Sidang Tugas Akhir (TM091486) Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Soeharto, DEA Oleh :
Budi Darmawan NRP 2105 100 160
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 20010
Latar Belakang 1. 2. 3.
4.
Baja AISI 1045 merupakan material yang sangat banyak digunakan dalam bidang industri. Sifat mekanik yang dimiliki sangat beragam dan mudah untuk direkayasa. Pembebanan dinamis sering dialami pada aplikasi penggunaan material ini terutama pada poros berputar. Intensitas pembebanan mengakibatkan kelelahan dan berakibat pada kegagalan material
Perumusan Masalah Bagaimana perubahan umur lelah baja AISI 1045 setelah mengalami variasi proses tempering pada pembebanan rotating bending.
1. Membandingkan umur lelah material awal dengan material yang telah
mengalami proses quench-tempering (perbandingan kurva S-N) sebagai akibat perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro. 2. Membandingkan sifat mekanik secara umum dari baja AISI 1045 awal dengan hasil quench temper variasi temperatur dan waktu temper serta melihat pengaruhnya terhadap umur lelah material.
1. 2. 3. 4. 5.
Komposisi material dianggap homogen dan kekasaran permukaan yang sama di setiap sisi. Pengujian dilakukan di temperatur kamar dan fluktuasi temperatur sekitar tidak terlalu signifikan. Dimensi poros satu dan lainnya dianggap sama. Pengaruh lingkungan tidak signifikan. Kecepatan perputaran mesin uji dianggap konstan di setiap pengamatan.
1. 2. 3.
Memberi sumbangan data umur lelah material Baja AISI 1045 terhadap dunia pendidikan dan industri. Menjadi acuan untuk penelitian selanjutnya yang lebih dalam dan menyeluruh. Melengkapi dan memperkaya data umur lelah material Baja AISI 1045 yang didapat sebelumnya.
Dasar Teori Baja karbon : material paduan unsur besi (Fe) dan Karbon (C) berkadar antara 0.008% sampai 2% dan elemen-elemen lain dengan kadar tertentu.
Untuk Baja AISI 1045 Komposisi Kimia material
Sifat Mekanik Material
Nama Kimia
Persentase (%)
Carbon
0.42-0.50
Kekuatan Tarik
596 N/mm2
Mangan
0.50-0.80
Kekuatan Luluh
380 N/mm2
Silikon
Maks. 0.40
Elongation
16% per 50 mm
Sulfur
0.02-0.04
Crom+Molibde num+Nikel
Maks. 0.63
Modulus Elastisitas
200 GPa
Massa Jenis
7.87 gr /cm
Sifat Mekanik
Keterangan
Umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapai material sampai material tersebut mengalami patah dengan pembebanan tertentu. Batas lelah (fatigue limit) didefinisikan sebagai besarnya beban maksimal yang menghasilkan umur lelah tak terhingga.
(Soeharto, Dr. Ir. 1999 Diktat Kuliah : Mekanika Patahan. Surabaya : Teknik Mesin FTI – ITS)
Prinsip Kelelahan Material 1.
2. 3. 4. 5.
Sebagian besar kelelahan muncul akibat pembebanan fluktuatif di bawah kekuatan statisnya. Munculnya slip di daerah konsentrasi tegangan. Beban berulang merambatkan slip ke batas butir yang lain. Perambatan terus terjadi sejauh pembebanan berlangsung. Material mengalami kegagalan setelah kelelahan mencapai kekuatan statisnya.
Crack Initiation
Crack Propagation
Patah Statik
Intrusi dan Ekstrusi di bidang permukaan material
Skema terjadinya mekanisme awal retak dan perambatannya.
Perlakuan panas Merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu, dimaksudkan untuk memperoleh sifat tertentu dari material tersebut.
Proses Tempering proses memanaskan kembali martensit ke suatu temperatur tertentu dan menahannya pada temperatur itu selama beberapa saat lalu didinginkan kembali.
T e m p e r a t u r
Skema Proses laku panas tempering
Waktu
Material dipanaskan hingga temperatur austenit Penahanan selama kurang lebih satu jam. Quenching ke temperatur ±50°C Memanaskan kembali material hingga temperatur tertentu Penahanan dilakukan sesuai parameter Melakukan pendinginan di udara terbuka
Kurva Perbandingan kekerasan pada proses tempering dengan variasi waktu dan temperatur
Tegangan pada pengujian lentur putar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : M = πSd3/32
atau
M = 0,0982Sd3
dimana : M = Penyetelan untuk beban momen (lb-in) d = Penampang diameter terkecil spesimen(in) S = Tegangan spesimen (psi)
Metodologi Penelitian Flowchart Percobaan
START
Spesimen baja poros AISI 1045
Persiapan dan Pembentukan Spesimen Tanpa Perlakuan
Pembentukan Spesimen sesuai standart Pendapuran (temperatur 850 C) ditahan selama 1 jam Quenching (air, temperatur: 20 C-30 C) Tempering (temperatur 200 ,300 ,400 C dan waktu temper 1 jam, 3jam, dan 5 jam)
A B
Flowchart lanjutan A
B
Pengamatan Struktur Mikro
Uji Kelelahan
Uji Kekerasan (Rockwell C)
Uji Tarik
Pola patahan
Analisa dan pembahasan
Kesimpulan
END
Spesimen Uji Tarik
Spesimen Uji Lelah Material
: Baja AISI 1045
Uji Kelelahan Dilakukan pada spesimen yang telah mengalami variasi perlakuan panas quench-temper Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam model RBF 200 dari Fatique Dinamics Inc. Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,7σu ; 0,6σu dan 0,5σu pada R=-1 dan frekwensi = 50 Hz.
Nama mesin
: RBF-200
Daya mesin
: 0.33 Hp
Voltage mesin
: 115 V
Frekuensi
: 100 Hz
Beban Bending maksimum
: 200 lb-in terbagi tiap 10 lb-in
Putaran maksimum
: 10.000 rpm
Ukuran cycle maksimum
: 999.999.900
cycle disajikan dalam 7 digit dengan rasio pembacaan 1: 100
Pengujian dilakukan untuk melihat struktur mikro material. Perbedaan yang akan terlihat cukup jelas adalah besar butir antara variasi satu dengan yang lainnya.
mm
Area pengambilan sampel struktur mikro
Untuk mengetahui perubahan kekerasan material setelah perlakuan panas. Dalam hal ini digunakan mesin uji Rockwel skala C.
Area atau titik-titik yang akan diindentasi.
Pengujian dilakukan dengan mesin uji hardness Rockwell C
Tempering akan dilakukan untuk variasi temperatur 200 C, 300 C, dan 400 C dengan waktu temper 3, 5, dan 7 jam.
Data pengujian tarik material awal No. Spesimen
Kekuatan yield (MPa)
Kekuatan tarik (MPa)
1
396,21
590,33
2
399,45
596,12
3
398,10
605,43
Rata-rata
397,92
597,55
Pengujian tarik dilakukan di laboratorium Metalurgi dengan alat yang telah terkalibrasi
Hasil uji tarik material hasil tempering dan material
awal Spesimen
Parameter Pengujian I
II
III
9
7.9
8.4
Luas penampang (mm)
63.64
49.04
55.44
Gauge length (mm)
51.4
49.3
50
Beban lumer (kN)
24.8
75.32
49.7
Beban maksimum (kN)
38.3
95.4
53
Diameter akhir (mm)
6.20
7.50
7.80
Luas penampang akhir (mm2)
30.20
44.20
47.80
Gauge length setelah patah, L1 (mm)
62.25
50.3
52.3
∆ L setelah patah (mm)
10.85
1
2.3
Yield strength (N/mm2)
389.7
1535.9
896.5
Tensile strength (N/mm2)
601.8
1945
1136.4
Poison’s ratio (υ)
0.67
0.4
0.64
194.85
767.9
448.25
21
2
4.6
Diameter spesimen (mm)
Modulus Elasticity (GPa) Elongation (%)
