TUGAS AKHIR – TM091486
STUDI EKSPERIMENTAL UMUR LELAH BAJA AISI 1045 AKIBAT PERLAKUAN PANAS HASIL FULL ANNEALING DAN NORMALIZING DENGAN BEBAN LENTUR PUTAR PADA HIGH CYCLE FATIGUE Oleh: Adrian Maulana 2104.100.106 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. H. Soeharto, DEA
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
LATAR BELAKANG Material baja AISI 1045 banyak digunakan sebagai
komponen mesin berupa poros yang mendapat beban lentur putar.
Komponen tersebut sering mengalami kegagalan atau
patah tanpa diketahui penyebabnya.
Faktor umur lelah baja poros dapat dipengaruhi oleh
perlakuan panas yang salah satunya berupa full annealing dan normalizing.
PERUMUSAN MASALAH
Bagaimana Perubahan Umur Lelah
dipengaruhi oleh perlakuan panas khususnya full annealing dan normalizing pada Baja AISI 1045
TUJUAN PENELITIAN Mendapatkan dan membandingkan umur lelah dari
material (berupa kurva S-N) tanpa perlakuan, full annealing dan normalizing pada pembebanan rotating bending. Membandingkan struktur mikro dari masing-masing jenis spesimen serta mengetahui pengaruhnya terhadap umur lelah masing-masing jenis spesimen. Mendapatkan kekerasan masing-masing spesimen serta mempelajari pengaruhnya terhadap umur lelah. Membandingkan pola patahan serta mempelajari pengaruhnya terhadap luasan daerah statik
BATASAN MASALAH Material yang digunakan adalah baja AISI 1045 yang
dianggap homogen. Spesimen dianggap mempunyai kekasaran permukaan yang sama. Pengujian dilakukan pada temperatur kamar dan mengabaikan fluktuasi temperatur yang terjadi. Dimensi semua poros dianggap sama. Kecepatan setiap putaran dianggap sama pada setiap pengamatan.
Dasar Teori
Patah Lelah ( Fatigue ) adalah patah yang terjadi akibat adanya beban yang berulangulang (dinamis)
Poros yang mengalami patah lelah
Dasar Teori Mekanisme Awal Retakan
Deformasi plastis setempat Pemusatan tegangan akibat adanya cacat
• Goresan pada permukaan • Retakan pada
permukaan/ dekat permukaan • Inklusi
Garis-garis slip pada Permukaan spesimen Cacat permukaan
Retak awal
Umur lelah
Banyaknya siklus yang terjadi pada material sampai material tersebut mengalami patah lelah. Batas Lelah (Fatigue Limit)
Batas tegangan terendah dimana material dapat berumur panjang (tidak patah)
Kurva S-N
Kurva yang menyatakan umur lelah yang dipengaruhi oleh tegangan yang bekerja (fatigue strength)
Kurva S-N baja UNS-G41300
Full Annealing
Material dipanaskan di dalam dapur pemanas, kemudian di holding time selanjutnya didinginkan secara lambat didalam dapur pemanas. Tujuannya yaitu untuk melunakkan material. Normalizing Material dipanaskan di dalam dapur pemanas, kemudian di holding time selanjutnya didinginkan di udara bebas. Tujuannya yaitu untuk menghaluskan butir sehingga kekersannya sedikit naik.
Diagram Alir
START Spesimen baja Poros AISI 1045
Persiapan dan Pembentukan Spesimen tanpa perlakuan
Persiapan dan Pembentukan Spesimen dengan perlakuan
Full Annealing
Uji Tarik
Uji Struktur Mikro
Normalizing
Uji Kekerasan
Uji Lelah Pengamatan Pola Patahan
A
A
Analisa Data
Kesimpulan
FINISH
Material Uji
Pada percobaan ini material yang digunakan yaitu Baja AISI 1045 yang merupakan tipe baja karbon medium dengan komposisi kimia sebagai berikut: Komposisi Kimia Persentase (%) Carbon 0.42-0.50 Mangan 0.50-0.80 Silikon Maks. 0.40 Sulfur 0.020-0.040 Crom+Molibium+Nikel Maks.0.63 Sumber: Tira Andalan Steel, 2006
Metodologi Uji Tarik
Spesimen Uji tarik
Uji Lelah
Spesimen Uji Lelah
Gambar Mesin Uji lelah Rotating bending
Uji Kelelahan Dilakukan pada spesimen tanpa perlakuan panas (spesimen awal) dan spesimen yang telah mengalami perlakuan panas Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam model RBF 200 dari Fatique Dinamis Inc. Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,6σu ; 0,5σu dan 0,4σu.
Full Annealing T (°C)
800°C, 30 menit
t (menit)
Normalizing T (°C)
860°C, 30 menit
t (menit)
Metalografi
Tahapan metalografi: -Grinding -Polishing -Etching -Pengamatan Mikroskop Optik
Uji Kekerasan 6,35 mm
Penampang. A-A
Titik –titik pengambilan kekerasan
Hasil Pengujian Hasil Uji Tarik
No. Spesimen Yield Strength, σy (MPa) 1.
340,21
Tensile Strength, σu (MPa) 590,33
2.
335,45
596,12
3.
339,10
605,43
Rata-rata
338,25
597,55
Hasil Uji Lelah JENIS NO. TINGKAT UMUR PERLAKUAN PENGUJIA TEGANGA LELAH N N (Siklus) (Mpa) TP-1a 239,02 2.000.000 (0,4σu) 2.000.000 TP-1b Tanpa perlakuan
TP-2a TP-2b TP-2c TP-3a TP-3b TP-3c
298,78 (0,5σu) 358,53 (0,6σu)
1.207.400 1.141.500 1.244.900 950.000 917.000 992.000
Rata-rata Umur Lelah
2.000.000 1.197.933
953.000
JENIS NO. TINGKAT PERLAKUAN PENGUJIA TEG N ANGAN (Mpa) A-1a 239,02 A-1b (0,4σu) A-1c Full Annealing
A-2a A-2b A-2c A-3a A-3b A-3c
298,78 (0,5σu) 358,53 (0,6σu)
UMUR LELAH (Siklus) 997.200 1.005.700 1.001.300 274.200 233.500 246.900 34.100 33.600 29.900
Rata-rata Umur Lelah
1.001.400
251.533
32.533
JENIS NO. TINGKAT PERLAKUAN PENGUJIA TEGANGA N N N-1a N-1b N-1c Normalizing
N-2a N-2b N-2c N-3a N-3b N-3c
(239,02) (0,4σu)
298,78 (0,5σu) 358,53 (0,6σu)
UMUR LELAH (Siklus) 2.000.000 2.000.000 2.000.000 1.577.400 1.695.700 1.666.500 1.243.600 1.301.400 1.286.800
Rata-rata Umur Lelah
2.000.000
1.646.533
1.277.266
Grafik Hasil Uji Lelah
Hasil Uji Kekerasan JENIS PERLAKUAN
Tanpa perlakuan
Full Annealing
Normalizing
HRc 1. 21,1 2. 21,4 3. 21,8 4. 22 1. 2. 3. 4.
5,4 6,0 6,3 6,7
1. 2. 3. 4.
23,0 23,5 27,8 28,5
`
Ratarata 21,57
6,1
25,7
Hasil pengamatan Struktur Mikro pearlite
ferit
100x
500x Material Tanpa Perlakuan
pearlite
ferit
100x
500x Material Full Annealing
ferit
100x
pearlite
500x Material Normalizing
Hasil pengamatan Pola Patahan
Daerah patah statik
Daerah patah fatik
Daerah patah statik
0,6 σu Daerah patah fatik
0,5 σu Pola patahan material tanpa perlakuan
Daerah patah fatik
Daerah patah statik
0,6 σu
Daerah patah statik
Daerah patah fatik
0,5 σu Daerah patah fatik
Daerah patah statik
0,4 σu Pola patahan material full annealing
Daerah patah fatik
Daerah patah statik
0,6 σu Daerah patah
Daerah patah statik
fatik
0,5 σu Pola patahan material normalizing
Tabel Luasan Patah statik
Jenis Perlakuan Full Annealing Tanpa Perlakuan
Luasan Patah Statik 0,4 σu 0,5 σu 0,6 σu 55,4%
58,12%
60,8%
Tidak Patah
42,28%
46%
Normalizing Taidak Patah
36,06%
44,44%
Kesimpulan Perlakuan panas normalizing dapat menaikkan
umur lelah sedangkan full annealing dapat menurunkan umur lelah . Full annealing menghasilkan struktur mikro
yang dominan ferit sehingga menurunkan umur lelahnya, sedangkan normalizing menghasilkan perlit yang halus sehingga menghasilkan umur lelah yang panjang.
Dari
pola patahan yang didapatkan menunjukkan bahwa semakin besar beban yang diberikan maka luasan patah statik semakin besar.
Semakin luas daerah patah statik maka umur
lelahnya semakin menurun.
Terima kasih Mohon Saran dan Masukan
Diagram IT full annealing dan normalizing
Perbedaan perlit pada full annealing dan normalizing
Kurva pendinginan pada normalizing
Pengaruh kekerasan terhadap batas lelas
