk Bahan Mata Pisau Pemanen Sawit ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas sarjana ini berisikan penelitian yang berhubungan dengan pembentukan ukuran butiran pada skala mikro dengan menggunakan metode deformasi dengan menggunakan mesin hammering pada baja K-110 KNL EXTRA sehingga diharapkan terjadi perubahan sifat-sifat mekanis pada material tersebut. Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada: 1. Kedua orangtuaku, Ayahanda Adi Sucipto Leo dan Ibunda Aisyah yang telah memberikan perhatian, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga adikku Rahmanisyah yang terus menerus memberikan masukan selama pembuatan tugas sarjana ini. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Indra, MT selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing- Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, Ibu Ismawati, Kak Sonta, Bapak Syawal, Bang Sarjana, dan Bang Lilik yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan. 5. Seluruh anggota dalam tim penelitian ini, Ismail Husein Tanjung, Daniansyah, Royyan Sy Nasution, Sahir Bani Rangkuti, Indra Rukmana
iv Maujan Yudika. Penelitian ini merupakan suatu kesempatan yang sangat berharga bagi saya untuk dapat meningkatkan ilmu, dan kualitas, serta pengalaman yang tidak akan pernah saya lupakan. 6. Seluruh teman-teman stambuk 2008, Fadli, Abdul, Ikram, Rozy, Rahman, dan yang lainnya yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik dari pembaca sekalian sangat diharapkan demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak. Medan, 09 November 2013 Aldiansyah Leo NIM : 080401004
v DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 4 1.2 Perumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Batasan Masalah... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Klasifikasi Pisau Pemanen Sawit... 7 2.2 Klasifikasi Baja... 9 2.2.1 Baja Karbon... 10 2.2.2 Sifat-Sifat Baja... 12 2.2.3 Diagram Fasa Fe-C... 15 2.3 Mekanisme Penguatan Logam... 18 2.4 Proses Deformasi... 21 2.5 Proses Termomekanik... 22 2.5.1 Pemanasan... 22 2.5.2 Proses Mekanik... 23 2.6 Forging Hammer... 24 2.7 Pengujian Kekerasan... 25 2.8 Pengujian Tarik.. 26 2.9 Analisa Struktur Butir... 28 2.10 Pertumbuhan Struktur Butir... 29 2.11 Perhitungan diameter Butir.. 30
vi BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 32 3.1 Waktu dan Tempat... 32 3.2 Alat dan Bahan... 32 3.2.1 Alat... 32 3.2.2 Bahan... 33 3.3 Spesifikasi Spesimen... 33 3.4 Proses hammering... 35 3.5 Pengujian... 37 3.5.1 Pengujian Kekerasan... 37 3.5.2 Pengujian Tarik... 39 3.5.3 Pengujian Polishing... 41 3.6 Diagram Alir Penelitian... 43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 44 4.1 Hasil... 44 4.1.1 Hasil Uji Kekerasan... 44 4.1.2 Hasil Pengamatan Mikrostruktur... 47 4.1.3 Hasil Uji Tarik... 49 4.2 Pembahasan... 51 4.2.1 Hubungan Antara Kekerasan dan Kekuatan Tarik... 51 4.2.2 Hubungan Antara Kekerasan dan Diameter Butir... 52 4.2.3 Hubungan Antara Kekuatan Tarik dan Diameter Butir 53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 54 5.1 Kesimpulan... 54 5.2 Saran... 55 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Pisau Pemanen Sawit... 1 Gambar 2.1 Egrek Sawit Merek Crocodile... 7 Gambar 2.2 Egrek Sawit Warna Hitam... 8 Gambar 2.3 Egrek Sawit Warna Putih... 8 Gambar 2.4 Pisau Dodos... 9 Gambar 2.5 Diagram Fasa Fe-C... 15 Gambar 2.6 Pengaruh Proses Pemanasan Pada Perubahan Struktur Mikro Baja 23 Gambar 2.7 Kurva Tegangan Regangan Baja... 26 Gambar 2.8 Perhitungan Diameter Butir Menggunakan Metode Planimetri... 30 Gambar 3.1 Spesimen Uji Kekerasan... 33 Gambar 3.2 Spesimen Polishing... 34 Gambar 3.3 Spesimen Uji Tarik... 34 Gambar 3.4 Pemanasan Spesimen Di Dalam Furnace... 35 Gambar 3.5 Thermocouple Digital Tipe K... 36 Gambar 3.6 Mesin Hammer... 37 Gambar 3.7 Alat Uji Brinell... 38 Gambar 3.8 Alat Uji Tarik Torsee Instron... 39 Gambar 3.9 Mikroskop Optic... 41 Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian... 43 Gambar 4.1 Grafik Deformasi... 45 Gambar 4.2 Grafik Uji Kekerasan... 46 Gambar 4.3 Foto Mikro Pembesaran 500X Pada Baha Awal (Raw Material) 47 Gambar 4.4 Foto Mikro Pembesaran 500X... 48 Gambar 4.5 Grafik Hasil Uji Tarik... 50 Gambar 4.6 Hubungan Antara Kekerasan Dengan Kekuatan Tarik Terhadap Deformasi... 51 Gambar 4.7 Hubungan Antara Kekerasan Dengan Diamter Butir... 52 Gambar 4.8 Hubungan Antara Kekuatan Tarik Dengan Diameter Butir... 53
viii DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Hubungan Antara Perbesaran Mikroskop Optic Yang Digunakan Dengan Pengali Jeffries... 31 Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Bahan Baja K-110 KNL EXTRA... 44 Tabel 4.2 Pengujian Kekerasan Bedasarkan Skala Brinell... 45 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Diameter Butir... 48 Tabel 4.4 Hasil Uji Tarik Pada Nilai Optimal... 50
ix DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan A luas penampang mm 2 d diameter butir Μm D Diameter mm 2 ε Regangan % f pengali Jeffries butiran/mm 2 F gaya tarik N L Panjang Mm σ Tegangan MPa N jumlah butir - Δ Perubahan - π Konstanta 3,14 -