PENGARUH PROSES TERMOMEKANIK TERHADAP SIFAT MEKANIS BAJA BOHLER VCN 150 UNTUK MATA PISAU PEMANEN SAWIT SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ROYYAN SY NASUTION 080401001 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
ABSTRAK Telah dilakukan proses termomekanik pada bahan baja BOHLER VCN 150 untuk memperbaiki sifat mekanis bahan yang akan digunakan sebagai mata pisau pemanen sawit. Proses termomekanik dengan memvariasikan pemanasan pada temperatur 700 C, 750 C, 800 C, 850 C dan 900 C dengan dilakukan proses tempa/hammering pada penahanan waktu 5s, 10s, 15s dan 20s berturut turut. Hasil pengujian kekerasan nilai optimum tiap suhu terjati pada pukulan hammer 10 detik, sebesar 506,6 BHN, 499.2 BHN, 491.8 BHN, 266.2 BHN dan 275.8 BHN tiap variasi suhu. Tiga nilai optimum yang tertinggi dari hasil uji kekerasan diambil untuk uji tarik diperoleh hasil pengujian tarik optimum dengan tegangan batas sebesar 1149.305 Mpa dan tegangan luluh 930.506 Mpa pada suhu700 C/10s. Korelasi ukuran butir terhadap sifat mekanis yaitu dimana semakin kecil ukuran butir maka kekerasan dan kuat tariknya akan meningkat. Sedangkan untuk hubungan pemanasan antara deformasi dan ukuran butir, dimana pada waktu pukulan yang sama 10 detik semakin tinggi suhu pemanasan maka deformasi semakin meningkat dan diikuti diameter butir membesar. Proses termomekanik dapat memperbaiki sifat mekanis dan memperkecil ukuran diameter butir pada bahan baja BOHLER VCN 150. Kata Kunci: Proses Termo-mekanik, Baja Karbon, Sifat Mekanis,Diameter Butir
ABSTRACT Thermomechanical process has been done on the VCN 150 Bohler steel material to improve the mechanical properties of the material to be used as palm harvester blade. Thermomechanical process by varying the heating at a temperature of 700 C, 750 C, 800 C, 850 C and 900 C with a forging process / hammering at the detention time 5s, 10s, 15s and 20s gradually. Results of hardness testing temperature optimum value of each hammer blow terjati in 10 seconds, at BHN 506.6 BHN, 499.2 BHN 491.8 BHN, 266.2 BHN and 275.8 BHN each variation suhu. three highest optimum value of hardness test results taken for the tensile test results obtained the optimum tensile testing with a ultimate stress of 1149.305 MPa and yield stress 930 506 MPa on temperature 700 C/10s.Correlation the mechanical properties, where the smaller the grain size the hardness and tensile strength will increase. As for the warming relationship between deformation and grain size, which at the same time 10 seconds blow the higher the heating temperature increasing deformation and followed enlarged grain diameter. Thermomechanical process can fix the mechanical properties and reduce the size of the grain diameter steel BOHLER VCN 150 Keywords : Thermo - mechanical process, Carbon Steel, Mechanical Properties, GrainSize
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 Bohler Vcn 150 Untuk Mata Pisau Pemanen sawit ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. Tugas sarjana ini berisikan penelitian yang berhubungan dengan pembentukan ukuran butiran pada skala mikro dengan menggunakan proses thermo dan proses mekanik dengan mesin hammer diharapkan setelah proses ini terjadi perubahan sifatsifat 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 Drs.Syafruddin,MM dan Ibunda Masroh Tambunan yang telah memberikan perhatian, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materi juga saudara saudara dekat yang terus ikut memberikan dukungang dan semangat dalam proses penyusunan tugas akhir 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. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, Kak Ika, 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, Daniansyah, Aldiansyah Leo, Ismail Tanjung, Indra Rukmana, Maujan Yudika 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, dan yang lainnya Anggita Damayaresti dan Erian Azmi yang banyak memberikan bantuan dan dukungan semangat, 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, 12 November201 Royyan Sy Nasution NIM : 080401001
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... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Batasan Masalah... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1. Proses Panen Kelapa Sawit... 6 2.1.1 Klasifikasi Pisau Pemanen Sawit... 6
2.2 Baja... 9 2.1.1 Klasifikasi Baja... 9 2.3 Diagram Fasa Fe-C... 10 2.3.1 Ferrite... 11 2.3.2 Pearlite... 11 2.3.3 Austenite... 12 2.3.4.Cementite... 12 2.3.5 Martensite... 12 2.4 Mekanisme Penguatan Logam... 13 2.4.1 Pengerasan Regangan... 13 2.4.2 Larut Padat ( Solid solution Strengthening)... 13 2.4.3 Fasa Kedua... 13 2.4.4 Presipitasi... 14 2.4.5 Dispersi... 14 2.4.6 Penguatan Besar Butir... 15 2.5 Proses Termomekanikal... 16 2.5.1 Pemanasan... 16 2.5.2 Proses Mekanik... 17 2.6 Forging hammer... 18 2.6.1 Energi Hammer... 19 2.7 Pengujian Kekerasan... 19 2.8 Pengujian Tarik... 20 2.9 Perhitungan Diameter Butir... 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 25 3.1 Waktu dan Tempat... 25 3.2 Alat dan Bahan... 25 3.2.1 Alat... 25 3.2.2 Bahan... 26 3.3 Spesifikasi Spesimen... 26 3.4 Proses Termomekanik... 27 3.5 Pengujian... 29 3.5.1 Pengujian Kekerasan... 29 3.5.2 Pengujian Tarik... 30 3.5.3 Pengujian Metalografi... 32 3.6 Diagram Alir Penelitian... 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 36 4.1 Hasil... 36 4.1.1 Hasil Uji Kekerasan... 37 4.1.2 Hasil Uji Tarik... 39 4.1.3 Hasil Pengamatan Mikrostruktur... 40 4.2 Pembahasan... 44 4.2.1 Hubungan Temperatur Dengan Deformasi dan Gaya pukul pada nilai optimal dipukulan 10s (detik)... 44 4.2.2 Hubungan Antara TemperaturDengan Diameter Butir Dan Derajat Deformasi Pada Nilai Optimal... 45
4.2.3 Hubungan Antara Diameter Butir Dengan Sifat Mekanis... 46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 48 5.1 Kesimpulan... 48 5.2 Saran... 49 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Pisau Pemanen Sawit... 1 Gambar 2.1Egrek Sawit Merek Crocodile... 7 Gambar 2.2Egrek Sawit Warna Hitam... 7 Gambar 2.3Egrek Sawit Warna Putih... 8 Gambar 2.4Pisau Dodos... 8 Gambar 2. 5Diagram Fasa Fe-C... 10 Gambar 2.6 Pengaruh ProsesPemanasan... 17 Gambar 2.7Kurva Tegangan Regangan Baja... 21 Gambar 2.8 Perhitungan Butiran Menggunakan Metode Planimetri... 23 Gambar 3.1 Spesimen Uji Kekerasan... 26 Gambar 3.2 Spesimen Metalograffi... 27 Gambar 3.3 Spesimen Uji Tarik... 27 Gambar 3.4 Furnace... 28 Gambar 3.5 Mesin Hammer... 28 Gambar 3.6 Alat uji Brinell... 29 Gambar 3.7 Alat Uji Tarik... 31 Gambar 3.8 Mikroscop Optic... 33 Gambar 3.9 Diagram alir Penelitian... 35 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Waktu Pukulan Hammer Terhadap Kekerasan... 38 Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji Tarik... 39
Gambar 4.3 Foto mikro pembesaran 500X pada baha awal (raw material)... 41 Gambar 4.4 Foto mikro pembesaran 500x dan 200x... 41 Gambar 4.5 Hubungan Temperatur Dengan Deformasi Dan Gaya Pukul Pada Nilai Optimal di Pukulan 10s(detik)... 44 Gambar 4.6 Hubungan antaratemperatur Dengan Diameter Butir Dan Derajat Deformasi Pada Nilai Optimal... 45 Gambar 4.7 Hubungan antara Diameter Butir Dengan sifat Mekanis Bahan... 46 Gambar 4.8 Hubungan antara Diameter Butir Dengan Kuat Tarik secara Regresi linier... 47 Gambar 4.8 Hubungan antara Diameter Butir Dengan Kekerasan secara Regresi linier... 47
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Hubungan antara perbesaran yang digunakan dengan pengali Jeffries... 24 Tabel 4.1 Komposisi Baja BOHLER VCN 150... 36 Tabel 4.2 Sifat Mekanis Baja BOHLER VCN 150 (Rraw material).... 36 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kekerasan... 37 Tabel 4.4 Hasil Uji Tarik... 40 Tabel 4.5 Diameter Mikrostruktur... 42 Tabel 4.6 Hasil Proses Termomekanik Pada Nilai Optimal... 43
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 - ρρ - Kg/m 2 H Tinggi M F Gaya N W Energy N.m g gravitasi m/s 2 m massa kg v kecepatan m/s 2