TUGAS AKHIR PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL Diajikan Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun : TRI WIDODO NIM : D200070011 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, Februari 2016 Yang menyatakan, Tri Widodo ii
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir berjudul PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersembahakan oleh Nama Nim : Tri Widodo : D200070011 Disetujui pada Hari : Tanggal : Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping (Pramuko IP,Ir.MT) (Agus Dwi A,ST,M.Eng,Ph.D) iii
HALAMAN PENGESAHAN Tugas akhir berjudul PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersembahkan oleh : Nama Nim : Tri Widodo : D200070011 Disahkan pada : Hari : Tanggal : Tim Penguji : Ketua : Pramuko IP,Ir.MT (...) Anggota 1 : Agus Dwi A,ST,M.Eng,Ph.D (...) Anggota 2 : Muh. Alfatih Hendrawan,ST,MT (...) Dekan Ketua Jurusan Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. Tri Widodo B. R., ST, MSc, Ph.D. iv
v
MOTTO Dan rendahkanlah dirimu terhadap keduanya dengan penuh kasih sayang dan ucapkanlah, Wahai Tuhanku! Sayangilah kedua-nya sebagaimana mereka berdua telah mendidik aku pada waktu kecil. (QS. Al-Isra 17:24) Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua. (Aristoteles) Kemenangan yang seindah-indahnya dan sesukar-sukarnya yang boleh direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri (Ibu Kartini) Janganlah larut dalam kesedihan karena masih ada hari esok yang menyongsong dengan sejuta kebahagiaan (Tri Widodo) vi
RINGKASAN 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 vii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum. Wr. Wb. Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan peneliti ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul PENGARUH ANNEALING PADA PERUBAHAN SIFAT MEKANIS DAN SIFAT FISIS PADA PENGELASAN BAJA UNTUK CHASIS MOBIL, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keiklasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dang penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D sebagai dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar R, M.T., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Pramuko IP,Ir.MT selaku dosen pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah. viii
4. Bapak Agus Dwi A,ST,MT,Ph.D selaku dosen pembimbing II yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah. 5. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberi ilmu pengetahuan kepada penulis selama mengikuti kegiatan kuliah. 6. Bapak dan Ibu tercinta yang setiap waktu selalu mendo akan, memberikan semangat dan dorongan, serta terima kasih atas semua nasehat, bimbingan dan pengorbananmu selama ini sehingga penulis semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Semua do a dan kasih sayang tulus darimu akan selalu mengiringi langkahku, 7. Kawan-kawan Teknik Mesin 2007 yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wasalammu alaikum. Wr. Wb. Surakarta, Oktober 2015 Penulis ix
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Skripsi... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Lembar Moto... vi Abstrak... vii Kata Pengantar... viii Daftar Isi... x Daftar Gambar... xiii Daftar Tabel... xvi Daftar Symbol... xvii Daftar Lampiran... xviii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah... 1 1.2. Tujuan Penelitian... 2 1.3. Manfaat Penelitian... 3 1.4. Batasan Masalah... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Klasifikasi Baja... 6 2.2.1. Baja Karbon... 6 2.2.2. Diagram Fe-C... 8 2.2.3. Baja Paduan... 11 2.3. Pengelasan... 11 2.3.1. Klasifikasi Pengelasan... 11 x
2.3.2. Pengelasan Baja Karbon Rendah... 13 2.3.3. Pengelasan Elektroda Terbungkus... 13 2.3.3.1. Pengelasan Elektroda Terbungkus... 13 2.3.3.2. Jenis Arus Dalam Pengelasan Elektroda Terbungkus... 17 2.3.3.3. Elektroda Dalam Pengelasan Elektroda Terbungkus... 18 2.3.3.4. Fluks Dalam Pengelasan Elektroda Terbungkus... 19 2.3.3.5. Kampuh Dalam Pengelasan Elektroda Terbungkus... 24 2.3.3.6. Hal-hal yang Harus Diperhatikan Dalam Pengelasan Elektroda Terbungkus... 25 2.4. Metalurgi Dalam Pengelasan... 28 2.4.1. Siklus Thermal Daerah Las... 29 2.4.2. Reaksi Pembekuan... 33 2.4.3. Ketangguhan Daerah Las... 35 2.5. Post Weld Heat Treatment... 37 2.6. Proses Annealing... 37 2.7. Pengujian Komposisi Kimia... 39 2.8. Pengamatan Struktur Mikro... 41 2.9. Pengujian Tarik... 44 2.10. Pengujian Kekerasan... 47 BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian... 49 3.2. Persiapan Alat dan Bahan... 50 3.3. Dimensi Benda Uji... 54 3.4. Tempat Penelitian dan Pengujian Spesimen... 55 xi
3.5. Prosedur Penelitian... 55 3.6. Rancangan Analisa Data... 61 3.7. Kendala... 62 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Komposisi Kimia Bahan Baja Karbon Rendah... 63 4.1.1. Data Komposisi Kimia Bahan Baja Karbon Rendah... 63 4.2. Pengujian Struktur Mikro... 65 4.2.1 Gambar Hasil Pengamatan Struktur Mikro... 65 4.2.2. Pembahasan Pengujian Struktur Mikro... 68 4.2.2.1. Struktur Mikro Pada Daerah Logam Induk... 69 4.2.2.2. Struktur Mikro Pada Daerah HAZ... 69 4.2.2.3. Struktur Mikro Pada Daerah Las... 70 4.2. Uji Kekerasan... 71 4.2.1. Hasil Pengujian Kekerasan... 71 4.2.2. Pembahasan Pengujian Kekerasan... 74 4.3. Pengujian Tarik Dengan Standar ASTM E8M... 75 4.3.1. Hasil Pengujian Tarik... 75 4.3.2. Pembahasan Pengujian Tarik... 81 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 83 5.2. Saran... 84 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram Fe-C (http://web.utk.edu)... 8 Gambar 2.2. Fasa-fasa ferit, perlit... 10 Gambar 2.3. Fasa-fasa martensit... 10 Gambar 2.4. Las busur dengan elektroda terbungkus (Wiryosumarto dan Okumura, 2000)... 14 Gambar 2.5. Pengaruh arus listrik terhadap butiran logam cair (Wiryosumarto dan Okumura, 2000)... 15 Gambar 2.6. Dimensi Kampuh V Tunggal (AWS, 2004)... 24 Gambar 2.7. Contoh Siklus Thermal Pengelasan (Wiryosumarto, 1994)... 30 Gambar 2.8. Siklus Thermal Dalam Las Busur Tangan... 31 Gambar 2.9. Daerah Thermal Lasan (http://www.tptub.com)... 32 Gambar 2.10. Arah Pembekuan dari Logam Las... 33 Gambar 2.11. Diagram CCT Untuk Baja BJ60 (Wiryosumarto,1994)... 42 Gambar 2.12. Kurva Regangan-Tegangan... 45 Gambar 2.13. Batas Elastic dan Tegangan Luluh (Smith,1984)... 47 Gambar 3.1. Baja Karbon Rendah... 50 Gambar 3.2. Mesin Las Listrik... 51 Gambar 3.3. Universal Testing Machine (UTM)... 52 Gambar 3.4. Jangka Sorong... 53 Gambar 3.5. Ragum... 53 Gambar 3.6. Spesimen Benda Uji... 54 Gambar 3.7. Kampuh V terbuka... 54 Gambar 3.8. Spesimen Uji Tarik... 55 Gambar 3.9. Alat uji kekerasan Vikers mikrohardness... 59 Gambar 3.10. Alat uji Struktur Mikro... 61 xiii
Gambar 4.1. Struktur mikro pada spesimen dilas 100 A tanpa Anealling... 66 Gambar 4.2. Struktur mikro pada spesimen dilas 105 A tanpa Anealling... 66 Gambar 4.3. Struktur mikro pada spesimen dilas 110 A tanpa Anealling... 67 Gambar 4.4. Struktur mikro pada spesimen dilas 100 A Anealling... 67 Gambar 4.5. Struktur mikro pada spesimen dilas 105 A Anealling... 68 Gambar 4.6. Struktur mikro pada spesimen dilas 110 A Anealling... 68 Gambar 4.7. Grafik Uji Kekerasan Micro Vikers pada Pengelasan non Treatmen... 73 Gambar 4.8. Grafik Uji Kekerasan Micro Vikers pada Pengelasan Treatmen... 73 Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Uji Kekerasan Micro Vikers pada Pengelasan non Treatmen dengan Pengelasan Treatmen... 74 Gambar 4.10. Tegangan Tarik Spesimen Non Treatmen... 79 Gambar 4.11. Tegangan Tarik Spesimen dengan Perlakuan Anealling... 80 Gambar 4.12. Kekuatan Tarik Pengelasan Spesimen Non Treatmen dengan Spesimen Treatmen... 80 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Klasifikasi baja karbon menurut kadar karbonnya (Wiryosumarto,1994)... 7 Tabel 2.2. Jenis elektroda standar JIS (Wiryosumarto,1944)... 18 Table 2.4. Jenis fluks dan fungsinya (Wiryosumarto.1994)... 20 Tabel 2.5. Seleksi arus pada pengelasan... 26 Table 4.1. Hasil Uji Komposisi Kimia... 63 Tabel 4.2. Data Hasil Uji Kekerasan Micro Vickers Las Baja Karbon Rendah Tanpa Perlakuan Annealing... 71 Tabel 4.3. Data Hasil Uji Kekerasan Micro Vickers Las Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan Annealing... 72 Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tarik Non Treatmen Dengan Arus Pengelasan 100 Ampere... 76 Tabel 4.5. Hasil Pengujian Tarik Non Treatmen Dengan Arus Pengelasan 105 Ampere... 76 Tabel 4.6. Hasil Pengujian Tarik Non Treatmen Dengan Arus Pengelasan 110 Ampere... 77 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Tarik Treatmen Dengan Arus Pengelasan 100 Ampere... 77 Tabel 4.8. Hasil Pengujian Tarik Treatmen Dengan Arus Pengelasan 105 Ampere... 78 Tabel 4.9. Hasil Pengujian Tarik Treatmen Dengan Arus Pengelasan 110 Ampere... 78 xv
DAFTAR SIMBOL C Si S P Mn Ni Cr Mo Cu W Ti Sn Al Pb Ca Zn Fe = Karbon = Silicon = Sulphur = Phosphor = Mangan = Nikel = Khrom = Molybdenum = Tembaga = Wolfram = Titanium = Timah = Aluminium = Timbal = Kalsium = Seng = Besi xvi