APLIKASI TEKNIK PEMBUATAN KERIS PADA KOMPOSIT LAMINATE BAJA- NIKEL
Disusun Oleh : Gogod Mei Dwi Cahyono NRP. 2102 100 051 Dosen Pembimbing Ir Hari Subiyanto, MSc
Mem anfaatkan teknologi p em bu atan keris pad a kom p osit lam inat logam d engan logam Masih m inim nya kom p osit antara logam d engan logam khu su snya baja d an nikel Bisa d itentu kannya sifat m ekanik kom p osit d engan m engetahu i sifat m ekanik d an vraksi volu m e bahan p em bentu knya
Dibu at kom p osit antara baja d an nikel d engan m engam ati p engaru h variasi ju m lah lip atan antara baja AISI 1020 d an nikel ju ga AISI 1045 sebagai m atriks inti, p ad a sifat m ekaniknya.
Untu k analisa sifat m ekanik, ketebalan antar m asing-m asing lap isan baja d an m asingm asing lap isan nikel d alam setiap sp esim en d ianggap sam a d an lu ru s. Untu k analisa sifat m ekanik p engelasan tem p a antar lapisan d ianggap sem p u rna.
Mengetahu i sifat m ekanik yaitu keku atan tarik, keu letan, kekau an d an kekerasan d ari kom p osit lam inate baja d an nikel d engan variasi ju m lah lipatan antara baja AISI 1020 d an nikel ju ga AISI 1045 sebagai m atrik inti
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, dengan sifat yang dihasilkan berbeda dengan sifat bahan asalnya yaitu: Matriks, punya kekuatan yang lebih rendah Penguat, punya kekuatan yang lebih tinggi D alam menganalisa karakteristik komposit terdapat dua macam konsep pemahaman, yaitu: Analisa Mikromekanik Analisa Makromekanik
Asu m si bahw a tegangan kom p osit, m atriks d an p engu at sam a ( f = m = c), sehingga tid ak ad a slip d i interface m atrik d an p engu at, m aka : 2 fiber
Matrik
komposit
Penguat 1
1
matrik
f = m = c
Arah pembebanan
Permodelan Diagram -
Sehingga d id ap at ru m u san tegangan kom p osit : c = f Vf+ mVm Dimana
c m f Vf Vm
= kekuatan tarik komposit = kekuatan tarik matriks = kekuatan tarik penguat = fraksi volume penguat ( Vf/Vc) = fraksi volume matriks (vm/Vc)
Analisa m akrom ekanik kom p osit lam inate d id asarkan pad a satu kesatu an p enu h sehingga keku atannya d id asarkan p ad a keku atan tiap lap isan yang m em bentu knya. Keku atan p ad a lap isan d ip eroleh d ari m engasu m sikan gaya-gaya p ad a lap isan sep anjang ketebalan kom p osit sehingga d ip eroleh resu ltan gayanya. Untu k lebih jelasnya bisa d ilihat p ad a gam bar beriku t ini :
Kurva beban regangan menunjukkan lapisan-lapisan yang patah sebelum laminate ( Ronald F. Gibson )
Pengelasan tem p a yaitu m enyam bu ng d u a m eterial logam secara m etalu rgi d engan p em anasan d an p enem p aan.
Proses pengelasan tempa.
Penem p aan (forging) ad alah m em berikan gaya p enekanan pad a logam d alam kond isi tem p eratu re tinggi (H ot Working).
Daerah perlakuan panas baja karbon ( Karl-Erik Thelning)
Akibat pemanasan terjadi perubahan komposisi kimia pada benda kerja, yaitu: D ekarburisasi : Oksidasi yang khusus terjadi pada karbon (C). Sehingga terjadi pengurangan atom karbon dari baja Oksidasi : Timbulnya terak ( scale) .
START
STUDI LITERATUR
PENELITIAN LAPANGAN
PERUMUSAN MASALAH
PEMBUATAN SPESIMEN PEMOTONGAN SPESIMEN
UJI TARIK
UJI KEKERASAN
ANALISA
KESIMPULAN
FINISH
FOTO MAKRO & MIKRO
Persiap an bahan
Persiapan bahan : - Nikel - AISI 1020 - AISI 1045
Penem p aan AISI 1020
Penempaan baja AISI 1020 pada 1100°C dari tebal 3cm ke 1cm
Pembuatan bahan komposit awal
Ni
Pelipatan bahan komposit awal
Jumlah lipatan n x lipatan n=1, 3, 5
Pelip atan kom p osit aw al
NO
YES Pembuatan komposit akhir dengan n lipatan
Pem bu atan bahan kom p osit aw al
AISI 1045
Flowchart pembuatan spesimen
Pem bu atan kom p osit akhir n lip atan
1. AISI 1020 sebagai matriks pengikat pada komposit awal n lipatan - Berat : 250 gr - komposisi kimia : 0,2 %C ; 0,3 0,6 %Mn ; 0,04%P 0,05%S - kekuatan tarik : 448,2 N/mm2 - Elongation : 36% - kekerasan : 150 HV 3 cm
3 cm
9 cm
2. Nikel sebagai bahan penguat komposit awal n lipatan - Berat : 70 gr 0.2 cm - komposisi kimia : 90 %Ni sisanya Fe 4.5 cm - kekuatan tarik : 1196 N/mm2 17.5 cm - Elongation : 40% - Kekerasan : 188 HV 3. Baja karbon medium AISI 1045 sebagai matriks pada komposit akhir - Berat : 300 gr 1 cm - komposisi kimia : 0,48 %C ; 0,7 %Mn dan 5 cm 0,3%Si 8.5 cm - kekuatan tarik : 564 N/mm2 - Elongation : 12% - Kekerasan : 223 HV
dan
AISI 1020 d item p a p ad a tem p eratu r 1100o C d ari ketebalan 3cm m enjad i ketebalan 1cm . Kem u d ian lem baran baja karbon rend ah tersebu t d ilip at arah m em anjang, sep erti gam bar berikut : AISI 1020
a
AISI 1020 AISI 1020
b
c
Penempaan AISI 1020 a). AISI 1020 yang belum ditempa, b). AISI 1020 yang sudah ditempa pada 1100° C, c). AISI 1020 yang sudah dilipat
N ikel d engan tebal 0,2cm d im asu kkan d itengah-tengah lipatan AISI 1020. Su su nan tersebu t d item p a p ad a tem p eratu re 1100° C dari tebal 2,2cm m enjad i bahan kom p osit aw al d engan ketebalan 1cm.
Nikel
AISI 1020
a
b
Pembuatan bahan komposit awal a). Bahan Nikel yang akan diselipkan pada AISI 1020, b). Bahan komposit awal
Bahan komposit awal dilipat arah memanjang dan ditempa 1100° C dari tebal 2cm menjadi 1cm, begitu seterusnya sampai didapat : a. komposit awal 1 lipatan b. komposit awal 3 lipatan c. komposit awal 5 lipatan
Bahan Komposit Awal
Komposit Awal 1 Lipatan
Komposit Awal 3 Lipatan
Komposit Awal 5 Lipatan Pelipatan bahan komposit awal n lipatan
kom p osit aw al n lip atan d ip otong m enjad i d u a arah m elebar. Kem u d ian disusun bersam a AISI 1045 tebal 1cm d engan su su nan lem baran kom p osit aw al n lipatanAISI 1045-lembaran komposit awal n lipatan dan ditempa pada temperature 1100° C d ari tebal 3cm sam pai ketebalan 0,7cm . Dihasilkan kom posit akhir 1, 3 dan 5 lipatan yaitu : Komposit awal n kali lipatan
Dipotong
a
Komposit awal n kali lipatan
AISI 1045 Komposit awal n kali lipatan
b
a
= AISI 1045
= nikel
= AISI 1020
Spesimen komposit akhir n kali lipatan
c
Pembuatan komposit akhir n lipatan
Contoh spesimen komposit akhir 1 lipatan
Pem otongan spesim en u ntu k iju tarik d an kekerasan Pot A
Pot A
Pot A - A
Uji Tarik m enggu nakan stand ard JIS Z 2201 typ e 13B
Uji kekerasan Pad a Pot A-A 3 2 1
5 4 32 1
Lokasi microhardness dan vickers
Brinnel
1.Komposit akhir 1 lipatan:
AISI 1020
Ni
AISI 1020
Ni
(komposit awal 1 lipatan) AISI 1045 (komposit awal 1 lipatan) Ni
foto makro
foto mikro
2.Komposit akhir 3 lipatan:
AISI 1020
Ni
(komposit awal 3 lipatan) AISI 1045 (komposit awal 3 lipatan) Ni
foto mikro
foto makro 3.Komposit akhir 5 lipatan:
AISI 1020
Ni
AISI 1020
(komposit awal 5 lipatan) Ni
AISI 1045 (komposit awal 5 lipatan)
foto makro
foto mikro
Ni
- Pola Patahan
: Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 1 lipatan
Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 3 lipatan
Kualitas pengelasan tempa komposit akhir 5 lipatan
Kualitas pengelasan tempa antar lapisan semakin bagus dengan semakin banyak lipatan dikarenakan faktor temperatur dan gaya untuk pengelasan tempa akan semakin cukup seiring lipatan diperbanyak
- Tabel H asil Uji tarik Kom p osit Lam inat Baja - Nikel Hasil pengujian Komp osit
1 lipatan
3 lipatan
5 lipatan
Ao (mm)
Lo (mm)
Lf (mm)
Lel astik (mm)
100.75
50.1
59.25
4,57
100.75
50.1
59.2
84.6
50.7
91.94
Hasil Perhitungan
Lplastis (mm)
Py (KN)
Pmax
9.15
42.05
58.2
417,27
3,64
9.1
37.8
55
375,1
60
5,07
9.3
43.75
50.5
517,2
49.85
59
5,08
9.15
40
51.2
435,12
87
50.5
61
8,75
10.5
54
61
620,76
96.85
50.5
60.8
9,0
10.3
60.95
65.8
629,39
y ( N/mm2)
u ( N/mm2) 578,2
396,2
545,8
18.26 562
596,9 476,16
554,9
679,4
18.16
575,9
18.35
18.21
20.4
5162,7
4868,55
5171,9 18.345
20.79 690,2
E ( Nmm2) 4574,4
18.34
701,1 7 625
(%)
4270,6
4721,25
3582,6 20.59
3331,3
3456,9
- Grafik hu bu ngan keku atan tarik d engan ju m lah lip atan Grafik u vs jumlah lipatan 750 700 650
N/mm2
600 550 500 450 400 350 300 1 x lipatan
3 x lipatan
5 x lipatan
Kekuatan tarik ( u ) semakin tinggi dengan semakin banyaknya jumlah lipatan. Dengan kata lain komposit akhir 5 lipatan punya kekuatan tarik sebesar 690,2 ( N/mm2) lebih tinggi dari komposit akhir 3 lipatan yang punya kekuatan tarik 575,9 ( N/mm2) dan komposit akhir 1 lipatan dengan kekuatan tarik hanya 562 ( N/mm2)
Nilai kekuatan tarik bisa di analisa dengan membuat permodelan diagram - d engan m enghitu ng nilai keku atan tarik kom p osit secara teori d engan c = f Vf+ mVm
Komposit akhir 1 lipatan
Komposit akhir 3 lipatan
Komposit akhir 3 lipatan
Nilai kekuatan tarik komposit berbeda dengan kekuatan tarik matriks dan penguat yang membentuknya. kekuatan tarik naik seiring bertambahnya lipatan dikarenakan pengelasan tempa yang semakin banyak dan lapisan semakin banyak dan rapat. sehingga tegangan semakin bertambah seiring banyaknya lapisan
Komposit akhir 1 lipatan
Komposit akhir 3 lipatan
Komposit akhir 3 lipatan
- Grafik hu bu ngan keu letan d engan ju m lah lip atan Grafik vs jumlah lipatan
% 21 20.5 20 19.5 19 18.5 18 17.5 17 1 x lipatan
f = m = c
3 x lipatan
5 x lipatan
Keuletan semakin tinggi dengan semakin banyaknya lipatan. dengan kata lain komposit akhir 5 lipatan punya keuletan sebesar 20.59 % lebih tinggi d ari kom p osit akhir 3 lipatan dengan keuletan 18.345 % dan komposit akhir 1 lipatan dengan keuletan hanya 18.21%. Nilai keuletan bisa di analisa dengan asumsi tegangan antara komposit, matriks dan penguat sama f = m = c
Sehingga didapat nilai keuletan komposit yang berbeda dengan bahan pembentuknya. Naiknya nilai keuletan dengan semakin banyaknya lipatan dikarenakan pengelasan tempa dan lapisan yang terbentuk semakin banyak sehingga regangan semakin bertambah seiring banyaknya lapisan
- Grafik hu bu ngan kekaku an d engan ju m lah lip atan Kekakuan semakin tinggi dengan semakin banyaknya jumlah lipatan Dengan semakin banyak lipatan, pengelasan tempa dan lapisan yang terjadi akan semakin banyak dan pososi antara penguat dan matriks akan semakin rapat., sehingga tegangan luluh dari komposit akan naik sehingga kekakuanya akan naik.
- Tabel u ji m icrohard ness Komposit akhir 1 lipatan No
HV
Lokasi dan foto perbesaran 100x
Komposit akhir 3 lipatan No
HV
AISI 1045 1
219
1
174
3
174
172
AISI 1020 & Nikel 3
168
178
AISI 1020 & Nikel
AISI 1020 & Nikel 4
4
185
175
AISI 1020
AISI 1020
AISI 1020 5
180
AISI 1020
AISI 1020 4
AISI 1020 & Nikel 2
180
5
168
Lokasi dan foto perbesaran 100x
218
AISI 1020 & Nikel 2
186
HV
AISI 1045 1
219
Nikel 3
No
AISI 1045
AISI 1020 2
Lokasi dan foto perbesaran 100x
Komposit akhir 5 lipatan
5
162
- Tabel uji brinnel Komposit akhir 1 lipatan Lokasi
d1
d2
d
HB
1
1,25
1,25
1,25
143
2
1,2
1,2
1,2
156
3
1,3
1,3
1,3
131 143,3
Rata - rata
Komposit akhir 3 lipatan Lokasi
d1
d2
d
HB
1
1,1
1,1
1,1
187
2
1,2
1,2
1,2
156
3
1,2
1,2
1,2
156
Rata-rata
Komposit akhir 5 lipatan Lokasi
d2
d2
d
HB
1
1,1
1,1
1,1
187
2
1,1
1,1
1,1
187
3
1,2
1,2
1,2
156
Rata-rata
176,67
166,33
- Tabel u ji Vickers Komposit akhir 1 lipatan No
d1
d2
d
HV
1
0,215
0,195
0,205
221
2
0,220
0,210
0,215
201
3
0,230
0,230
0,230
175
4
0,225
0,245
0,235
168
5
0,230
0,220
0,225
183
Rata-rata
188
Komposit akhir 5 lipatan No
d1
d2
d
HV
1
0,200
0,200
0,200
232
2
0,215
0,195
0,205
221
3
0,215
0,225
0,22
192
4
0,230
0,230
0,230
175
5
0,230
0,220
0,225
183
Rata-rata
200,6
Komposit akhir 3 lipatan No
d1
d2
d
HV
1
0,215
0,195
0,205
221
2
0,215
0,225
0,22
192
3
0,230
0,230
0,230
175
4
0,230
0,230
0,230
175
5
0,230
0,220
0,225
183
Rata-rata
189,2
- Grafik hu bu ngan kekerasan d engan ju m lah lip atan Gr af i k Vi cker s dan Br i nnel vs Juml ah Li pat an 235 220
HV/ HB
205 190 175 160 145
Vi cker s
130 Br i nnel
115 100 1 x l i pat an
3 x l i pat an
5 x l i pat an
Pada kekerasan vickers dan brinnel menunjukkan bahwa, kekerasan komposit semakin naik dengan semakin banyaknya lipatan. Dengan lipatan yang banyak lapisan nikel sebagai penguat yang mempunyai kekerasan lebih tinggi dari AISI 1020 akan terbentuk lebih merata sehingga akan mempengaruhi kekerasan komposit secara keseluruhan menjadi naik.
1. Nilai kekuatan tarik komposit laminat baja dan nikel semakin naik seiring naiknya jumlah lipatan pada baja AISI 1020 dan nikel. Dengan nilai u komposit akhir 1 lipatan yaitu 562 N/mm2 , u komposit akhir 3 lipatan yaitu 575,9 N/mm2 dan u komposit akhir 5 lipatan yaitu 690,2 N/mm2 2. Keuletan pada komposit laminat baja dan nikel mengalami kenaikan seiring naiknya jumlah lipatan . Dengan nilai keuletan komposit akhir 1 lipatan yaitu 18,21% , keuletan komposit akhir 3 lipatan yaitu 18,345% dan keuletan komposit akhir 5 lipatan yaitu 20,59% 3. Nilai kekakuan dari komposit laminat baja dan nikel semakin menurun dengan banyaknya lipatan. Dengan nilai kekakuan komposit akhir 1 lipatan yaitu 4868,55 N/mm2, kekakuan komposit akhir 3 lipatan yaitu 4721,25 N/mm2 dan kekakuan komposit akhir 5 lipatan yaitu 3456,9 N/mm2 4. Kekerasan dari komposit laminat baja dan nikel semakin naik dengan banyaknya lipatan. Dengan nilai kekerasan komposit akhir 1 lipatan yaitu 143,3 HB dan 188 HV , kekerasan komposit akhir 3 lipatan yaitu 166,3 HB dan 189,2 HV, kekerasan komposit akhir 5 lipatan yaitu 176,67 HB dan 200,6 HV
ABSTRAK Latar belakang Perumusan Masalah Batasan masalah Tujuan Material Komposit Pengelasan Tempa Penempaan Pengaruh pemanasan Flowchart penelitian Pembuatan Spesimen Pem otongan Sp esim en d an Pengam bilan Data Analisa H asil Foto Makro d an Mikro Lap isan Kom p osit Analisa Data d an p em bahasan H asil Uji Tarik Analisa Data d an p em bahasan H asil Uji Kekerasan Kesimpulan
