KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmatNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin dengan bidang Studi Metallurgi, Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Pada kesempatan ini penulis bermaksud menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Ibu DR. Ir. Kis Agustin DEA, sebagai dosen pembimbing dalam penyusunan Karya Ilmiah ini. 2. Bpk. DR. Ir. Herman Sasongko, selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Intitute Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. 3. Bpk. DR. Ir. Djoko Sungkono selaku dosen wali 4. Rekan – rekan Jurusan Teknik Mesin program lintas jalur Extensi semester ganjil 2003. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih banyak terdapat kekurangan untuk ini kritik dan saran yang membangun sangat penulis butuhkan guna penyempurnaan karya ilmiah ini. Akhir kata penulis memohon taufiq dan hidayah-Nya semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan penyusun pada khususnya Amien. Surabaya, Januari 2007
Penyususn
STUDI EKPERIMENTAL KETAHANAN AUS HUMMER MILL BAJA AISI 4340 SETELAHPROSES HARD FACING MENGGUNAKAN SMAW Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: Djoko Budi Santoso : 2103.109.501 : Teknik Mesin FTI-ITS : Dr. Ir. HC. Kis Agustin, DEA.
ABSTRAKSI Untuk mendapatkan kualitas hummer mill baja AISI 4340 yang baik, kiranya perlu diadakan studi ekperimental proses pembuatan hummer mill yang cocok dan sesuai dengan kondisi beban kerja. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk memperbaiki ketahanan aus antara lain : Full hardenning, case hardenning dan hard facing. Perbaikan ketahanan aus hummer mill dengan proses full hardenning dan case hardenning sudah pernah dilakukan, namun hasilnya belum optimal. Oleh sebab itu akan dilakukan studi ekperimen ketahanan aus Hummer Mill proses hard facing menggunakan Shield Metal Arc Welding. Pada ekperimen ini digunakan proses hard facing sebanyak tiga layer dengan empat variasi urutan filler (Citrodur V 1000, Citromangan, dan CitochromaxN) yang berbeda. Tujuan percobaan ini adalah untuk memperoleh proses pembuatan Hummer Mill yang murah dengan kualitas lebih baik. Material yang digunakan Baja AISI 4340 berbentuk segi enam. Setelah proses hard facing akan dilakukan uji kekerasan, struktur mikro, dan uji ketahanan aus dengan kondisi beban aktual (road test). Dari data, diperoleh laju keausan ke-empat proses hard facing yang digunakan mampu mencapai umur 80 jam pemakaian dan mempunyai ketahanan aus lebih baik bila
dibandingkan Hummer Mill dengan proses perlakuan panas . Hummer mill baja AISI 4340 dengan proses metoda II (layer 1, 2 dan 3 menggunakan filler Citrodur V 1000) memiliki ketahanan aus paling baik dan beban biaya komponen produksi termurah. Kata kunci: Hummer mill, AISI 4340, hard facing, hardness dan wear resistance.
WEAR RESISTANCE EXPERIMENT STUDY OF HUMMER MILL AISI 4340 STEEL AFTER PROCESS HARD FACING USE SMAW. Student Name NRP Majors Lecturer
: Djoko Budi Santoso : 2103.109.501 : Mechanical Engineering FTI-ITS : Dr. Ir. HC. Kis Agustin, DEA
ABSTRAKSI To get good quality of Hummer Mill AISI 4340 steel, presumably require to be performed by study experimental process of compatible Hummer Mill and as according to work load condition. Some ways which can be done to improve wear resistance for example : Full Hardenning, case hardenning and hard facing. repair of wear resistance hummer mill with process of full hardenning and case hardenning have been done, but the result not yet optimal. On that account will be done wear resistance experiment study of Hummer Mill after process hard facing using Shield Metal Arc Welding At this experiment used process of hard facing is three of layers with four variation of different filler (Citrodur V 1000, Citromangan, CitochromaxN). Target of this experiment is to get the process of cheap Hummer Mill with better quality. Material used remain to use AISI 4340 steel in form of hexagon. After process of hard facing will be done a hardness test, micro structure, and wear resistance test with actual condition/road test From data, obtained wear rate of fourth process hard facing used able to reach 80 clock life time and have better wear resistance if compared to Hummer Mill process heat treatment. Hummer mill AISI 4340 steel with process of
second method (layer 1, 2 and 3 using filler CitrodurV 1000) owning best wear resistance and the charges component of cheapest production. Keyword: Hummer Mill, AISI 4340, hard facing, hardness and wear resistance
DAFTAR ISI HALAMAN HALAMAN JUDUL …….……………………………………. LEMBAR PENGESAHAN......................................................... ABSTRAK.................................................................................. KATA PENGANTAR................................................................. DAFTAR ISI.............................................................................v DAFTAR GAMBAR ............................................................viii DAFTAR TABEL ....................................................................x BAB I PENDAHULUAN...……...…....................................1 1.1 Latar Belakang………............................................1 I.2 Perumusan Masalah................................................2 I.3 Tujuan ………………............................................2 I.4 Manfaat ..................................................................3 I.5 Batasan Masalah…….............................................3 BAB II DASAR TEORI ………….....................................4 2.1 Baja ........................................................................4 2.1.1 Klasifikasi Baja.......................................................4 2.1.2 Pengaruh Unsur paduan .........................................7 2.1.3 Sifat Mekanik ........................................................9 2.1.4 Perbaikan Sifat Mekanik ......................................10 2.2. Material Hummer Mill...........................................11 2.3. Keausan ................................................................12 2.3.1 Keausan Adhesiff..................................................12 2.3.1.1 Karakteristik Keausan Adhesif ............................ 12 2.3.1.2 Penanggulangan Effek Adhesif ............................13 2.3.2 Keausan Abrasif....................................................13 2.3.2.1 Jenis-Jenis Keausan Abrasif .................................13 2.3.2.2 Penanggulangan Effek Abrasif ............................14 2.4. Hard Facing ........………………………….........14 2.4.1 Paduan Hard Facing………………....….............14
v
2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.5.3 2.5.3.1 2.5.3.2 2.5.3.3 2.6. 2.6.1 2.6.2
Pemilihan Proses Welding....................................19 Hard Facing dengan Metode SMAW...................22 Las Listrik SMAW ..............................................22 Electrode Coating ................................................23 Parameter Pengelasan.................. ........................25 Arus Pengelasan ..................................................25 Kecepatan Pengelasan .........................................25 Polaritas Listrik....................................................26 Metallurgi Las......................................................26 Siklus Thermal Las..............................................26 Perubahan Struktur Mikro Daerah Lasan............30
BAB III METODE PENELITIAN .......................................35 3.1. Diagram Alir Penelitian........................................35 3.2. Studi Lapangan.....................................................36 3.3. Pembuatan Spesimem Benda Kerja.....................36 3.4. Pengukuran Awal.................................................38 3.5. Proses Hard Facing..............................................38 3.5.1 Mesin Las ............................................................39 3.5.2. Elektroda.. ...........................................................39 3.5.3 Tahapan Pengelasan ............................................40 3.6. Pengujian Metallografi dan Kekerasan..............41 3.6.1 Pengujian Metallugrafi ........................................42 3.6.2 Pengujian Kekerasan ...........................................43 3.7. Pengukuran Awal Benda Kerja Sebelum di Pasang di Unit Mesin ........................................................44 3.8. Pengujian Abrasif Benda Kerja di Unit Mesin.....45 3.9. Rancangan Percobaan...........................................46 BAB IV DATA HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA PEMBAHASAN...............................50 4.1. Data Hasil Pengujian ..........................................50 4.1.1 Data Pengujian Keausan Hummer Mill...............50 4.1.2 Data Pengujian Metallugrafi ...............................71 4.1.3 Data Proses Pembuatan Hummer Mill.................85
vi
4.2. 4.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.2 4.2.3
Analisa Data .......................................................88 Analisa Keausan..................................................88 Analisa Keausan Hummer Mill Metoda I ..........88 Analisa Keausan Hummer Mill Metoda II..........89 Analisa Keausan Hummer Mill Metoda III........92 Analisa Keausan Hummer Mill Metoda IV........93 Analisa Data Uji Metallugrafi dan Kekerasan ...96 Analisa Biaya ....................................................99
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...............................101 5.1 Kesimpulan ................................... ..................101 5.2 Saran .................................................................101 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
HALAMAN
Pengelompokan Baja Karbon, Struktur Mikro dan Sifat Mekanik.............................................................8 Skema Pengelasan SMAW ………………...................24 Pengaruh Besar Arus Pengelasan Terhadap Bentuk Dan Besar Manik Logam Pengisi yang Dipindahkan...25 Siklus Thermal ………………....................................28 CCT diagram Baja AISI 4340.......................................39 Pengaruh Gradien Temperatur dan Laju Pertumbuhan Butir di daerah Las .................................30 Pengaruh jarak fase Solid dan Liquit terhadap Gradien Temperatur.......................................................31 Pengaruh Gradien Temperatur terhadap bentuk Dan ukuran butir kristal.................................................32 Diagram Alir proses penelitian ....................................35 Bentuk dan ukuran benda kerja ....................................37 Alat ukur yang dipergunakan ......................................38 Tahapan Hard Facing ...................................................41 Proses pemotongan Spesimen.......................................42 Pemetaan titik indentasi pengukuran kekerasan ..........44 Skema susunan unit Mesin Disc Mill ..........................46 Lokasi pengukuran .......................................................48 Lokasi pemasangan Hummer Mill Metode 1 dan 2 ....54 Lokasi pemasangan Hummer Mill Metode 3 dan 4 ....71 Struktur Mikro Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas............................................................71 Struktur Mikro Hummer Mill Metode I.......................73 Struktur Mikro Hummer Mill Metode II......................75 Struktur Mikro Hummer Mill Metode III....................77 Struktur Mikro Hummer Mill Metode IV....................79 Kurva Kekerasan Penampang Hummer Mill Metode I.......80
viii
4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21
4.22
4.23
Kurva Kekerasan Penampang Hummer Mill Metode II......81 Kurva Kekerasan Penampang Hummer Mill Metode III.....82 Kurva Kekerasan Penampang Hummer Mill Metode IV.....83
Kurva Kekerasan Penampang Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas..............................................84 Kurva Hasil Pengukuran Berat Hummer Mill Metode I .....88 Kurva Hasil Pengukuran Berat Hummer Mill Metode II.....89 Kurva Perbandingan Keausan Rata-rata Hummer Mill Metode I dan II .....................................90 Kurva Perbandinagan Pengukuran Berat Rata-rata Hummer Mill metode I, II dan Original I dan II .........91 Kurva Hasil Pengukuran Berat Hummer Mill Metode III...92 Kurva Hasil Pengukuran Keausan Hummer Mill Dengan Metode III.......................................................92 Kurva Hasil Pengukuran Berat Hummer Mill Metode IV...93 Kurva Hasil Pengukuran Keausan Hummer Mill Dengan Metode IV.......................................................94 Kurva Perbandinagan Pengukuran Berat Rata-rata Hummer Mill metode III, IV dan Original III dan IV .........................................................................95 Kurva Perbandingan Pengukuran Berat Rata-rata Hummer Mill Metode I, II, III,IV dan Original I, II, III, IV.....................................................95 Kurva Perbandingan Keausan Rata-rata Hummer Mill Metode IIII, IV dan Original III, IV.....96
ix
DAFTAR TABEL TABEL
HALAMAN
2.1
Classification Of Hard Facing Material By Alloy Groups..........................................................15 2.2 Typical Compositions Of Hard Facing Alloy.............16 2.3 Characteristies of Welding Processes used in Hard Facing.............................................................21 3.1 Rancangan percobaan I...............................................47 3.2 Rancangan percobaan II..............................................49 4.1 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OI.1...............50 4.2 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OI.2...............51 4.3 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OI.3...............51 4.4 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OI.4...............52 4.5 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OII.1..............52 4.6 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OII.2..............53 4.7 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OII.3..............53 4.8 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OII.4..............54 4.9 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode I Spesimen 1.............................55 4.10 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode I Spesimen 2.............................56 4.11 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode I Spesimen 3.............................57 4.12 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat
x
Hummer Mill Metode I Spesimen 4.............................58 4.13 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode II Spesimen 1............................59 4.14 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode II Spesimen 2............................60 4.15 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode II Spesimen 3............................61 4.16 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode II Spesimen 4............................62 4.17 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIII.1.............63 4.18 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIII.2.............63 4.19 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIII.3.............64 4.20 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIII.4.............64 4.21 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIV.1.............65 4.22 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIV.2.............65 4.23 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIV.3.............66 4.24 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas OIV.4.............66 4.25 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode III Spesimen 1...........................67 4.26 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode III Spesimen 2...........................67 4.27 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode III Spesimen 3...........................68 4.28 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode III Spesimen 4...........................68 4.29 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode IV Spesimen 1...........................69
xi
4.30 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode IV Spesimen 2...........................69 4.31 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode IV Spesimen 3...........................70 4.32 Data Hasil Pengukuran Dimensi dan Berat Hummer Mill Metode IV Spesimen 4...........................70 4.33 Data Kekerasan Penampang Hummer Mill Proses Hard Facing Metode I........................................80 4.34 Data Kekerasan Penampang Hummer Mill Proses Hard Facing Metode II......................................81 4.35 Data Kekerasan Penampang Hummer Mill Proses Hard Facing Metode III.....................................82 4.36 Data Kekerasan Penampang Hummer Mill Proses Hard Facing Metode IV.....................................83 4.37 Data Kekerasan Penampang Hummer Mill Dengan Perlakuan Panas...............................................84 4.38 Data Pemakaian Elektroda ...........................................85 4.39 Laju Elektroda pada Pengelasan masing-masing layer 85 4.40 Kecepatan Pengelasan Pada Masing-masing layer ......86 4.41 Waktu Proses Pembuatan Hummer Mill Dari masing-masing Metode.........................................86 4.42 Perhitungan Biaya Proses Pembuatan Hummer mill Dari Masing-masing Metode........................................87
xii
