ANALISA KEGAGALAN PADA VELG MOBIL MITSUBISHI L300 BERBASIS BAJA
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh:
HASRAD NIM. 090401009
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
i Universitas Sumatera Utara
i Universitas Sumatera Utara
ii Universitas Sumatera Utara
iii Universitas Sumatera Utara
iv Universitas Sumatera Utara
v Universitas Sumatera Utara
vi Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Teknologi Pembentukan, yaitu “ANALISA KEGAGALAN PADA VELG MOBIL MITSUBISHI L300 BERBASIS BAJA”. Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Dr.Ir.Muhammad Sabri,MT sebagai Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Hasan, SPd. MM.dan Almarhumah Ibunda Siti Dinar, AMa. Pd, Kakak dan adik tersayang (Hartati, SPd dan Hasry) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Dr.Ir.Muhammad Sabri,MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3.
Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
4.
Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.
i Universitas Sumatera Utara
5.
Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Sukardi) dan teman-teman yang tidak dapat di sebutkan satu persatu yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
6.
Abang, adik-adik dan keluarga besar teknik mesin yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai
pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, Penulis,
Hasrad NIM : 090401009
ii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Velg baja mempunyai daerah yang dinamakan area kritis terletak di daerah hub, spoke, dan flange. Kegagalan pada daerah flange dapat mengakibatkan kerugian banyak pihak baik kerugian dari segi materi maupun dari segi non materi. Tujuan penelitian ini diharapkan kekuatan velg baja dapat meningkat tanpa perlu menambahkan elemen paduan khusus. Objek penelitian yang digunakan adalah velg mobil baja bekas Mitsubishi dengan diameter 14 inci (355,6 mm) dan lebar 5 inci (127 mm). Pengujian yang dilakukan adalah uji komposisi kimia, uji kekerasan, uji tarik, uji metalografi. Dari pengujian didapat bahwa komposisi pada material velg merupakan baja pada velg bekas. Kekerasan pada material velg di daerah flange yang normal adalah 121 skala BHN. Kekerasan pada daerah flange terdeformasi plastis adalah 89,3 skala BHN. Tegangan tarik maksimum adalah 409,610 MPa, elongasinya 5,48 %, tegangan mulurnya 266,207 MPa, Modulus Young 2651 Gpa. Foto mikro dengan 200 x dan 500 x pembesaran mendapatkan porositas pada daerah yang terjadi deformasi plastis.
Kata kunci: Velg baja, Tegangan mulur, Deformasi plastis velg.
iii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This research is for identified the stress, strain and energy impact than can be absorbed by the polymeric foam bike helm. The free-fall impact test is tested by using multifunction free-fall tester. The Helm is placed in the test rig which height can be adjusted. To identify the impact time that occur in the test, tester is using 8 inductive proximity sensors. Helm will fall and crash the anvil. The force exerted will be measured by the load cell that under the anvil. The analog signal data will be transferred from the load cell to the data acquisition system to be converted as the digital signal. The data will be stored in a PC as a table of Force (N) and time (s). The experimental test result for the impact that occur on the oil palm empty bunch fiber reinforced polymeric foam bike helm at the impact Test height of 1m is 275,33N for the impact on the side and 239,33 N for the impact on the back. The average stress that occur on the side is 1,029 MPa and on the back is 0,684 MPa. This stress that occur in helm is a factor that make the bike helm crush which is mean it already reach or passed the ultimate point.
Keyword : Free-fall impact, PF composite, print casting methods.
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................ i ABSTRAK ............................................................................................................ iii ABSTRACT .......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ...........................................................................................................v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................ ix DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xi BAB 1 PENDAHULUAN ........................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1 1.2 Perumusan Masalah ......................................................................................... 3 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3 1.4 Batasan Masalah .............................................................................................. 3 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................... 5 2.1 Baja .................................................................................................................. 5 2.2 Proses Pembuatan Baja ................................................................................... 6 2.3 Mikrostruktur Baja .......................................................................................... 7 2.4 Sifat-Sifat Baja ................................................................................................ 8 2.4.1 Sifat Fisik Baja ...................................................................................... 8 2.4.2 Sifat Mekanik Baja ................................................................................ 9 2.4.2.1 Kekuatan ........................................................................................ 9 2.4.2.2 Kekerasan ...................................................................................... 9 2.4.2.3 Kekenyalan .................................................................................... 9 2.4.2.4 Kekakuan ..................................................................................... 10 2.4.2.5 Plastisitas ..................................................................................... 10 2.4.2.6 Kelelahan ..................................................................................... 10
v Universitas Sumatera Utara
2.5 Aplikasi Baja Pada Velg Mobil ..................................................................... 10 2.6 Spesifikasi Velg Mobil .................................................................................. 11 2.6.1 PCD ..................................................................................................... 11 2.6.2 Offset .................................................................................................... 12 2.6.3 Centre Bore.......................................................................................... 13 2.6.4 Rim Marking ........................................................................................ 13 2.7 Velg Baja dan Velg Aluminium .................................................................... 13 2.7.1 Kualitas Velg Baja ............................................................................... 14 2.7.2 Kategori Velg Baja .............................................................................. 15 2.8 Paduan Baja Velg .......................................................................................... 15 2.8.1 Pengaruh Paduan Baja Velg .................................................................. 16 2.8.1.1 Pengaruh silicon (Si).................................................................... 16 2.8.1.2 Pengaruh Belerang (S) ................................................................. 18 2.8.1.3 Pengaruh Fosfor (P) ..................................................................... 20 2.8.1.4 Pengaruh Mangan (Mn) ............................................................... 22 2.8.2 Macam-Macam Paduan Baja ............................................................... 19 2.8.2.1 Paduan Al-Si ................................................................................ 19 2.8.2.2 Paduan Al-Cu .............................................................................. 20 2.8.2.3 Paduan Al-Mg ............................................................................. 20 2.9 Proses Pembuatan Velg ................................................................................ 25 2.9.1 Tipe One-piece Cast Wheels ................................................................ 25 2.9.1.1 Pengecoran gravitasi .................................................................... 25 2.9.1.2 Low Pressure Casting.................................................................. 26 2.9.1.4 Forging ........................................................................................ 26 2.9.2 Tipe Multi-Piece Wheels...................................................................... 27 2.10 Pengujian Bahan Velg Baja ......................................................................... 28 2.10.1 Tegangan .............................................................................................. 28 2.10.2 Regangan .............................................................................................. 29 2.10.3 Uji Komposisi Kimia............................................................................ 29 2.10.4 Uji Kekerasan (Hardness Test ) ........................................................... 30 2.10.5 Uji Metalografi ..................................................................................... 32 2.10.6 Uji Tarik ................................................................................................... 32
vi Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 34 3.1 Waktu dan Tempat ........................................................................................ 34 3.2 Prosedur Penelitian ........................................................................................ 34 3.3 Metode Pengumpulan Data ........................................................................... 34 3.3.1 Persiapan Bahan................................................................................... 34 3.3.2 Persiapan Alat ...................................................................................... 36 3.3.2.1 Mesin Gerinda Tangan ................................................................ 36 3.3.2.2 Ragum .......................................................................................... 36 3.3.2.4 Jangka Sorong ............................................................................. 38 3.3.3 Pembuatan Spesimen ........................................................................... 38 3.4 Pengujian ....................................................................................................... 39 3.4.1 Uji Komposisi ...................................................................................... 40 3.4.2 Uji Kekerasan ...................................................................................... 40 3.4.3 Uji Metalografi .................................................................................... 41 3.4.3.1 Pengamplasan Spesimen Uji Metalografi.................................... 42 3.4.3.2 Polishing Spesimen Uji Metalografi............................................ 43 3.4.3.3 Proses Observasi Spesimen Uji Metalografi ............................... 43 3.4.4 Uji Tarik .............................................................................................. 44 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 45 4.1 Uji Komposisi Kimia..................................................................................... 45 4.2 Uji Kekerasan ................................................................................................ 46 4.3 Uji Tarik ........................................................................................................ 48 4.4 Uji Metalografi .............................................................................................. 60 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARA 5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 61 5.2 Saran .............................................................................................................. 62 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. xii
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Bayer ............................................................................................ 6 Gambar 2.2 Struktur mikro dari Baja ......................................................................... 7 Gambar 2.3 Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon ....................................... 8 Gambar 2.4 Konstruksi velg mobil ........................................................................... 11 Gambar 2.5 PCD velg mobil ..................................................................................... 12 Gambar 2.6 Offset velg mobil ................................................................................... 13 Gambar 2.7 Ukuran velg mobil................................................................................. 13 Gambar 2.8 (a) Velg baja (b) Velg aluminium ........................................................ 14 Gambar 2.9 Diagram fasa Al-Si ................................................................................ 24 Gambar 2.10 Velg mobil tipe standart ..................................................................... 26 Gambar 2.11 Proses pembuatan velg sistem forging ................................................ 27 Gambar 2.12 Velg mobil tipe multi-piece wheels ..................................................... 28 Gambar 2.13 OES (Optical Emission Spectrometer)................................................ 30 Gambar 2.14 Alat uji kekerasan material logam ....................................................... 31 Gambar 2.15 Alat uji struktur mikro ......................................................................... 32 Gambar 2.16 Alat uji tarik ........................................................................................ 33 Gambar 3.1 Velg mobil bekas Mitshubishi L300 ..................................................... 35 Gambar 3.2 Mesin gerinda tangan ............................................................................ 36 Gambar 3.3 Ragum ................................................................................................... 37 Gambar 3.4 Mesin sekrap datar ................................................................................ 37 Gambar 3.5 Jangka sorong ......................................................................................... 38 Gambar 3.6 Bagian velg yang akan dibuat spesimen untuk pengujian .................... 38 Gambar 3.7 OES (Optical Emission Spectrometer).................................................. 40 Gambar 3.8 Brinell Hardness Tester ........................................................................ 41 Gambar 3.9 Mikroskop optik .................................................................................... 42 Gambar 3.10 Polishing Machine............................................................................... 43 Gambar 3.11 Metal Polish ........................................................................................ 43 Gambar 3.12 Alat uji tarik Torsee Type AMU-10 .................................................... 44 Gambar 3.13 Diagram alir penelitian ........................................................................ 50 Gambar 4.1 Spesimen uji komposisi kimia .............................................................. 45
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Spesimen uji kekerasan, (a) yang terdeformasi plastis, (b) yang normal ..................................................................................... 46 Gambar 4.3 Spesimen uji tarik .................................................................................. 48 Gambar 4.4 ASTM E 8M untuk sheet-type .............................................................. 48 Gambar 4.5 Grafik hasil pengujian tarik ................................................................... 49 Gambar 4.6 Spesimen uji metalografi, (a) yang normal, (b) yang terdeformasi plastis ............................................................................. 51 Gambar 4.7 Mikrostruktur spesimen yang normal, (a) dengan 100 x pembesaran, (b) dengan 200 x pembesaran ............................................................. 52 Gambar 4.8 Mikrostruktur spesimen yang terdeformasi plastis, (a) dengan 100 x pembesaran, (b) dengan 200 x pembesaran .............................. 53
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat fisik Baja............................................................................................. 8 Tabel 2.2 Penurunan harga impak akibat pengaruh kandungan P pada baja ........... 21 Tabel 3.1 Karakteristik paduan baja ........................................................................ 35 Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia ......................................................................... 45 Tabel 4.2 Pengujian Kekerasan di daerah flange normal dengan beban 1500 kg..... 47 Tabel 4.3 Pengujian Kekerasan di daerah flange terdeformasi plastis dengan beban 1500 kg .................................................................................................. 47 Tabel 4.4 Hasil pengujian tarik ................................................................................. 49
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Keterangan
Satuan
ζ
Tegangan
MPa
Ao
Luas penampang awal
mm2
F
Gaya
Newton
ε
Regangan
ΔL
Perpanjangan
mm
L0
Panjang mula-mula
mm
P
Beban
kgf
D
Diameter bola penekan
mm
d
Diameter lekukan
mm
Densitas
g/cm3
ζy
Tegangan mulur
MPa
ζu
Tegangan tarik
MPa
ζf
Tegangan patah
MPa
T
Tebal
mm
W
Lebar
mm
E
Modulus Young
Gpa
BHN
Brinell Hardness Number
BHN
xi Universitas Sumatera Utara
