58
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Data awal: Spesifikasi awal Studi pustaka
Persiapan benda uji: Pengelompokkan benda uji
Proses Pengujian: Pengujian keausan pada proses produksi Pengujian - Hardness - Metallography
A
ASBAR MARLON - 41312110078
59
A
Analisa data hasil pengujian
Material AISI D2 VS Material AISI 304
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
Penjelasan Diagram alir penelitian: 1. Studi pustaka Studi pustaka atau mencari referensi teori-teori yang berhubungan dengan penelitian ini dan memudahkan dalam proses yang akan dilakukan selama penelitian. Materi yang dibutuhkan antara lain teori tetang material, pengujian metalography dan pengujian kekerasan. Studi pustaka ini dilakukan dengan cara mengumpulkan teori-teori yang berasal dari buku, literatur, hasil penelitian, skripsi, tesis dan jurnal serta pencarian informasi melalui internet.
ASBAR MARLON - 41312110078
60
2. Persiapan dan pengujian Pada tahap ini peneliti melakukan persiapan material yang akan diuji, persiapan yang dilakukan berupa pemilihan dan pemberian kode pada tiap-tiap material yang akan diuji. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian kekerasan dan pengujian struktur kimia, dimaksudkan untuk melihat perubahan-perubahan yang terjadi sebelum dan sesudah benda uji dipakai di produksi. 3. Pengumpulan dan Pengolahan data Dalam penelitian ini data-data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah sehingga dihasilkan data yang akurat, tepat dan jelas.
Data-data
tersebut
diukur
secara
statistik
sehingga
validitasnya dapat terbukti. 4. Analisa hasil Data yang telah dikumpulkan dianalisis berdasarkan teori yang diperoleh dari literatur dan dari hasil analisis pengujian tersebut didapatkan data-data penentu untuk material awal dan material baru yang telah dilakukan pengujian. 5. Kesimpulan dan Saran Menyimpulkan hasil analisis tentang karakteristik material berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan. Dan memberikan saran yang menjadi solusi pada penelitian ini. Berdasarkan diagram alir diatas maka dapat diketahui jenis-jenis pengujian yang akan dilakukan terhadap material tersebut, yaitu: 1.
Pengujian kekerasan (Hardness).
2.
Pengujian komposisi kimia (Mettallography).
ASBAR MARLON - 41312110078
61
Dimana fungsi pengujian tersebut adalah: 1.
Pengujian kekerasan yaitu untuk melihat nilai kekerasan pada masingmasing material uji.
2.
Komposisi kimia yaitu untuk mengetahui kandungan unsur-unsur yang terdapat pada material sebelum dan sesudah material digunakan.
3.2 Geometri Material Uji Material yang akan diuji pada Tugas Akhir ini adalah material baru dan material yang telah terkena dampak perubahan suhu konstan. Spesifikasi kedua material uji memiliki diameter 6mm, panjang 35mm. Bentuk dan dimensi material uji dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Geometri Material Uji
ASBAR MARLON - 41312110078
62
3.2.1
Spesifikasi Material AISI D2 Baja perkakas merupakan jenis material yang banyak dipergunakan dalam industri karena memiliki sifat kekerasan yang tinggi dan tahan haus akibat kandungan kromium yang tinggi. Baja perkakas adalah jenis baja berkualitas tinggi yang dibuat untuk aplikasi sebagai alat pemotong (cutting), alat pembentuk (forming), dan sebagai cetakan (dies). Baja pekakas terdiri dari berbagai jenis, diantaranya yaitu baja perkakas AISI D2. Komposisi kimia dari baja perkakas AISI D2 yaitu: Tabel 3.1 Chemical Properties Of AISI D2 (mass %)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
V
1.40-1.60
Max 0.40
Max 0.60
Max 0.030
Max 0.090
11.0-13.0
0.80-1.20
0.20-0.50
Tabel 3.2 Hardness Dan Heat Treatment Properties Of AISI D2 Property
Value
Annealing hardness (HBS)
235
Cold pull hardness (HBS)
262
Preheating temperature (℃)
788
Quenching
salt-bath furnace
1191
temperature (℃)
controlled atmosphere furnace
1204
Holding time (min) Hardening medium
5~15 air cooling
Temper temperature (℃)
522
After tempering hardness ≥ HRC
60
ASBAR MARLON - 41312110078
63
3.2.2
Spesifikasi Material AISI 304 Baja stainless austenitic merupakan paduan logam besi-kromnikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22% wt nikel, dan nitrogen. Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face center cubic (fcc). Salah satu jenis baja stainless austenitic adalah AISI 304. Baja austenitic ini mempunyai struktur kubus satuan bidang (face center cubic) dan merupakan baja dengan ketahanan korosi tinggi. Komposisi unsur-unsur pemadu yang terkandung dalam AISI 304 akan menentukan sifat mekanik dan ketahanan korosi. Baja AISI 304 mempunyai kadar karbon sangat rendah 0,08%. Kadar kromium berkisar 18-20% dan nikel 8-10,5% yang terlihat pada Tabel 1. Kadar kromium cukup tinggi membentuk lapisan Cr2O3 yang protektif untuk meningkatkan ketahanan korosi. Tabel 3.3 Hardness dan Heat Treatment Properties Of AISI 304 Property
Value
Annealing hardness (HBS)
235
Cold pull hardness (HBS)
262
Preheating temperature (℃)
788
Quenching
salt-bath furnace
1191
temperature (℃) controlled atmosphere furnace
1204
Holding time (min)
5~15
Hardening medium
air cooling
Temper temperature (℃)
522
After tempering hardness ≥ HRC
60
ASBAR MARLON - 41312110078
64
Tabel 3.4 Chemical Properties Of AISI 304 (mass%) C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Mo
Cu
N
0.8
1.0
2.0
0.045
0.03
8.52
18.03
-
-
-
3.3 Waktu dan Tempat Pengujian Untuk proses pengujian material dilakukan diLaboratorium Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur bertempat diBadan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) LIPI, kawasan Puspitek Serpong, Tangerang Selatan - Banten.
3.4 Teknik Pengambilan Sampling Pengambilan data pengujian keausan ini menggunakan teknik probability sampling, yaitu teknik pengambilan sample yang memberikan peluang yang sama kepada setiap anggota populasi untuk menjadi sample, sehingga kondisi awal setara dan variabel yang lainnya dapat dikontrol. Data pengujian keausan dikelompokkan menjadi 2 (dua) kelompok yaitu kelompok pertama sample AISI 304 dan kelompok kedua sample AISI D2. Untuk mengukur waktu terjadinya keausan pada tiap sample maka dilakukan dengan cara melakukan uji langsung pada mesin produksi yang ada dilapangan.
Gambar 3.3 Pengujian Waktu Keausan Di Mesin Produksi ASBAR MARLON - 41312110078
65
KELOMPOK I SAMPLE AISI 304
KELOMPOK II SAMPLE AISI D2
AISI 304 NON-PREHATING
AISI D2 : NON-PREHATING
AISI 304 : PREHATING 1
AISI D2 : PREHATING 1
AISI 304 : PREHATING 2
AISI D2 : PREHATING 2
AISI 304 : PREHATING 3
AISI D2 : PREHATING 3
Gambar 3.4 Pemberian Kode Sample
3.4.1 Data Waktu Keausan Sample AISI 304 Tabel 3.5 Data Waktu Keausan Sample AISI 304
Sample AISI 304
Pengujian Keausan
Sample
Waktu Keausan (h:m:s)
Sample 1
200:00:00
Sample 2
201:00:00
Sample 3
202:00:00
Sample 4
210:00:00
Waktu rata-rata
ASBAR MARLON - 41312110078
203:25:00
66
3.4.2 Data Waktu Keausan Sample AISI D2 Tabel 3.6 Data Waktu Keausan Sample AISI D2
Sample AISI D2
Pengujian Keausan
Sample
Waktu Keausan (h:m:s)
Sample 1
227:00:00
Sample 2
230:00:00
Sample 3
225:00:00
Sample 4
245:00:00
Waktu rata-rata
231:75:00
3.5 Pengujian Material Uji Metode pengujian yang dilakukan adalah menggunakan pengujian kekerasan dimaksudkan untuk melihat kekerasan dan perubahan kekerasan yang terjadi pada material sample serta pengujian Spectrometry untuk melihat komposisi yang ada pada material. 3.5.1 Pengujian Kekerasan (Hardness Test)
Gambar 3.5 Mesin Uji Kekerasan Vickers ASBAR MARLON - 41312110078
67
Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengunakan metode
Vickers. dengan menggunakan Mesin uji Merk Franc Finotest, penetrator berbentuk piramida intan dengan sudut 136° dan Beban yang digunakan adalah 3 Kg.
3.5.1.1 Pembuatan Sample dan Daerah Pengujian (Penetrasi) Sample yang akan diuji dipotong setebal 5mm, kemudian surface dari sample uji digrinding sampai halus. Daerah pengujian kekerasan dilakukan pada surface material yang telah di-grinding halus dengan jumlah titik pengujian sebanyak 5 (lima) titik dan beban sebesar 3 kg, holding time selama 15 detik.
Sample di potong
Ø 6mm 5mm
Gambar 3.6 Daerah Pengujian Kekerasan Material
3.5.1.2 Langkah Pengujian 1. Melakukan pemotongan sample. 2. Setelah dipotong sample dipreparasi dengan mesin
(grinding, polishing) sampai surface rata dan halus dan bersih hasil pengujian yang didapat akan lebih baik. 3. Sample uji diletakkan diatas meja / landasan uji. 4. Kemudian tuas yang ada di alat Vickers diputar agar indentor dengan beban 3 Kg mengenai sample uji, dan
ditahan selama 15 detik.
ASBAR MARLON - 41312110078
68
5. Setelah 15 detik tuas dinaikkan kembali ke posisi semula.
3.5.2
Pengujian Komposisi Kimia (Spectrometry) Pengujian
komposisi
kimia menggunakan
Spektrometer
Analiser PMI-Master Pro. Pengujian komposisi dimaksudkan untuk mengetahui komposisi kimia dan besarnya unsur pembentuk dalam bahan yang diuji sesuai dengan standar material. misalnya Fe, Si, Mn, C, Cu, S, dan berbagai macam unsur lainnya. Setiap unsur kimia yang terkandung dalam suatu material akan memberikan pengaruh pada material tersebut, baik dari kekerasan (Hardness), kekuatan (Strength), keuletan (Ductility), kelelahan (Fatique) maupun ketangguhan (Toughness). Dengan mengetahui komposisi kimia dari suatu material maka dapat diketahui sifat atau karakteristik dari material tersebut.
Gambar 3.7 Mesin Uji Komposisi Kimia (Spectrometry)
ASBAR MARLON - 41312110078
69
3.5.2.1 Tahapan Pengujian Pengujian komposisi dilakukan pada sample dengan menggunakan mesin
uji komposisi PMI-Master Pro.
Tahapan pengujian komposisi kimia adalah sebagai berikut: 1. Nyalakan semua peralatan pendukung dan sambungkan dengan arus listrik (Argon, printer, dan lain-lain). 2. Tunggu beberapa saat sampai spectrometer siap dilakukan pengujian (kurang lebih 60 menit). 3. Setelah ada keterangan spektro ready, pilih program yang akan diuji sesuai barang yang akan diuji. 4. Lakukan standarisasi alat uji. 5. Setelah selesai standarisasi lakukan pengujian pada sample uji (sample uji sebelumnya harus dipreparasi dimaksudkan untuk menghilangkan lapisan luar). 6. Lakukan analisa sample uji: - Letakkan sample pada kedudukan kerja. - Tekan start pada alat dimana analisa sample mulai dilakukan, penekanan tombol start jangan dilepas sampai bunyi spark terdengar. - Lakukan penembakan pada tempat yang berbeda. - Proses analisa selesai.
ASBAR MARLON - 41312110078
70
Gambar 3.8 Proses Pengujian Sample
Gambar 3.9 Daerah Pengujian Spectromerty
3.6 Uji Statistik Pada pengujian sample ini, penguji melakukan pengolahan data dengan cara menggunakan teknik probability, serta pengujian data statistiknya menggunakan metode independent sample t-test. Untuk pengecekan kenormalan data tingkat homogenitasnya digunakan metode Liliefors dan metode uji F.
ASBAR MARLON - 41312110078