ANALISIS METALOGRAFI DENGAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) DAN TENSILE TEST SAMBUNGAN LAS MENGGUNAKAN METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL
SKRIPSI
Disusun oleh: AGUS TARYONO K2512012
PROGRAM PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA JULI 2016 i
PERYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertandtangan dibawah ini : Nama
: Agus Taryono
NIM
: K2512012
Program Studi
: Pendidikan Teknik Mesin
Menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “ANALISIS METALOGRAFI DENGAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) DAN TENSILE TEST SAMBUNGAN LAS MENGGUNAKAN METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL” ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu,sumber informasi yang saya kutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka. Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta,
Juli 2016
Yang membuat pernyataan
Agus Taryono
ii
ANALISIS METALOGRAFI DENGAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) DAN TENSILE TEST SAMBUNGAN LAS MENGGUNAKAN METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL
Disusun oleh: AGUS TARYONO K2512012
Skripsi Ditulis dan diajukan untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
PROGRAM PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA JULI 2016 iii
PERSETUJUAN Nama
: Agus Taryono
NIM
: K2512012
Judul Skripsi
: ANALISIS METALOGRAFI DENGAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) DAN TENSILE TEST
SAMBUNGAN
LAS
MENGGUNAKAN
METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL
Skripsi ini telah distujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Persetujuan Pembimbing
Surakarta,
Juli 2016
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Suharno, S.T., M.T.
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.
NIP. 19710603 200604 1 001
NIP. 19780113 200212 1 009
iv
PENGESAHAN
Nama
: Agus Taryono
NIM
: K2512012
Judul Skripsi
: Analisis Metalografi dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dan Tensile Test Sambungan Las Menggunakan Metode TIG Pada Bahan Paduan Super Berbasis Nikel
Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari Jum’at, 29 Juli 2016 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan. Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Peenguji: Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji Skripsi: Nama Penguji Ketua : Prof. Muh. Akhyar, M.Pd.
Tanda tangan Tanggal .......................... .............
Sekretaris
:
Ir. Husin Bugis, M.Si.
.........................
............
Penguji I
:
Dr. Suharno, S.T., M.T.
.........................
.............
Penguji II
:
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.
........................
............
Skripsi disahkan oleh Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin pada Hari
:
Tanggal :
Mengesahkan Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Kepala Program Studi
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pendidikan Teknik Mesin
Prof. Joko Nurkamto, M.Pd.
Dr. Suharno, S.T., M.T.
NIP. 19610124 198702 1 001
NIP. 19710603 200604 1 001 v
MOTTO “Sungguh, Kami telah mengutus rasul-rasul Kami dengan bukti-bukti yang nyatadan Kami turunkan bersama mereka kitab dan neraca (keadilan) agar manusia dapat berlaku adil. Dan Kami menciptakan besi yang mempunyai kekuatan hebat dan banyak manfaat bagi manusia, dan agar Allah mengetahui siapa yang menolong (agama)-Nya dan rasul-rasul-Nya walaupun Allah tidak dilihatnya. Sesungguhnya Allah Maha Kuat, Maha Perkasa”. (Q.S Al Hadid: 25) “Berada di dunia tetapi bukan (bagian) dunia. Menjadilah berbeda”. (Robert Graves) “Jika kau bisa memimpikannya dan membayangkannya maka kau akan bisa meraihnya”. (Anonimous) “Kita semua hidup dalam ketegangan, dari waktu ke waktu,serta dari hari kehari; dengan kata lain, kita adalah pahlawan dari cerita kita sendiri”. (Mary Mccarthy)
vi
PERSEMBAHAN
Segala Puji Syukur dan kedahirat Allah SWT yang telah memberi kesempatan pada hamba-Nya untuk meraih setiap mimpinya dengan segala tantangan yang membuatnya menjadi orang lebih baik. Skripsi ini khusus aku persembahkan untuk:
Alm. Pak Wo dan Bu Surip Tak ada satu katapun yang bisa aku ucapkan untuk semua yang telah mereka berdua berikan. Semua kasih sayang, semua pengorbanan dan semua kasih sayang yang telah mereka berikan. Terima kasih untuk semuanya, kini anak yang kalian besarkan telah mencapai mimpinya. Tenanglah di Surga-Nya Pak Wo dan Bu Surip Bapak dan Ibu tercinta Terimakasih atas semua dukungan, pengorbanan dan kasih sayang yang senantiasa mengalirkan disetiap langkah kakiku yang membuatku tumbuh kuat dengan segala kelemahan dan kelebihanku sampai saat ini.
Buat Adikku Toni dan Bantar Terima kasih telah untuk motivasi dan semua bantuan yang kalian berikan. Kita akan selalu saling menjaga.
Untukmu Rahajengku Terima kasih untuk semuanya. Motivasi dan keberadaanmu disisiku yang membuatku terus berjuang hingga hari ini. Semoga Tuhan selalu menjagamu untukku hingga nanti.
vii
Apink, Yahya, Herlina Karya sederhana ini tak akan cepet selesai tanpa bantuan, dorongan dan kekompakan dari kalian semua. Rekan seperjuangan yang akan selalu menguatkan.
Nomaden Inc. Sampai nanti.. Kalian keluarga kecilku yang abadi. Terima kasih untuk semua hal gilanya, untuk semua kekonyolannya dan semua kebodohannya.
Keluarga Besar PTM 2012 Terima kasih untuk persaudaraan ini, kalian keluarga besarku yang akan selalu ada setiap waktu. Sekarang dan nanti semoga Tuhan senantiasa menjaga kita. We Are Family
viii
ABSTRAK Agus Taryono. K2512012. ANALISIS METALOGRAFI BAHAN DENGAN SCANNING MICROSCOPE ELECTRON (SEM) DAN TENSILE TEST SAMBUNGAN LAS MENGGUNAKAN METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Juni 2016. Tujuan dari penelitian ini adalah (1) menemukan kondisi struktur mikro sudu turbin pesawat terbang yang terbuat dari bahan paduan super berbasis Nikel (Ni) pada kondisi normal, (2) menemukan nilai tegangan tarik maksimum dari hasil perbaiakan sudu turbin berbasis nikel yang memakai metode las tungsten inert gas (TIG) apakah telah memenuhi syarat dan kriteria untuk diterapkan sebagai metode perbaikan kerusakan yang terjadi. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Populasi dalam penelitian ini adalah bahan paduan super berbasis Nikel (Ni). Teknik pengambilan sample yang digunakan adalah purposive sampling dan sample yang digunakan dalam penelitian adalah kondisi normal bahan paduan super berbasis Nikel (raw material) dan hasil pengelasan bahan paduan super berbasis Nikel (Ni) dengan variasi kuat arus pad alas TIG. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah jenis pengelasan TIG dengan variasi kuat arus 70 A, 80 A, dan 100A. Sedangkan variabel tetapnya adalah struktur mikro bahan paduan super berbasis nikel dan kekuatan tarik sambungan las TIG bahan paduan super berbasis nikel. Analisis data menggunakan metode deskriptif yang bersifat komparatif terhadap hasil uji komposisi kimia dan uji struktur mikro bahan paduan super berbasis Nikel (Ni) serta uji tarik bahan hasil pengelasan TIG pada bahan paduan super berbasis Nikel (Ni). Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa : (1) Material paduan super yang berbasis Nikel (Ni) pada kondisi normal telah memiliki sifat yang kuat serta keras yang mana terlihat dari pengamatan struktur mikro pemukaan pada kondisi normal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyebaran fasa γ yang merupakan matriks yang berperan sebagai penyokong utama kekuatan dari bahan paduan ix
super berbasis Nikel (Ni) terjadi secara merata pada permukaan sementara penyebaran fasa γ’ presipitat cenderung lebih sedikit. Sehingga menyebabkan bahan paduan super yang berbasis Nikel ini memiliki kekuatan serta kekerasan yang tinggi. (2) Material paduan super berbasis Nikel (Ni) yang mengalami proses pengelasan dengan menggunakan filler rod yang direkayasa dari bahan sejenis dan penerapan variasi kuat arus pengelasan TIG memiliki nilai tegangan maksimum dan elongisitas yang berbeda-beda. Hal tersebut terlihat dari nilai tegangan maksimum bahan pada kondisi normal mencapai 240 MPa sementara setalah dilakukan pegelasan terjadi perubahan besarnya tegangan maksimum pada arus 70 A diperoleh nilai 245 MPa, arus 80 A diperoleh nilai 234 MPa, dan pada arus 100 A diperoleh nilai 555MPa. Hal tersebut sejalan dengan penyebaran fasa γ yang terjadi yang mana pada hasil pengelasan 100 A terlihat terjadi penyebaran fasa terlihat terjadi penyebaran fasa γ yang sangat dominan sementara pada kondisi pengelasan 80 A penyebaran dari fasa γ kalah dominan dibanding fasa γ presipitat. (3) Hasil pengujian pengelasan dengan filler rod sejenis pada bahan paduan super berbasis Nikel (Ni) yang paling baik dilakukan dengan menggunakan arus 70 A yang mana pada kondisi pengelasan tersebut diperoleh nilai tegangan maksimum yang lebih dari kondisi normal bahan paduan super berbasis nikel serta memiliki nilai elongasi yang paling rendah jika dibandingkan dengan pengelasan yang menggunakan arus 80 A dan 100 A. Kata Kunci : Metalografi, TIG, Superalloy, SEM, Uji Tarik.
x
ABSTRACT
Agus Taryono. K2512012. ANALYSIS METALOGRAFI MATERIALS USING A SCANNING MICROSCOPE ELECTRON (SEM) AND TENSILE TEST WELDING CONNECTED USING TIG METHOD ON MATERIALS NICKEL BASED SUPER ALLOY. Mini-thesis, Faculty of Teacher Training and Education Sebelas Maret University. June 2016 This research aims to finding out (1) a microstructure condition plane blades turbin made from nickel based super alloy in normal condition; (2) a maximum tensile strength of the result repair plane blades turbin using method Tungsten Inert Gas (TIG) welding is fulfill a condition and criteria to aplicated as a repair method damage. This research used experiment methods. Population on this research is a super alloy Nickel (Ni)-based. Taking sample technique which use on this research is purposive sampling and the super alloy Nickel (Ni) on normal condition and result of TIG welding on nickel based super alloy with variation flux stream welding. Dependent variable on this research is the TIG welding with different kind of flux stream that is 70A, 80A, and 100A. Meanwhile, independent variable on it is a microstructure and tensile strength in TIG welding connected on nickel based super alloy. Data analysis used descriptive comparative methods from the result of chemical composition, microstructure analysis, and result of tensile strength super alloy Nicel (Ni)-based with TIG welding methods. Results of the research show that: (1) Super alloy material on normal condition have a characteristic strong and stern has shown from surface microstructure observation in normal condition. Research shown a distributing of ɣ spot as a matriks have a character as contributor of streng the Ni based superalloy has distributed spread evenly on surface, while the distributing of ɣ’ spot precipitate is little bit. So that’s condition make a nickel based super alloy have a high strength and stern; (2) materials nickel based super alloy with experience welding process use a artificially filler rod from same materials and flux stream variation TIG welding have a different value of maksimum tensile strength and elongisitas. That’s condition showing on result of tensile test on normal condition have a value 240 MPa, while after behavior of welding happen a different value of tensile strength, on flux stream 70 A happen value 245 MPa, 80 A happen value 234 MPa, and 100 A happen value 555 MPa. That’s condition same as distribution of ɣ spot on flux stream 100 A more dominant than distributing ɣ spot on 80 A flux stream; (3) Result of research welding with filler rod on material nickel based super alloy goodest doing with flux stream 70 A, cause of that welding condition happen a maksimum yield strength more than a xi
normal condition without a welding and have a elongisitas lower than te other flux stream 80 A and 100 A. Keywords: Metalography, TIG, Superalloy, SEM, Tensile Test
xii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah yang Maha Pengasih dan Maha Penyanyang, atas rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul: “ANALISIS
METALOGRAFI
MICROSCOPE
(SEM)
DAN
DENGAN TENSILE
SCANNING TEST
ELECTRON
SAMBUNGAN
LAS
MENGGUNAKAN METODE TIG PADA BAHAN PADUAN SUPER BERBASIS NIKEL”. Penelitian ini disusun untuk memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mendapatkan gelar sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya penelitian ini tidak lepas dari dukungan dri berbagai pihak sehingga dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas sebelas Maret Surakarta. 3. Dr. Suharno, S.T., M.T. selaku pembimbing I yang selalu memberi pengarahan, motivasi dan bimbingan yang menyenangkan selama menyusun skripsi ini. 4. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang selalu mengayomi dan memberi pengarahan selama proses bimbingan skripsi. 5. Kepala Laboratorium Bahan Teknik Departemen Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gajah Mada dan Laboratorium Penelitian dan Pengujian Terpadu yang telah mengijinkan penulis untuk melakukan penelitian dan mengambil data untuk keperluan menyusun skripsi ini. 6.
Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T. selaku staf Lab. Bahan Teknik yang telah membimbing dalam menyukseskan pelaksanaan penelitian ini.
7. Semua pihak yang turut dalam membantu penyusunan skripsi ini yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu. xiii
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan karna keterbatasan penulis. Meskipun demikian penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi orang lain.
Surakarta, Juli 2016
Penulis
xiv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... ii HALAMAN PENGAJUAN............................................................................. iii HALAMAN PERSETUJUN............................................................................ iv HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... v HALAMAN MOTTO ...................................................................................... vi HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vii ABSTRAK. ...................................................................................................... ix ABSTRACT. .................................................................................................... xi KATA PENGANTAR ..................................................................................... xiii DAFTAR ISI .................................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xvii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xix DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xx BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1 B. Identifikasi Masalah ............................................................................. 4 C. Pembatasan Masalah ........................................................................... 4 D. Rumusan Masalah ............................................................................... 5 E. Tujuan Penelitian ................................................................................ 5 F. Manfaat Penelitian .............................................................................. 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS A. Kajian Pustaka ..................................................................................... 7 1. Paduan Super Berbasis Nikel ........................................................ 7 2. Pengujian Metalografi Menggunakan SEM .................................. 10 3. Pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG) ........................................... 20 4. Pengujian Tarik (Tensile Test) ...................................................... 25 B. Kerangka Berpikir ............................................................................... 30 C. Hipotesis Penelitian ............................................................................. xv
30
BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................
31
1. Tempat Penelitian..........................................................................
31
2. Waktu Penelitian ...........................................................................
32
B. Desain Penelitian ................................................................................
33
C. Populasi dan Sampel ..........................................................................
34
1. Populasi Penelitian ........................................................................
34
2. Sampel Penelitian ..........................................................................
34
D. Teknik Pengambilan Sampel ..............................................................
34
E. Teknik Pengumpulan Data .................................................................
34
1. Metode Pengumpulan Data ...........................................................
34
2. Instrumen Penelitian......................................................................
35
F. Validasi Instrumen Penelitian ............................................................
36
G. Teknik Analisis Data ..........................................................................
36
H. Prosedur Penelitian .............................................................................
38
1. Tahap Eksperimen .........................................................................
38
2. Langkah Pelaksanaan Penelitian ...................................................
38
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ..................................................................................
41
1. Deskripsi Data ...............................................................................
41
a. Hasil Uji Komposisi Kimia .....................................................
41
b. Hasil Uji Metalografi ..............................................................
42
c. Hasil Uji Tarik (Tensile Test) .................................................
45
2. Pengujian Hipotesis Hasil Analisis Data .....................................
47
a. Uji Metalografi .......................................................................
47
b. Uji Tarik ..................................................................................
48
B. Pembahasan Hasil Analisis Data.........................................................
48
1. Analisis Hasil Uji Komposisi Kimia.............................................
48
2. Analisis Hasil Uji Metalografi Permukaan ...................................
50
3. Analisis Hasil Uji Tarik ................................................................
53
xvi
BAB V PENUTUP A. Simpulan Penelitian ......................................................................
57
B. Implikasi .......................................................................................
58
C. Saran .............................................................................................
59
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 60 LAMPIRAN .................................................................................................... 62
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Evolusi Ketahanan Temperatur Tinggi dari Bahan Paduan Super Selama 60 tahun Semenjak Penggunaanya di Tahun 1940an .....
8
Gambar 2.2
Perbandingan Mikroskop Ringan, TEM, dan SEM .................... 13
Gambar 2.3
Konstruksi Dasar SEM ................................................................ 15
Gambar 2.4
Konstruksi Penembak Elektron ................................................... 16
Gambar 2.5
Konstruksi Lensa Magnetik......................................................... 17
Gambar 2.6
Formasi Sinar Elektron Yang Melalui Lensa ............................. 17
Gambar 2.7
Konstruksi Tempat Spesimen ...................................................... 18
Gambar 2.8
Konstruksi Detektor Elektron ..................................................... 18
Gambar 2.9
Pengelasan Shielded Metal Arc Welding (SMAW)..................... 21
Gambar 2.10 Pengelasan Gas Metal Arc Welding (GMAW) ........................... 22 Gambar 2.11 Posisi Pengelasan TIG ................................................................. 24 Gambar 2.12 Kurva Umum Tegangan – Regangan Hasil Uji Tarik. ................ 28 Gambar 3.1
Scanning Microscope Electron (SEM)........................................ 35
Gambar 3.2
Alat Uji Tarik Lab. Teknik Bahan D3 UGM .............................. 36
Gambar 3.3. Bagan Tahapan Penelitian ........................................................... 38 Gambar 4.1
Sketsa Spesimen Uji SEM........................................................... 43
Gambar 4.2
Struktur mikro Perbesaran 1000 kali pada titik A ....................... 43
Gambar 4.3
Struktur Mikro Perbesaran 4000 kali pada titik A ...................... 44
Gambar 4.4
Struktur Mikro Perbesaran 1000 pada titik B .............................. 44
Gambar 4.5
Struktur Mikro Perbesaran 4000 kali pada titik B ....................... 45
Gambar 4.6
Hasil Penyesuaian ukuran spesimen dengan standar JIS Z2201. 46
Gambar 4.7
Grafik Hasil Pengujian Tarik ..................................................... 47
Gambar 4.8
Penyebaran Precipitates (ɣ’) ........................................................ 51
Gambar 4.9
Penyebaran matriks (ɣ) ................................................................ 52
Gambar 4.10 White Spot Defects....................................................................... 53 Gambar 4.11 Grafik Uji Tarik ........................................................................... 55 Gambar 4.12 Patahan Pada Hasil Pengelasan ................................................... 55 xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ........................................................... 32 Tabel 4.1 Tabel Daftar Komposisi Kimia Spesimen Bahan Paduan Super Berbasis Bikel .................................................................................................. 42 Tabel 4.2 Standar Ukuran Spesimen Pengujian Tarik JIS Z2201 ...................... 46 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik ......................................................................... 47 Tabel 4.4 Tabel Komposisi Kimia Metal Rene 95 Nickel Based Superalloy ..... 49 Tabel 4.5 Tabel Daftar Komposisi Kimia Spesimen Bahan Paduan Super Berbasis Nikel ................................................................................................... 50 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Tarik ......................................................................... 54 Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Tegangan Tarik Maksimum dan Tegangan Mulur 54 Tabel 4.8 Hasil perhitungan elongasi (ɛ)............................................................ 56
xix
DAFTAR LAMPIRAN Surat-Surat Penelitian ......................................................................................... 62 Foto Penelitian .................................................................................................... 66 Hasil Uji Komposisi Kimia ................................................................................ 68 Hasil Uji SEM .................................................................................................... 69 Grafik Kurva Tegangan-Regangan ................................................................... 72 Hasil Perhitungan Uji Tarik ............................................................................... 73
xx
