SKRIPSI
PENGARUH QUENCH-HARDENING MEDIA AIR PADA BAJA AISI 1065 TERHADAP KEAUSAN AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK
Oleh : I KETUT WINDU SEGARA NIM : 0719351011
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NON REGULER UNIVERSITAS UDAYANA 2012
DAFTAR PUSTAKA http://id.wikipedia.org/wiki/transportasi_rel_di_Indonesia http://yefrikan.wordpress.com/2011/04/jenis-jenis baja http://www.streelforge.com/porgings/alloys/aisi1070report.html Williams, J.A, (1994), “Enggineering Tribilogy”, Bookcraft (bath) Ltd, Great Britain, Oxford, New York. ASM Handbook, (1993), “Volume. 1: Properties and selection : Iron, Steels And High Performance Alloys. 239. ASM International ASM Handbook, (1991), “Volume 4: Heat Treating, 160’’. ASM International Kalker, J.J.A, (1982), “Fast Algoritma For The Simplifield Theory Of Rolling Contack (FASTSIM) Vehicle System Dynamic”, Vol : 11, Swets & Zeitlinger, B. V, Lisse. Tyfour, W.R, et al, (1996), “Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of Pearlitic Rail Steel Due To Dry-Wet Rolling-Sliding Line Contack”, Department Of Mechanical And Proses Engineering, The Univ ersity Of Sheffield, UK. Beumer Ing, B.J.M. Anwir, B.S, (1994), “Ilmu Bahan Logam Jilid I”, Bhatara Niaga Media, Jakarta. Herman Yuwono, Ahkmad, (2009),” Buku Panduan Praktikum Karakteristik Material
1
Pengujian
Merusak
(Destructive
Testing),Bab
5”,
Departement Metalurgi Dan Material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Lawrence H. Van Vlack (1920-2000) Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material, edisi keenam. Buku panduan praktikum metalurgi bab III Uji Kekerasan (Hardness Test) Fakultas Teknik Universitas Udayana
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar
Telp/Fax. 0361-246163, Email;
[email protected]
LEMBAR PENGESAHAN PENGARUH QUENCH-HARDENING MEDIA AIR PADA BAJA AISI 1065 TERHADAP KEAUSAN AKIBAT BEBAN GELINDINGGESEK Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana Di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Nonreguler Universitas Udayana Oleh : Nama NIM Konsentrasi
: I Ketut Windu Segara : 0719351011 : Rekayasa Manufaktur
Telah Diuji dalam Ujian Skripsi Hari/tanggal: Kamis, 19 Juli 2012 Telah Disahkan Oleh : Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
( I Made Widiyarta, ST, MSc, Ph.D) MT) NIP : 19710722 199803 1 003
( Prof.Dr.Tjok Gde Tirta Nindhia, ST, NIP : 19720116 199803 1 004
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
(I Nyoman Suprapta Winaya, ST.,MASc,PhD) NIP. 19691231 199412 1 001 i
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Denpasar
Telp/Fax. 0361-246163, Email;
[email protected]
LEMBAR PERSETUJUAN PENGARUH QUENCH-HARDENING MEDIA AIR PADA BAJA AISI 1065 TERHADAP KEAUSAN AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Studi Strata Satu dan memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Nonreguler Universitas Udayana
Nama NIM Konsentrasi
Oleh : : I Ketut Windu Segara : 0719351011 : Rekayasa Manufaktur
Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal : Kamis, 19 Juli 2012
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
( I Made Widiyarta, ST, MSc, Ph.D) MT) NIP : 19710722 199803 1 003
(Prof.Dr.Tjok Gde Tirta Nindhia, ST, NIP : 19720116 199803 1 004
Penguji I
Penguji II
(I Putu Lokantara, ST., MT) NIP: 19690927 199703 1 001
(I Ketut Adi Atmika, ST.,MT) NIP : 19690518 199702 1 001 Penguji III
(I Dewa Made Krishna Muku, ST.,MT)
ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyampaikan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memproleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Materai Rp 6000,-
Denpasar, Mahasiswa
I Ketut Windu Segara NIM : 0719351011
iii
PENGARUH QUENCH-HARDENING MEDIA AIR PADA BAJA AISI 1065 TERHADAP KEAUSAN AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK
Oleh : I Ketut Windu Segara Dosen Pembimbing : Made Widyarta, ST.,MEng, Sc, ph.D : Prof. Dr. Tjok Gd Tirta Nindhia, ST.,MT
ABSTRAKSI Kegagalan pada material yang sering ditemukan dilapangan adalah keausan karena beban yang diterima secara berulang-ulang. Untuk mengurangi kegagalan tersebut yaitu dengan cara meningkatkan ketahanan aus material melalui pengerasan permukaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ketahanan keausan akibat beban gelinding-gesek dari perlakuan quench-hardening pada material baja AISI 1065. Untuk menjawab permasalahan yang timbul dilakukan pengujian keausan untuk mengetahui ketahanan aus dari material uji. Dari hasil eksperimen dilapangan didapat, bahwa material baja AISI 1065 yang sudah mengalami quench-hardening media air selama 5 detik lebih tahan terhadap keausan dibandingkan dengan material yang tidak di quench-hardening. Kekerasa permukaan rata-rata untuk baja AISI 1065 yang tanpa quenching 165,2 HVN, sedangkan yang diquenching air 5 detik mengalami peningkatan kekerasan rata-rata 467,2 HVN. Hal ini menunjukkan bahwa kekerasan material meningkat jika diberi perlakuan panas. Kata kunci :Baja AISI 1065, Keausan, Perlakuan Panas.
iv
Quench-hardening effect of water on carbon steel (AISI 1065) to off wear load rolling sleiding contact
Author : I Ketut Windu Segara Guidance : Made Widyarta, ST.,MEng, Sc, ph.D : Prof. Dr. Tjok Gd Tirta Nindhia, ST.,MT
ABSTRACT Failure of the material that often found is wear due to load received repeatedly. To reduce failures can be do by increasing the wear resistance of materials through surface hardening. This study aims to know the wear resistance due to load rolling-friction from quenchhardening treatment on AISI 1065 steel material. To solved the problems we doing tested material to make material have more resistance from wear. From the experimental results, the material carbon steel (AISI 1065) has been quench-hardening with water experiencing for 5 minute is more resistant than the material if not in quench-hardening. Surface hardness of the material AISI 1065 steel without quench-hardening is average 165,2 HVN, while surface hardness of the material carbon steel (AISI 1065) has been quench-hardening with water experiencing for 5 minute increased average 467,2 HVN. This point its explained the hardernes of the material increas if the heat treatment absorb by the material. Keyword: Carbon steel (AISI 1065), the wear, the heat treatment.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul : ”PENGARUH QUENCH-HARDENING MEDIA AIR PADA BAJA AISI 1065 TERHADAP KEAUSAN AKIBAT BEBAN GELINDING-GESEK” Dalam penyusunan Skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuain dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan trima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak I Nyoman Suprapta Winaya, ST.,MASc,PhD, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Made Widiyarta, ST, M.Eng.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Prof.Dr.Tjok Gde Tirta Nindhia, ST, MT,
selaku Dosen Pembimbing
II dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak
I G. K. Sukadana, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 6. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak trima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Denpasar,
/
Penulis vi
/ 2012
DAFTAR ISI Halaman
LEMBAR PENGESAHAN.………………………………………………………..…...i LEMBAR PERSETUJUAN………………………………………………………..…...ii ABSTRAKSI.....................................................................................................................iii ABSTRACT......................................................................................................................iv KATA PENGANTAR…………………………………………………………….….....v DAFTAR ISI………………………………………………………………………….....vi DAFTAR GAMBAR………………………………………………………...…...……viii DAFTAR TABEL….…………………………………………………………………....x
BAB I
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang……………………………………………………………1
1.2
Rumusan Masalahan……………………………………………………... 2
1.3
Tujuan Penelitian……………………………………………………...…..2
1.4
Batasan Masalah ………………………………………………………….3
1.5
Manfaat Penelitian………………………………………………………...3
BAB II DASAR TEORI 2.1
Rel Kereta Api……..……………………………………………………...4
2.2
Bahan Rel Kereta Api……..……………..………………………………..4
2.3
Baja Karbon Dan Baja Paduan.……………………………...……………5 2.3.1
Baja Karbon……………………………………………….…..5
2.3.2
Baja Paduan…………………………………………………...6
2.3.3
Sifat Umum Baja……………………………………………...8
2.4
Diagram Fase Fe-Fe3C……………………………………………………9
2.5
Perlakuan Panas…………………………………………………….........11
2.6
Quenching……………………………………………….……………….11
2.7
Pengerasan (Hardening)……………………………………………...….13
2.8
Kemampu kerasan (Hardenability)………………………………………13 vii
2.9
Temperatur Austenitisasi………………………………………………...14
2.10 Waktu Penahanan (Holding Time)………………………………………14 2.11 Laju Pendinginan………………………………………………………...15 2.12 Beban Normal……………………………………………………………17 2.13 Keausan………………………………………………………………….17 2.14 Kekerasan………………………………………………………………..21 2.15 Struktur Mikro………………………………………………...…………23
BAB III METODE PENELITIAN 3.1
Material Penelitian……………………………………………………….25 3.1.1
SpesifikasiBahan…………………………………………….25
3.1.2
Bentuk Spesimen Yang Akan diQuenching…………………25
3.1.3
Bentuk Spesimen Uji Keausan………………………………26
3.2
Alat Uji Keausan (Twin Disc Mechine)……………………….…...….…27
3.3
Alat penelitian..……………………………………………..……………28 3.3.1
Dapur Pemanas…………………………………...………….28
3.3.2
Alat Pengukur Kekerasan ………………..…………….……28
3.3.3
Microscope…………………………………………………...29
3.3.4
Jangka sorong……..………………………………………….29
3.3.5
Alat pengukur berat………………………………………….30
3.3.6
Tacho Meter………………………………………………….30
3.3.7
Ultrasonik Clenear..………………………………………….30
3.3.8
Alat ukur uji tarik…………………………………………….31
3.3.9
Alat grinda potong………………………………..………….31
3.4
Menentukan Beban Kontak Disc...………………………………………33
3.5
Prosedur Penelitian………………………………………………………34
3.6
Pengamatan Metallography……………………………………………...35
3.7
Uji Kekerasan……………………………………………………………35
3.8
Prosedur Penelitian Uji Keausan………………………………………...37 3.8.1
Persiapan Benda Uji………………………………………....37
3.8.2
Pengujian Keausan Pada Twin-disc Machine………………..37 viii
3.9
Metode Pengolahan Data………………………………………………..38
3.10 Diagram Alir Penelitian………………………………………………….39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil pengujian keausan...………………………….....…….……………..40 4.2 Pembahasan untuk material tanpa quenching………………….…………..42 4.3 Pembahasan untuk material yang quenching………………….….………..45 4.4 Hasil pengolahan foto metalografi………….………………….…………..51 4.5 Hasil uji Vickers tanpa perlakuan..………….……………………………..54 4.6 Hasil uji Vickers quenching air 2 detik….….………………….…………..55 4.7 Hasil uji Vickers quenching air 5 detik….….………………….…………..56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan…………………………...….….……………………………..57 5.2 Saran…………………………………………………………………….…57
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rel Kereta Api………………………………………………………………4 Gambar 2.2 Diagram Fase Fe-Fe3C……………………………………………………....9 Gambar 2.3 Skematik Kontak Antara Roda dan Rel……………………………………17 Gambar 2.4 Luas Bidang Kontak………………………………………………………..18 Gambar 2.5 Ilustrasi Skematik Keausan Adhesive……………………………………...18 Gambar 2.6 Ilustrasi Skematik Keausan Abrasive………………………………………20 Gambar 2.7 Ilustrasi Skematik Keausan Lelah….………………………………………21 Gambar 2.8 Ilustrasi Skematik Keausan Oksidasi……………………………………….22 Gambar 2.9 Percobaan Kekerasan Vickers………………………………………………24 Gambar 2.10 Hasil Indentasi Uji Vickers………………………………………………..24 Gambar 2.11 Cara Pengukuran Indentitas……………………………………………….24 Gambar 2.12 Struktur Mikro baja AISI 1040 dan AISI 1065……………………..…….25 Gambar 3.1 Skematik Spesimen Yang Akan DiQuenching……………………………..26 Gambar 3.2 Skematik Spesimen Uji Keausan…………………………………………...27 Gambar 3.3 Spesimen Yang Akan DiQuenching………………………………………..27 Gambar 3.4 Spesimen Uji Keausan……………………………………………………...28 Gambar 3.5 Alat Uji Keausan (Twin Disc Mechine)……………………………………28 Gambar 3.6 Dapur Pemanas……………………………………………………………..29 Gambar 3.7 Alat Pengukur Kekerasan…………………………………………………..29 Gambar 3.8 Microscope………..………………………………………………………...30 Gambar 3.9 Jangka sorong digital…………………..…………………………………...30 Gambar 3.10 Alat pengukur berat…..…………………………………………………...31 Gambar 3.11 Tacho meter……..………………………………………………………...31 Gambar 3.12 Ultrasonik kliner...………………………………………………………...31 Gambar 3.13 Alat ukur uji tarik..………………………………………………………...32 Gambar 3.14 Alat grinda potong………………………………………………………...32 Gambar 3.9 Benda Uji yang Sudah Kena Perlakuan Uji Vickers………………………..36 Gambar 4.1 Grafik Perbandingan keausan massa yang hilang ……………...……..…....41 Gambar 4.2 Grafik keausan massa yang hilang untuk material tanpa quench………......44 x
Gambar 4.3 Grafik Kedalaman keausan yang hilang untuk material tanpa quench……..45 Gambar 4.4 Grafik keausan massa yang hilang untuk material yamg quench……...…...48 Gambar 4.5 Grafik Kedalaman keausan yang hilang untuk material yang quench……..48 Gambar 4.6 Grafik keausan perbandingan massa yang hilang ……………………..…...49 Gambar 4.7 Grafik variasi perbandingan kedalaman keausan yang hilang ……………..50 Gambar 4.8 Struktur mikro awal baja AISI 1065………………………………………..51 Gambar 4.9 Struktur mikro baja AISI 1065 setelah diquench 2 detik……………….…..51 Gambar 4.10 Struktur mikro baja AISI 1065 setelah diquench 5 detik ……………..….52 Gambar 4.11 Struktur mikro baja AISI 1065 setelah uji keausan...…………………..…53 Gambar 4.12 Grafik uji Vickers quenching air 2 detik…………………………………..54 Gambar 4.13 Grafik uji Vickers quenching air 5 detik…………………………………..55
xi
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Bahan Kontak Pada Disc..……………………………………........................34 Tabel 4.1 Data pengujian pada mesin uji keausan..……………………………………...40 Tabel 4.1 Hasil pengujian uji keausan specimen tanpa quench..………………………...42 Tabel 4.1 Hasil pengujian uji keausan specimen yang diquench..…………………….....42
xii
