KETANGGI]IIAN IMPAK BAJA DAI\I ALIJMINITJM AKIBAT PENGARUII PERLAKUAN PANAS Oleh
KUN SUHARNO, CATUR PRAMONO, SRI WIDODO Dosen Telmik Mesin Universitas Tidar Magelang ABSTRACT This study uses steel and aluminum materials. The purpose of this study was to determine impact toughness and pholo mscro on steel and aluminum that has been heated by LPG gas stove. The results showed that the optimum value of impact toughness of steel the average obtained on steel afier heatingfor I0 min at t,250 J / mm ' Impact toughness values at the highest alumimtm metal without heating st 0. I I8 J / mm 2 Sectional fracture of steel due to shock loads showed compression type, simple tension, and cross grain section. Sectional fracture without heating of alumimtm non heat treatment qnd aluminum lhat has been heated due to impact testing classified bross tension.
Keywords: Sleel, alaminum, impact toughness
A.
PENDAHULUAIY
Balran logam dibedakan menjadi logam besi (feno) drrn logam bukan besi (zaz feno\. Logam besi (feno), yaitu semui! jenis logam yang mengandung unsur besi (Fe) hingga IA0%. Logam besi sendiri dikelompokkan menjadi baja dan besi tuang. Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan
30
Vol. 39 No. 2, I
5 Agustut
201 3 : 30-11
dasamya adalah unsur besi (Fe) dan karbon (C) , namun ada juga
yang mengandung unsur lain seperti : silisium, mangan, fosfor,
belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah. unsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat besi atau baja
pada umumnya dan unsur zat arang (karbon) yang paling besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya. Logam bukan besi (non ferro) yaitu semua logam yang tidak mengandung besi.
**
besi (Fe) atau hanya sedikit mengandung unsur
Bahan non logam dibedakan menjadi dua yaitu bahan alami
dan bahan sintetis. Bahan alami, yaitu bahan yang langsung diperoleh dari alam, contohnya : kayu, batu, pasir dan lain-lain. Bahan sintetis, yaitu bahan yang diolah secara sintetis dengan cara mengubah komposisi kimiany4 contoh : plastiko karet sintetis, damar sintetis dan lain-lain. Logam non ferro murni kebanyakan tidak langsung digunakan. Logam tersebut biasanya dipadukan dengan logam lain guna memenuhi syarat yang diinginkan. Logam non ferro juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki sifat-sifatnya. Jenis logam non ferro berat yang sering digunakan untuk paduan baja antara lain: nikel, kromium, molibdenum, wolfram, sedangkan untuk paduan logam non feno ringan digunakan magnesium, titanium, dan kalsium. oleh karena itq penting bagr kita untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari unsur logarnfeno dan logam nonfeto terutama baja dan aluminium, sehingga kita dapat menggunakannya secara optimal dan mengurangi dampak negatif penggunaan unsur logam dan non logam tersebut.
3l
Ketorgulnn Inpk fuja dan Aluminium aAldfu .... (Kun Mtorc, caar prutorn,
B.
si
vuldo)
TUJUAII PEI\TELITIAN
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui sifat impak dan penampang foto makro baja dan aluminium yang telatr dipanasi menggunakan kompor gas elpiji .
C.
TINJAUAhI PUSTAKA
Suharno (2002) melakukan penelitian pada bahan pelat ketel SA.285.Gr.C. akibat pelengkungan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa harga ketangguhan impak pelat akibat pengerolan sejajar
didapat 150,5 J/cm', dun pada kondisi pengerolan yang tegak lurus pelat menghasilkan nilai ketangguhan impak sebesar 192,9 Jlcmz. Baja tahan karat AISI 316L rnerupakan baja tipe austenitik. Baja tipe ini memiliki karakteristik ketahanan korosi yang sangat baik dan mudah dibentuk, sehingga baja tipe 316 L digunakan juga
pada apllikasi medis (biomateriaf (Bombac, dkk, 2007 dan Callister, Jr., 2000). Selain memiliki beberapa kelebihan, baja tipe ini juga memiliki beberapa kelemahan, antara lain kekuatan mekanik dan ketahanan aus yang rendah (Chen, X.H, dkk 2005). Beberapa metode digunakan untuk memperbaiki sifat mekanik baja
tatran karat AISI 316
L. Metode tersebut antara lain dengan cara menambahkan unsur paduan, metode perlakuan mekanik (mechanical treatment), dan perlakuan panas (Dieter, G.E., 1988).
Pramono (2011) melakukan penelitian pada material non logam yaitu komposit sandwlcft dengan s/rin komposit eceng gondok berpenguat 20%Q dan core partikel sabut kelapa variasi kandungan 40yoUF, s}yoUF, 60%UF. Secara umum, energi serap dan ketangguhan impak komposit sandwich menunjukkan trend
32
Vol. 39 No. 2, 15 Agustus 2013 :
3044
nilai yang sejalan (sama-sama meningkat). peningkatan tersebut diakibatkan material penyusun komposit sandwich terutama kandungan uF pada core yang semakin besar, konsekuensinya ketangguhan impaknya juga semakin tinggi. selanjutnya, kurva energi serap dan ketangguhan impak ditampilkan dalam Gambar I
dan2. .
.':
- /_
l'.
i
t". ---
ri
- --
--.
i -
L
j::rt.r
9l',-t
dlhlt
Ctr't vlri:t i l;n J.inis.r ;F
Gambar
l. Kurva energi
ii.:i.vl l
serap komposit sandwich
I
I
E
J
J
I
t ta1
rt
,i
l
fi
'j
l'r
!
......:
+ot!..:t s,li{l,F Cg
re v*riasi rian
J ur
gc;:uF,
gir ;t l'*+t
i
Gambar 2. Kurva ketangguhan impak komposit sandwich
33
Ketangguhan
D.
Impk
Baja dan Aluminiun aAkibat ... (Kun fuharno,
caur pramono, sri lliddo)
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan baja dan aluminium. Batran tersebut kemudian dipanasi dengan kompor gas elpiji sela.ma l0 menit, 20 menit. 30 menit, kemudian didinginkan secara alami. Pengujian bahan tersebut menggunakan alat uji impak charpy. Guna mengetahui sifat fisis bahan tersebut, kemudian dilakukan foto makro pada permukaan patah bahan tersebut. Diagram alir penelitian sesuai dalam Gambar 3.
SpaJmnd.llnpam*a
FrdrA
:m
W&! Fluan
mni{tprlmn f,2J}
Gambar 3. Diagram alir penelitian
34
Yol. 39 No. 2, I S Agustus
E.
201 3 :
30-44
HASIL DAI\[ PEMBAIIASAI{
E.l Ketangguhan Baja Pengujian impak bertujuan untuk mengetahui ketangguhan baja- variabet bebas dalam penelitian ini adalah baja tanpa pemanr*an dan baja dengan pemaruBan selama l0menit, 20 menit,
dan 30 menit. Hasil perhitungan ketangguhan baja dilakukan p€ngujian impak ditampilkan dalam Tabel l.
setelah
Tabel l. Ketangguhan Baja
Ketangguha! Impak
l,0l
I
Secara urnurn, nilai ketangguhan impak sejalan dengan energi
serap. Berdasarkan Tabei
1 menunjukkan bahwa nilai keLgguhan
impak baja akibat pemanasan diatas kompor selama l0 menit cenderung meningkal kemudian semakin lama pemanasan
menunjukkan ketangguhan impak baja cende*ng -.nurun. Nilai optimum rata+ata diperoleh pada baja akibat pemanasan selama l0 menit sebesar l,zs\ Jrmm2. peningkatan nilai ketangguhan impak menunjukkan bahwa baja yang dipanaskan selama l0 menit menunjukkan bahwa sifat baja semakin ulet dibandingkan baja
35
Ketanguhan Impk fuja &n Aluminiun aAflbar .... Kun sutuna, caar pramono, sri
wtd&)
tanpa pemanasan. peningkatan waktu pemanasan baja dari 20 menit dan 30 menit menunjukkan ketangguhan impak baja yang
semakin menurun, sehingga sifat mekanis baja
tersebut
mengindikasikan baja semakin getas. Kurva ketangguhan impak baja tanpa pemanas:ui dan baja yang dipanaskan selama l0menit, 20 menit, dan 30 menit disajikan dalam Gambar 4.
f
i
:
-'rr
t= E _.; :,933
r"
-.'
t:5o -d -.
t'.-
l.:'tl
loEi
t.!r:
E
!
:.rcr
r _Jr,J
o
l0 W'Dltr t?trtnlJ!n
Gambar
4'
:t'
30
I,l"rhl
Kurva ketangguhan baja tanpa pemanasan dan baja yang telah dipanaskan
Penampang patah baja akibat beban kejut menunjukkan patah compression pada baja tanpa pemaruNan dan baja yang dipanaskan
selama l0 menit, namun pada baja yang dipanaskan 10 menit nampak jelas bahwa selain mengalamai patah compression juga mengalami patah simple tension. patah simple tension yang dimaksud adalah sebagian dari batang baja yang bertakik masih mampu menahan beban impak. Berdasarkan hal tersebut, maka
36
L'ol. 39 No. 2, I 5 Agusttts 201 3 : 30-41
memilsrkuat alasan bahawa baja yang dipanaskan selama 10 menit mem*:nyai nilai ketangguhan impak yang lebih tinggi dibanding dengan baja tanpa pemanasan. penampang patah baja yang dipanrskan selama 20 menit dan 30 menit menunjukkan jenis patah cross grain section. Patah cross grain section merupakan jenis patah dimana baja mengalami patah menjalar ke samping. Secara urnuln, patah cross grain section menunjukkan jenis patah yang mendekati kehrah ulet dan seharusnya nilai ketangguhan impaknya jauh lebih besar dibandingkan baja yang dipanaskan selama 10 menit. Berdasarkan hasil perhitungan ketangguhan impak nilai baja yang Cipanaskan selama 20 menit dan 30 menit lebih rendah dibandingkan dengan baja yang dipanaskan selama 10 menit. Hal tersebut dikarenakan annealing pada baja yang terlalu lama mengakibatkan terjadinya pelunakan sifat mekanis baja sehingga menyebabkan nilai ketangguhan impak baja menurun. penampang patah baja akibat pengujian impak ditampilkan dalam Gambar 5.
b
37
Ketangguhan Impak Baja dan Aluminium a,a,kibat .... (Kun Suhamo, Cattrr Pramono, Sri ltr/idodol
Gambar
5.
Penampang patah: a) baja tanpa pemanasan, b) baja
yang dipanaskan 10 menit, c) baja ,vang dipanaskan 20 menit, d) baja yang dipanaskan 30 menit E.2 Ketangguhan Aluminium Sifat keiangguhan impak logam aluminium tanpa pemanasan dan aluminium yang dipanaskan dengan menggunakan kompor selama l0menit, 20 menit, dan 30 menit disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2: Ketangguhan Aluminium
No.
Waktu Pemanasan (Menit)
Ketangguhan Impak (J/mm2;
1
0
0,1 18
2
10
0,047
3
20
0,039
4
30
0,052
38
Yol. 39 No. 2, 15 Agusus 2013 :
3044
Berdasarkan Tabel 2, logam aluminium menunjukkan nilai ketangguhan impak aluminium cenderung menurun jika dilakukan pemanasan. Hasil pengujian menunjukan bahwa ketangguhan
impak aluminium tertinggi terjadi pada logam dasar yang tidak diperlakukan pemanursan sebesar 0,118 J/mm2. penurunan nilai ketangguhan impak kemungkinan disebabkan terjadinya porositas aluminium setelah dipanaskan. proses terjadinya porositas aluminium klmungkinan pada saat aluminium dikenai panas maka terjadi pemuaian, selanjutrya aluminium mengkerut (mengecil) kembali tanpa diiringi dengan pemadatan yang sempurn4 sehingga terjadi porositas yang berukuran mikro. Hal tersebut juga diperkuat bahwa logam aluminium mempunyai titik lebur yang lebih rendah dibanding dengan logam buju, sehingga nilai ketangguhan impak kedua logam tersebut setelah dipanaskan menunjukkan baja mempunyai nilai ketangguhan impak yang lebih tinggi dibandingkan dengan aluminium. Berdasarkan uraian tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa terjadinya penurunan nilai ketangguhan impak aluminium yang signifikan kemungkinan disebabkan pemanasan pada aluminium yang mempunyai titik lebur rendah menyebabkan pemuaian yang cepat, sehingga logam tersebut tidak dapat kembali sempunu dan menimbulkan porositas yang semakin banyak." Selanjutnya, kurva ketangguhan impak logam aluminium tanpa pemanasan dan aluminium yang dipanaskan selama l0 menit, 20 menit, dan 30 menit ditampilakan dalam Gambar 6.
39
Kelotgul@, IrW* fuja fon Ahnhlwtt aAbfui .... (Kutr Suhano, Catur prannra, &f Wide)
0,160
E t =
t !
c.:zc
o.oec
E
f,s: ..4
!'
= d
F
.i
C.34C
o.300
010
20
l0
iY:ltrr )en"rn:sgr r l"lsFi:
Gambar
6. Kurva
ketangguhan aluminium tanpa pemanasan dan aluminium yang telah dipanaskan
Penampang patah logam aluminium tanpa pemanasan dan aluminium yang dipanaskan akibat pengujian impak secara visual nampak batrwa aluminium termasuk logam yang getas. Hal tersebut dzpal diamati pada permukaan penamapang paah aluminium hasil pengujian impak yang datar atau yang tergolong jenis patah brass
tension. Pada foto makro tidak nampak adanya porositas, namun dalam kenyataannya, logam aluminium setelah dipanaskan mempunyai dimensi ukuran yang lebih besar dibandingkan aluminium tanpa pemarutsan. Peningkatan dimensi suatu logam juga sangat dipengaruhi atau dapat dikatakan beriringan dengan peningkatan porositas bahan. oleh karena itu, kedua alasan tersebut sangat memperkuat terjadinya penumnan ketangguhan impak yang
40
I'ol. 39 No. 2, l5 Agusns 2013 : 30-41
drastic pada logam aluminium yang dipanaskan baik selama 10 menit, 20 menit. dan 30 menit. Penampang patah ditampilkan dalam Gambar 7.
Gambar 7. Penampang patah: a) aluminium tanpa pemanasan, b) aluminium yang dipanaskan 10 menit, c) aluminium yang dipanaskan 20 menit, d) aluminium yang dipanaskan 30 menit
4I
Kerangguhan Impak Baja dan Aluminium aAkibat .... (Kun suhamo, Catur pramono, Sri lltidodo)
F.
KESIMPULAN DAN SARAN
F.1
Kesimpulan Berdasarkan pembahasan di atas, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Nilai ketangguhan impak baja akibat pemanasan diatas kompor selama 10 menit cenderung meningkat, kemudian semakin lama p.**** menunjukkan ketangguhan impak baja cenderung menurun. Nilai optimum rata-rata diperoleh pada baja akibat pemanasan selama 10 menit sebesar 7 ,250 J lmmz . 2. Penampang patah baja akibat beban kejut menunjukkan beberapa jenis patahan yaitu patah compression , patah simple tension, dan patah cross grain section. 3. Nilai ketangguhan impak aluminium cenderung menurun jika dilakukan pemanasan. Hasil pengujian menunjukan bahwa ketangguhan impak aluminium tertinggi terjadi pada logam tanpa pemanasan sebesar 0,118 Jlmm2. 4. Penampang patah logam aluminium tanpa pemanasan dan aluminium yang dipanaskan akibat pengujian impak tergolong jenis patah brass tension,
F,2
Saran
Perlu diteliti kembali struktur mikro aluminium
guna
memperjelas gambar porositas aluminium. Hat tersebut berguna untuk memperkuat alasan ketangguhan impak aluminium yang turun secara signifikan setelah diperlakukan panas.
42
Yol. 39 No. 2, I 5 Agusrus 201 3 :
3044
DAFTAR PUSTAKA Anonim. Properties and selection lron and steels. American Society For Metals, New york. Bombac, D., Brojan, M., Fajfar, p., Kosel, F., dan Turk, R., 2007. Rev i ew of M at e r i al s i n Me di c al App I i c at i o ns . P.ltrz-Material s and Geoenvironment
cubberly dan william, H. 1983. Metals Handbook Nine Edition. McGraw-Hill Book Company. USA
Callister, Jr.,
.
"Fundamentals of Materials Science and Engineering", lnteractive e Text, John Wiley & Sons.USA 2001
Diesel,Y. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel yanmar. pT. yanmar Indonesi4 Jakarta.
Chen, X.H., Lu, J., Lu, L., dan Lu, K., 2005. properties of a Nanocrystalline 3I6L Austenitic stainless Steel. scripta Materialia
Dieter, G.E., 1988. Mechanical Metalurgt McGraw-Hill Book Company, Sl Metric edition, USA Hari, Amanto dan Daryanto, 1999. Ilmu Bahan Bumi Aksara" Jakarta.
Pramono,
c.20ll.
Karafueristik sifat Mekanis Komposit sandwich dengan core Partikel sabut Kelapa skin Komposit dari
43
Keangiwt Inpt
Baja
&n Alninhon aAkbar
..
.
(Kta futuno, cattr pramono, sri ,rture)
Eceng Gondok. Program pasca Sarjana FT. UGM. Yogyakarta
surdi4T. dan shinroku,s. 1999. pengetahuan Bahan
Telcnik.
Pradnya Paramita Jakarta. Suyanto. 2q01. Bahan Bakar dan Minyak Lumas. Sekolah Tinggi Perikana4 Jakarta.
Taufikurrahman, Sutejo,B.K. dan Henry,S. 2005. struldur Material Logam Poduan. UNDIP, Semarang.
Warsowiwoho dan Harahap,G. 1984. Bahan Bakar, pelumas, Pelumasan dan Servis. Pradnya paramita, Jakarta.
44