KARAKTERISTIK MEKANIK STATIS BAJA UNS G10450 YANG MENGALAMI PROSES SHOT PEENING Dini Cahyandari ∗ ) Abstrak Shot peening adalah proses pengerjaan dingin pada permukaan material dengan cara penyemprotan butiran baja atau gelas halus pada permukaan material sehingga didapat tegangan sisa. Tujuan dari proses ini adalah untuk meningkatkan sifat fatik material. Pengaruh shot peening terhadap perbaikan sifat fatik telah diketahui, sedangkan pengaruhnya terhadap sifat mekanik statik material belum diketahui. Oleh karena itu tulisan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh proses shot peening pada material terhadap sifat mekanik statisnya.
Kata Kunci : Shot Peening, Material, Tegangan Sisa PENDAHULUAN Shot peening banyak diaplikasikan pada produksi pegas lilin, pegas daun, dan poros dengan tujuan untuk mempertinggi ketahanan terhadap beban dinamis dari komponen tersebut. Proses shot peening dilakukan dengan penembakan bola – bola baja yang berkecepatan tinggi pada permukaan benda kerja. Tujuan dari proses ini adalah untuk memberikan tegangan sisa tekan pada permukaan suatu komponen yang dapat memperbaiki sifat bahan terhadap beban dinamis. Selain dapat memperbaiki karakteristik ketahanan terhadap beban dinamis proses shot peening diduga juga berpengaruh terhadap karakteristik statis yang berupa kekerasan dan kuat tarik bahan. Untuk mengetahui pengaruh shot peening terhadap karakteristik statis maka dilakukan proses shot peening terhadap benda uji baja UNS G10450, uji yang dilakukan adalah uji keras, uji tarik, pemeriksaan metalografi dan pengujian kekasaran permukaan. Shot peening dilakukan dengan intensitas yang berbeda yaitu intensitas 0.015 A dan 0.016 A. Perbedaan intensitas dilakukan dengan merubah variabel waktu proses. Pengukuran intensitas shot peening dilakukan dengan metode strip Almen dari jenis A ( Almen strip type A ). Benda uji dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu benda uji standar yang tidak dilakukan shot peening dan benda uji yang dilakukan shot peening dengan intensitas 0.015 A dan 0.016 A. Ketiga kelompok uji tersebut kemudian dilakukan pengujian kekerasan, pengujian tarik statis, pemeriksaan metalografi dan pengujian kekasaran permukaan. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh proses shot peening terhadap Karakteristik mekanik statis dari baja UNS G10450 yang merupakan material yang sering digunakan untuk komponen permesinan.
Gambar 1. Pelat Tipis Yang Dilakukan Shot Peening ∗
) Staf Pengajar Jurusan Mesin UNIMUS 82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
Data Spesimen Bahan pengujian adalah baja UNS G10450 yang berbentuk silinder pejal. Baja ini termasuk kelompok baja permesinan ( machinary Steel ) yang dipergunakan untuk pembuatan komponen – komponen mesin. Komposisi kimia dalam prosen adalah sebagai berikut : C: 0.437; Si : 0.229; Mn : 0.618; P : 0.00821; S : 0.03. Untuk mengetahui pengaruh shot peening terhadap karakteristik statis maka dilakukan proses shot peening terhadap benda uji baja UNS G10450 dan pengujian kekerasan, pengujian tarik, pemeriksaan metalografi dan pengujian kekasaran permukaan. Proses shot peening dilakukan dengan intensitas yang berbeda .yaitu intensitas 0.015 A dan 0.016 A.perbedaan intensitas dilakukan dengan mengubah variabel waktu proses. Pengukuran intensitas shot peening dilakukan dengan metode strip Almen dari jenis A ( Almen strip type A ). Benda uji dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu benda uji standar yang tidak dilakukan shot peening dan benda uji yang dilakukan shot peening dengan intensitas 0.015 A dan 0.016 A.
Gambar 2. Benda Kerja Yang Mengalami Shot Peening
Gambar 3. Distribusi Tegangan Pada Batang Yang Mengalami Shot Peening
METODE PENELITIAN Benda uji baja UNS G10450 yang telah diklasifikasikan tersebut kemudian dilakukan pengujian kekerasan, pengujian tarik, pemeriksaan metalografi dan pengujian kekasaran permukaan. Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengginakan mesin uji kekerasan mikro vickers dengan identor berbentuk piramid. Pengujian kekerasan dilakukan selain untuk mengetahui karakteristik kekerasan bahan juga untuk mengetahui distribusi kekersan akibat proses shot peening. 82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji INSTRON berkapasitas 100KN, dengan kecepatan penarikan 20 mm/menit. Benda uji tarik dibuat berdasarkan standar JIS Z2201 no 14 A. Dimensi benda uji disajikan pada gambar 5. Pemeriksaan metalografi dilakukan dengan mikroskop leiz untuk mengetahui struktur mikro dan derajat kedalaman deformasi plastis akibat proses shot peening. Pengujian kekasaran permukaan juga dilakukan untuk mengetahui kekasaran ketiga jenis benda uji.
Gambar 4. Variasi Sifat Tarik Dengan Jumlah Pengerjaan Dingin
Gambar 5. Dimensi Benda Uji Tarik
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil uji kekerasan disajikan pada tabel 1, tabel 2, tabel 3. besar nilai kekerasan dihitung berdasarkan harga kekerasan vickers. Hasil pengujian tarik bahan disajikan pada tabel 4. pengujian metalografi ditampilkan pada gambar 6 dan pengujian kekasaran ditampilkan pada gambar 7. Benda uji hasil shot peening menunjukkan profil peningkatan ringan dalam hal kekerasan, dan kembali normal setelah mencapai kedalaman tertentu.untuk memperjelas pembahasan maka dilakukan analisa kekerasan lapisan dengan standar JIS G0557, seperti diperlihatkan pada lampiran 1 dan 2. Dari analisa diketahui bahwa pada benda uji yang dilakukan shot peening dengan intensitas 0.015 mengalami peningkatan kekerasan sebesar 29 VHN dari kekerasan normal pada kedalaman 80 µm, kekerasan terus berkurang seiring dengan dengan kedalamannya ke 82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
arah inti dan mulai konstan pada kedalaman 280 µm. benda uji yang dilakukan shot peening dengan intensitas 0.016 mengalami peningkatan kekerasan sebesar 49 VHN dari kekerasan normal pada kedalaman 80 µm, kekerasan terus berkurang seiring dengan dengan kedalamannya ke arah inti dan mulai konstan pada kedalaman 430 µm. Analisa kekerasan hanya memberikan gambaran kasar mengenai ketebalan lapisan kompresi. Untuk mengetahui distribusi lapisan kompresi secara akurat maka perlu dilakukan pengukuran dengan metode difraksi sinar-X ( X-Ray Difraction ). Kekuatan tarik yang didapat dari pengujian terhadap benda uji standar tanpa shot peening, benda uji shot peening I = 0.015 A dan benda uji shot peening I = 0.016 A. Hampir tidak menunjukkan terjadinya perbedaan.hal ini disebabkan bagian baja yang mengalami deformasi hanya merupakan suatu lapisan tipis pada permukaan sehingga efek penguatan hampir tidak berpengaruh terhadap kuat tarik baja. Fenomena ini diperkuat dengan hasil pengujian kekerasan dan metalografi. Hasil analisa kekerasan diatas menunjukkan bahwa tegangan sisa yang diinduksikan oleh proses shot peening hanya terbatas pada lapisan tipis permukaan bahan. Keadaan tersebut diperjelas oleh foto mikro struktur yang memperlihatkan butir – butir yang terdeformasi akibat proses shot peening. Baja yang telah di shot peening memiliki struktur permukaan yang terdeformasi sampai kedalaman tertentu. Struktur mikro hasil shot peening dengan intensitas 0.016 A memiliki kedalaman deformasi yang lebih tinggi dibanding baja yang mengalami proses shot peening dengan intensitas 0.0315 A. Benda uji standar yang tidak mengalami shot peening memiliki kekasaran permukaan 0.3 µm, benda uji yang mengalami shot peening dengan I = 0.015 A memiliki kekasaran 5.1 µm dan benda uji dengan I = 0.016 A memiliki kekasaran 5.0 µm. Benda uji hasil shot peening memiliki permukaan yang lebih kasar. Tetapi karena lekukan – lekukan akibat proses shot peening sangat dangkal dan memiliki radius yang besar maka lekukan tersebut hanya menyebabkan konsentrasi tegangan yang ringan. Selain itu mempertinggi tegangan yang terletak saling berdekatan dan kurang berbahaya bila dibandingkan dengan takikan tunggal.
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
KESIMPULAN Dari penelitian yang dilakuka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Proses shot peening meningkatkan kekerasan secara terbatas dan menyebabkan deformasi plastis pada kedalaman tertentu dari permukaan baja UNS G10450. 2. Proses shot peening kurang berpengaruh pada kuat atrik baja UNS G10450, karena lapisan deformasi yang terbentuk relatif kecil.
DAFTAR PUSTAKA 1. Dieter,George E, 1986, Mechanical Metallurgy, Mc Graw Hill, Singapore. 2. Fuch, H. O. Dan R.I. Stephens, 1980, Metal Fatigue in Engineering, John Willey and Sons Inc., USA 3. Guy. Albert G., dan Jon J. Hern, 1960, Element of Physical Metallurgy, Addison, Wesley Publishing Company Inc., Massachusetts, USA. 4. Japanesse Standard Association, JIS HANDBOOK 1988, Ferrous Materials and Metallurgy, Japan, 1988 5. SAE j 880 A, 1984, Manual of Shot Peening, Society of Automotive Engineering Inc., 400 Common Wealth Drive, Warrendale 15096, USA.
82
Traksi. Vol. 3. No. 2, Desember 2005
