1 PENGARUH MEDIA QUENCHING TERHADAP KEKUATAN BAJA AISI 1045 DIAPLIKASIKAN PADA SPROCKET RANTAI DENGAN METODE UJI IMPACT M Novry Hariansyah 1, IrMuslih Nasution MT 2 1,2 Jurusan TeknikMesinSekolahTinggiTeknik Harapan2016 E-mail :hariansyah.novry@yahoo.com Abstrak Sprocket rantai adalah roda bergerigi yang berpasangan dengan rantai, track, atau benda panjang yang bergigi lainnya yang terbuat dari baja AISI 1045, yang mana dalam pengaplikasiannya sering mengalami gesekan dan tekanan. Setiap baja mempunyai karakteristik yang berbeda-beda, seperti sifat-sifat fisis, sifat mekanis dan sifat kimia, Oleh sebab itu perlu suatu penanganan khusus yang diharapkan memiliki umur yang lebih lama dari perencanaannya, maka ketahanan terhadap aus dari bahan tersebut dapat dilakukan melalui perlakuan panas dengan cara hardening yang dilanjutkan dengan proses quenching dengan menggunakan media oli, larutan garam dan air yang bertujuan meningkatkan ketahanan terhadap gesekan dan tekanan. Dari hasil pengujian impak pada baja AISI 1045 (asli) memiliki rata-rata 10,24 joule sedangkan baja yang dihardening yang lalu di quenching dengan berbagai media mendapatkan nilai rata-rata yg lebih tinggi dengan nilai baja AISI 1045 (oli) rata-rata 53,35 joule, baja AISI 1045 (larutan garam) rata-rata 69,02 joule, dan baja AISI 1045 (air) rata-rata 91,60 joule. Sedangkan kekuatan impak baja AISI 1045 (asli) rata-rata 0,128 J/mm 2, baja AISI 1045 (oli) rata-rata 0,665 J/mm 2, baja AISI 1045 (larutan garam) rata-rata 0,862 J/mm 2, baja AISI 1045 (air) rata-rata 1,144 J/mm 2. Kata kunci: Sprocket Rantai, Baja AISI 1045, Hardening, Quenching Abstract Sprocket chain is a toothed wheel paired with chains, track, or other long objects toothed made of AISI 1045 steel, which in its application often experience friction and pressure. Each steel has characteristics that are different, such as physical properties, mechanical properties and chemical properties, therefore need a special handling that is expected to have a longer life than the planning, the resistance to wear of these materials can be done through heat treatment by means of hardening followed by quenching using oil media, saline solution and water were aimed at improving resistance to friction and pressure. From the test results impact on steel AISI 1045 (original) has an average of 10.24 joule steel dihardening while ago in quenching with a variety of media to get the average value the higher the value of AISI 1045 steel (oil) on average 53, 35 joules, AISI 1045 steel (saline) average of 69.02 joules and AISI 1045 steel (water) averages 91.60 joules. While the impact strength of steel AISI 1045 (original) averaging 0.128 J / mm 2, the steel AISI 1045 (oil) averaging 0.665 J / mm 2, the steel AISI 1045 (saline) averaging 0.862 J / mm 2, the steel AISI 1045 (water) averaging 1.144 J/mm 2. Keywords: Sprocket Chains, Steel AISI 1045, Hardening, Quenching 1. Pendahuluan 1.1 LatarBelakang Dalam bidang material terdapat dua cara perlakuan panas untuk meningkatkan nilai kekerasan baja, yaitu perlakuan panas (heat trearment) dan deformasi plastis. Baja karbon yang di panaskan hingga mencapai suhu austenit kemudian didinginkan secara cepat akan terbentuk struktur martensit yang memiliki kekerasan yang lebih tinggi dari struktur perlit maupun ferit, proses ini dinamakan quenching. Baja spesifikasi AISI 1045 merupakan baja karbon menengah dengan komposisi karbon berkisar 0,43-0,50 %. Baja ini umumnya dipakai sebagai komponen automotif misalnya untuk komponen roda gigi pada kendaraan bermotor yang pada aplikasinya sering mengalami gesekan dan tekanan maka ketahanan terhadap aus dan
2 kekerasan sangat di perlukan sekali [KS Review, 2004]. Untuk mendapatkan kekerasan dan ketahanan terhadap aus dari bahan tersebut dapat dilakukan melalui perlakuan panas dengan cara hardening yang di lanjutkan dengan proses quenching. Tujuannya untuk mendapatkan struktur martensit yang keras dan memiliki ketahanan aus yang baik. Dari proses quenching tersebut spesimen sering sekali mengalami cracking, distorsi dan ketidakseragaman kekerasan yang diakibatkan oleh tidak seragamnya temperatur larutan pendingin [Totten, 1993]. Pada proses quenching terjadi perpindahan panas dari spesimen baja kelarutan pendingin yang ditandai dengan terjadinya pembentukan gelembung-gelembung udara yang kemudian berlanjut dengan terbentuknya selubung udara pada permukaan sepesimen tersebut. Adanya selubung udara ini dapat memmbuat laju pendinginan menjadi lebih kecil dari pada laju pendinginan kritis [Totten, 1993]. Turunnya laju pendinginan ini dapat menyebabkan tidak kecapainya pembentukan fasa martensit. Oleh karena itu, untuk meningkatkan waktu terbentuknya selubung udara atau meningkatkan laju pendinginan, maka di perlukan suatu media air dalam alat quenching agitasi. 1.2 RumusanMasalah Berdasarkan latar belakang di atas yang menjadi perumusan masalah dalam skripsi ini adalah melakukan perbandingan ketangguhan dengan melakukan proses pengujian impak pada baja AISI 1045 dengan proses hardening yang lalu di quenching dengan oli, larutan garam, dan air yang digunakan pada sprocket rantai sepeda motor. 1.3 BatasanMasalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah pengujian impak menggunakan material baja AISI 1045 yang digunakan pada sprocket rantai sepeda motor dengan proses hardening yang lalu di quenching dengan oli, larutan garam dan air dengan menggunakan Impact Testing Machine. 1.4 Tujuan 1. Mendapatkannilaienergiserappada material bajaaisi 1045 asli dan dengan proses hardeningyang lalu di quenching dengan oli, larutan garam dan air yang digunakan pada sprocket rantai sepeda motor. 2. Mendapatkan nilai kekuatan impak pada material baja AISI 1045 asli dan dengan proses hardening yang lalu di quenching dengan oli, larutan garam dan air yang digunakan pada sprocket rantai sepeda motor. 3. Melakukan perbandingan pada material baja AISI 1045 asli dan dengan proses hardening yang lalu di quenching dengan oli, larutan garam dan air yang digunakan pada sprocket rantai sepeda motor. 2. Metodologi Penelitian 2.1 Tempat dan Waktu Pengujian Penelitian/pengujian dilaksanakan di Laboratorium Universitas Sumatera Utara (USU). Penelitian dan pengujian ini mulai dilasakanan bulan Februari 2016 sampai dengan bulan Juli 2016, dapat diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Kegiatan dan Lokasi Kegiatan Lokasi Pembuatan spesimen uji impak Pengujian uji impak 2.2 Alat Dan Bahan LaboratoriumTeknik Mesin Universitas Sumatera Utara Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara Dalam proses pengujian impak, alat dan bahan sangat penting digunakan untuk pengujian dan membantu membuat spesimen material uji impak. 2.2.1 Alat Adapun alat-alat yang digunakan untuk pembuatan dan proses pengujian uji impak antara lain sebagai berikut : 1. Mesin skrap 2. Mesin gerinda duduk 3. Mesin gerinda potong 4. Mesin gerinda tangan 5. Sigmat (jangka sorong) 6. Meteran 7. Jangka baja 8. Mistar baja 9. Blander potong 10. Alat uji impak 2.2.2 Bahan 1. Baja AISI 1045 Gambar 1. Baja AISI 1045
3 2.3 Proses Pembuatan Spesimen Uji Impak Dalam pembuatan spesimen uji impak harus dilakukan dengan ukuran yang sudah ditentukan. Langkah-langkah dari pembuatan spesimen uji impak antara lain sebagai berikut : 1. Pemotongan spesimen Baja AISI 1045 dengan mesin gergaji Baja AISI 1045 awalnya dipotong menggunakan gergaji mesin. Proses pemotongan baja AISI 1045 dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 4. Pengukuran Material Uji Impak Gambar 2. Proses Pemotongan Baja AISI 1045 2. Pemasangan spesimen uji impak Material uji Impact dipasang di tempat pemukulan uji impak pada alat uji impak. Perhatikan bahwa material uji impak benar-benar pas pada saat sebelum bandul diayunkan untuk memukul material uji impak tersebut dan dapat diperlihatkan pada Gambar 5. 2. Penyekrapan Baja AISI 1045 Baja yang sudah di potong dengan mesin gergaji, kemudian baja di sekrap dengan mesin sekrap agar mendapatkan ukuran yang sudah ditentukan. Penyekrapan dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 5. Pemasangan Material Uji Impak 3. Mengatur jarum pada posisi 0 Material uji impak dipasang dengan pas, harus diatur terlebih dahulu jarum diarahkan pada nilai 0, dapat diperlihatkan pada Gambar 6. Gambar 3. Proses Penyekrapan 2.4 Proses PengujianUjiImpak 1. Pengukuran spesimen uji impak Pertama material uji impak bahan baja DIN 2344 sebelum diuji diukur terlebih dahulu tebal, lebar dan panjang material tersebut dapat diperlihatkan pada Gambar 4. Gambar 6. Pengaturan Jarum pada Nilai Impak 4. Melepaskan ikatan pada lengan bandul Bandul dilepaskan atau dijatuhkan untuk memukul material uji impak pas pada takik yang dibuat untuk dipukul pada material uji impak. Seperti Gambar 7.
Energi Serap (J) 4 3. Hasil Dan Pembahasan Hasil perbandingan pada material baja AISI 1045 (asli) dengan baja AISI 1045 yang di hardening dan dengan beberapa variasi quenching dapat diperlihatkan dari Tabel 2. Tabel 2. Hasil Uji Impak Pada Baja AISI 1045 Gambar 7. Proses Pemukulan Material Uji Impak 5. Melihat nilai pada petunjuk jarum alat uji impak Setelah bandul dijatuhkan dan sudah memukul material uji impak, harus dilihat arah jarum terletak nilai-nilai yang ada agar bias dilakukan perhitungan pada rumus-rumus uji impak dapat diperlihatkan pada Gambar 8. I II III Asli Jenis Spesimen Baja AISI 1045 Oli Larutan Garam Dari hasil data-data yang didapat dari hasil pengujian yang dilampirkan pada Tabel 2 diatas, maka dapat dijelaskan dalam bentuk grafik dibawah. Air E serap Is E serap Is E serap Is E serap Is 8,72 10,24 11,78 0,109 0,128 0,147 51,81 53,74 54,51 0,647 0,669 0,681 67,66 69,70 69,70 0,847 0,870 0,871 86,53 93,04 95,24 1,082 1,160 1,190 Rata 2 10,24 0,128 53,35 0,665 69,02 0,862 91,60 1,144 1. Perbandingan E serap hasil uji impak pada baja AISI 1045 asli dengan Baja AISI 1045 yang di hardening dan dengan beberapa variasi quenching. Energi Serap (J) Gambar 8. Melihat Jarum Sesudah Melakukan Pengujian 6. Menganalisa bahan setelah pengujian Setelah proses pengujian, material uji impak dianalisa bahwa material uji terjadi putus atau tidak putus setelah proses pengujian yang dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9. Material Uji Impact Setelah Proses Pengujian 100 80 60 40 20 0 10.24 53.35 69.02 Asli Oli Larutan Garam Air Perbandingan Baja AISI 1045 91.6 Gambar 10. Grafik Perbandingan Rata-rata Eserap Pada Baja AISI 1045 Pada grafik ini memperlihatkan bahwa pada grafik perbandingan energi serap baja AISI 1045 yang asli dengan pemanasan (hardening) dengan variasi quenching oli, larutan garam, dan air dapat dilihat rata-rata dari hasil pengujian impak pada grafik diatas, dengan masing-masing nilai E serap pada baja asli memiliki rata-rata10,24 J, sedangkan baja yang dilakukan proses pemanasan (hardening) dengan quenching oli nilai E serap 53,35 J, larutan garam E serap 69,02 J, dan air E serap 91,60 J. Maka yang mendapatkan nilai E serap tertinggi terdapat pada baja yang di hardening dan di quenching dengan menggunakan metode air dengan nilai E serap 91,60 J. Sedangkan nilai E serap terendah terdapat pada baja asli dengan nilai E serap 10,24 J.
Kekuatan Impak (J/mm 2 ) 5 2. Perbandingan Kekuatan hasil uji impak pada baja AISI 1045 asli dengan Baja AISI 1045 yang di hardening dan dengan beberapa variasi quenching. 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Gambar 11. Grafik Perbandingan Rata-rata Kekuatan Impak Baja AISI 1045 Pada grafik ini memperlihatkan bahwa pada grafik perbandingan kekuatan impak baja AISI 1045 yang asli dengan pemanasan (hardening) dengan variasi quenching oli, larutan garam, dan air dapat dilihat rata-rata dari hasil pengujian impak pada grafik diatas, dengan masing-masing nilai kekuatan impakpada baja asli memiliki rata-rata 1,128 J/mm 2, sedangkan baja yang dilakukan proses pemanasan (hardening) dengan quenching oli nilai0,665 J/mm 2, larutan garam 0,862 J/mm 2, dan air1,144 J/mm 2. Maka yang mendapatkan nilai kekuatan tertinggi terdapat pada baja yang di hardening dan di quenching dengan menggunakan metode air dengan nilai kekuatan1,144 J/mm 2. Sedangkan nilai kekuatan terendah terdapat pada baja asli dengan nilai 0,128 J/mm 2. 4. Kesimpulan dan Saran 4.1. Kesimpulan Kekuatan Impak (J/mm²) 0.128 0.665 0.862 Asli Oli Larutan Garam Air Spesimen Baja AISI 1045 1.144 Berdasarkan hasil pengujian uji impak pada material baja AISI 1045 asli dan baja AISI 1045 yang melalui proses pemanasan (hardening) dengan suhu 800 0 yang kemudian di quenching dengan beberapa variasi medianya, baja AISI 1045 yang digunakan pada sprocket rantai mempunyai beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada hasil pengujian uji impak material baja AISI 1045 asli dan pemanasan 800 0 yang kemudian di quenching dengan oli, larutan garam dan air menghasilkan energi serap dengan nilai rata-rata masing-masing spesimen, nilainya adalah E serap baja asli=10,24 J, E serap oli = 53,35 J, E serap larutan garam = 69,02 J, dan E serapair = 91,60 J. 2. Pada hasil pengujian uji impak material baja AISI 1045 asli dan pemanasan 800 0 yang kemudian di quenching dengan oli, larutan garam dan air menghasilkan nilai kekuatan impak dengan rata-rata masing-masing spesimen, nilainya adalah Is baja asli = 0,128 J/mm 2, Is oli = 0,665 J/mm 2, Is larutan garam = 0,862 J/mm 2, dan Is air = 1,144 J/mm 2. 3. Dari rata-rata nilai E serap dan nilai kekuatan impak yang dihasilkan pada pengujian impak pada baja AISI 1045 asli dan pemanasan 800 0 yang di quenching dengan oli, larutan garam, dan air adalah baja AISI 1045 yang di panaskan (hardening) menggunakan quenching air memiliki energi serap dan kekuatan impak yang lebih besar dibandingkan dengan baja AISI 1045 asli, baja AISI 1045 yang melalui pemanasan 800 0 yang lalu di quenching dengan oli dan larutan garam, yang telah terbukti dengan melakukan penelitian dengan melakukan proses pengujian uji impak. 4.2 Saran Disarankan untuk mengembangkan judul dari skripsi saya dengan melakukan proses hardening dengan berbagai variasi holding time atau berbagai variasi quenching. 5. Daftar Pustaka Avner, H, S. 1974. Introduction to Physical Metallurgy. 2 nd edition. McGraw Hill International Editions, New York. Budi Prasojo, ST. 2002.Buku Petunjuk Praktek Uji Bahan. Jurusan Teknik Permesinan Kapal, PPNS. Chain Sprocket Aplikasi Baru di Segmen Otomotif yang Menjanjikan. KS Review Vol V No 2. 2004. P62. Chemical Composition of AISI 1045. Diakses tahun 2009. (On line) Available at http//www.strindustries.com. Dr. Ir. Mardjono Siswosuwarno, November 1988. Material Teknik, Sifat, Penggunaan dan Masalah Pengerjaan, Tim Pelaksana Proyek Kerjasama PLN-ITB. George E. Dieter. Buku Metalurgi Mekanik, Sriati Djaprie, Edisi ketiga jilid 2. http//.www.document/uji impact charpy.com di akses pada tanggal 10 Februari 2016. Joseph, Edward Shigley. 1983. Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 1. Professor Emiritus, The University of Michigan. Krauss, G. 1986. Principles of Heat Treatment of steel. American Society for Material, Metal Park Ohio. Totten, GE., Bates, CE., Clinton, NA.,.1993.Handbook of Quenchant and Quenching Technology. ASM International, USA.
[1988], Annual Book of ASTM Standart, Vol 03.01, E 23, American Society for Testing and Materials. 6