KARAKTERISASI FISIK MEKANIK PROSES PENGELASAN MATERIAL BLOK MESIN DENGAN LAS OXY-ACETYLENE SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : ZUHRI NURISNA NIM. I0408075 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014 i
ii
PERSEMBAHAN Sebuah proses dan hasil karya kerja kerasku selama ini. Karya ini merupakan langkah awalku untuk meraih sesuatu yang lebih dari sekarang ini, sebagai langkah untuk meraih prestasi di jenjang berikutnya. Semoga senantiasa dapat menghadirkan kerja dan karya yang gemilang kedepannya. Karya ini kupersembahkan kepada : Bapak dan Ibuku tersayang, Terima kasih atas semua curahan do a, dukungan, nasehat dan kasih sayangmu selama ini Yang menjadikan itu semua sebagai sumber semangat bagiku Kakakku beserta keluarga, Terima kasih atas segala do a, dukungan dan motivasi Untuk memacuku menjadi lebih baik dalam segala hal iii
MOTTO Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat (Q.s. Al Mujadilah: 11) man jadda wajada, barangsiapa yang bersungguh-sungguh, dia (akan) mendapatkan iv
Karakterisasi Fisik Mekanik Proses Pengelasan Material Blok Mesin dengan Las Oxy-Acetylene Zuhri Nurisna Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail: zuhri_nurisna@yahoo.co.id Abstrak Material blok mesin aluminium dalam pengunaannya sering terjadi masalah abrasi pada jalur sirkulasi pendingin dan terjadi kerusakan retak dan patah. Perbaikan blok mesin biasanya menggunakan las oxy-acetylene. Refrensi ilmiah pengelasan blok mesin dengan las oxy-acetylene sangat minim, sehingga pelaksanaan pengelasan blok mesin tersebut mengandalkan pengalaman operator. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh jenis filler dari limbah piston dan sepatu rem terhadap sifat fisik mekanik hasil las oxy-acetylene material blok mesin. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah material blok mesin Mitsubishi Colt T 120, dilas dengan filler yang bervariasi yaitu limbah piston Mitsubishi, Hino, Mercedes dan limbah sepatu rem. Hasil las diuji tarik dengan menggunakan standar JIS Z 2201, diuji kekerasan menggunakan micro vickers dengan standar ASTM E92 dan diuji struktur mikro. Hasil las dengan filler sepatu rem mempunyai kekuatan tarik tertinggi yaitu 108,68 Mpa. Hai ini disebabkan oleh komposisi kimia dan struktur mikro daerah las yang hampir sama dengan logam induk. Kekuatan tarik terendah terjadi pada logam las dengan filler piston Mercedes Benz yaitu 69,62 Mpa yang disebabkan oleh terbentuknya porositas yang banyak. Kata kunci : blok mesin, filler, dan las Oxy-Acetylene Welding (OAW). v
Physical and Mechanic Properties of Oxy-Acetylene Welded Engine Material Zuhri Nurisna Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-mail: zuhri_nurisna@yahoo.co.id Abstract Abrasion, crack and damage often occur in engine material during application. Oxy-acetylene welding is usually chosen for repairing those failures. Due to the limitition of sceintific references in this field, its procedure was developed by operators and its quality depended on their skill and experience. This paper proposed the oxy-acetylene procedure to repair the failures in engine material based on chemical composition of filler materials. Engine material of Mitsubishi Colt T 120 was used. Piston of Mitsubishi, Hino, Mercedes Benz and brake shoes were used as filler materials. Tensile and hardness tests were performed using JIS Z 2201 and ASTM E 92 standard respectively. Metallographic standard was performed to investigate the microstructure of HAZ and weld metal. The experimental result showed chemical composition of brake shoes filler was similliar to that of base material. It led specimen with brake shoes filler had the highest tensile strength of 108.86 Mpa. Due to the high intensity of porosity in weld metal with Mercedes Benz piston filler, it had the lowest tensile strength of 69.92 Mpa. Key words : engine material, filler and Oxy-Acetylene Welding (OAW). vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan karakterisasi fisik mekanik proses pengelasan material blok mesin dengan las oxy-acetylene. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada : 1. Kedua orang tua penulis yang tercinta atas segala bimbingan dan dukungan sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Dr. Triyono, ST., MT selaku pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini. 3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 4. Bapak Nurul Muhayat, ST., MT., bapak Wibowo, ST., MT., dan bapak Heru Sukanto, ST., MT selaku dosen penguji. 5. Bapak Wibawa Endra Juwana., ST., MT selaku pembimbing akademik. 6. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 7. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS terkhusus kepada Laboran Laboratorium Material Maruto Adhi, ST. 8. Teman-teman seperjuangan angkatan 2008 Teknik Mesin UNS, Mahalevy dan Bengkel Rakimin yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 9. Noerma Shovie Rizqiea S. Kep., Ns yang selalu memberikan dukungan, semangat dan motivasi disetiap perjalanan penelitian penulis. 10. Serta semuai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya, terima kasih. Semoga Allah SWT membalas budi commit baik Anda to user semuanya. vii
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, Desember 2013 Penulis viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERSEMBAHAN... iii MOTTO... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan dan Manfaat... 4 1.5. Sistematika Penulisan... 4 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Dasar Teori... 8 2.2.1. Alluminium dan Alloy... 8 2.2.2. Paduan aluminium silicon pada aluminium casting... 11 2.2.3. Pengertian Las Oxy-acetylene... 13 2.2.4. Permasalahan dalam Pengelasan Aluminium Paduan... 15 2.3. Dasar-Dasar Pengujian Spesimen... 20 2.3.1. Pengujian Tarik... 20 2.3.2. Pengujian Kekerasan... 21 2.3.3. Pengujian Metalografi... 22 ix
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat Penelitian... 23 3.2. Bahan Penelitian... 23 3.3. Alat Penelitian... 23 3.4. Prosedur Penelitian... 26 3.5. Metode Analisis Data... 27 3.5.1. Uji Komposisi... 27 3.5.2. Uji Tarik... 28 3.5.3. Uji Kekerasan... 28 3.5.4. Uji Struktur Mikro... 28 3.6. Diagram Alir Penelitian... 28 3.7. Analisa Data... 30 BAB IV. HASIL DAN ANALISA 4.1. Komposisi Material Base Metal dan Filler Metal... 31 4.2. Karakteristik Fisik Makro dan Mikro Hasil Lasan... 32 4.3. Kekerasan Mikro Hasil Pengelasan... 36 4.4. Sifat Mekanis Hasil Lasan Blok Mesin terhadap Hasil Uji Tarik... 38 BAB V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 45 5.2. Saran... 45 DAFTAR PUSTAKA... 46 x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Sifat mekanik dari logam induk dan logam lasan... 7 Tabel 2.2. Sifat tarik melintang dari sambungan las... 7 Tabel 2.3. Daftar seri paduan aluminium tempa... 10 Tabel 2.4. Daftar seri paduan aluminium tuang... 10 Tabel 2.5. Perbandingankekuatantarikbeberapapaduan... 11 Tabel 3.1. Spesifikasi Universal Testing Machine... 25 Tabel 3.2. Ukuran spesimen uji tarik... 28 Tabel 3.3. Diskripsi Pengambilan data... 30 Tabel 4.1. Hasil uji komposisi material blok mesin dan filler... 31 xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Grafik kekuatan tarik dan grafik kekerasan mikro... 8 Gambar 2.2. (a). Diagram kesetimbangan Al-Si... 12 Gambar 2.2. (b). Mikrostuktur Al-Si hipoeutektik... 12 Gambar 2.2. (c). Mikrostruktur Al-Si eutektik... 12 Gambar 2.2. (d). Mikrostruktur Al-Si hipereutektik... 12 Gambar 2.3. Prinsip pengelasan oxy-acetylene... 13 Gambar 2.4. Nyala karburasi... 14 Gambar 2.5. Nyala oksidasi... 14 Gambar 2.6. Nyala netral... 14 Gambar 2.7. Seperangkat peralatan las oxy-acetylene... 15 Gambar 2.8. Struktur mikro daerah las dari paduan aluminium... 16 Gambar 2.9. Distribusi kekerasan logam hasil lasan... 17 Gambar 2.10. Terperangkapnya oksida film pada lasan... 18 Gambar 2.11. (a). Cacat porositas... 19 Gambar 2.11. (b). Porositas yang terdeteksi oleh radiografi... 19 Gambar 2.12. Terjadinya lubang halus dalam pengelasan aluminium... 19 Gambar 2.13. Kurva tegangan-regangan... 20 Gambar 2.14. Vickers Hardness test... 21 Gambar 3.1. (a). Blok mesin Mitsubishi Colt T120... 23 Gambar 3.1. (b). Limbah piston bekas Misubishi, Hino, Mercedes Benz dan sepatu rem... 23 Gambar 3.2. Cetakan filler... 24 Gambar 3.3. Universal Testing Machine... 24 Gambar 3.4. Alat uji keras Microvickers... 25 Gambar 3.5. Mikroskop mikro... 25 Gambar 3.6. Mikroskop makro... 26 Gambar 3.7. Blok mesin yang telah dipotong... 27 Gambar 3.8. Proses pengelasan... 27 Gambar 3.9. Penampang kawat menggunakan standar JIS Z 2201 9... 28 xii
Gambar 3.10. Diagram alir penelitian... 29 Gambar 4.1. Foto makro hasil lasan... 33 Gambar 4.2. Cacat porositas pada weld metal... 34 Gambar 4.3. Foto struktur mikro material hasil lasan... 35 Gambar 4.4. Distribusi kekerasan pada hasil lasan antar variasi filler... 37 Gambar 4.5. Grafik hasil uji tarik lasan... 38 Gambar 4.6. Patahan sampel hasil uji tarik... 39 Gambar 4.7. Foto makro penampang membujur patahan uji tarik... 40 Gambar 4.8. Foto makro penampang melintang patahan uji tarik... 42 Gambar 4.9. Inklusi pada weld metal... 43 xiii