Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Tingkat Kekasaran Permukaan Stainless Steel 316L Akibat Tekanan Steelballpeening Rudianto Raharjo a *, Teguh Dwi Widodob , Bayu Satriya Wardhana dan Septian Wahyutama Jurusan Teknik Mesin, Universitas Brawijaya, Jl MT Haryono 167 Malang, Indonesia a
[email protected],
[email protected]
Abstrak Penggunaan bahan stainless steel banyak digunakan pada sektor industri mulai dari peralatan rumah tangga, kontruksi bangunan, industri otomotif, hingga industri perkapalan dan pesawat terbang. Sedangkan dalam dunia kesehatan biomedis stainless steel karena karakteristiknya yang menguntungkan seperti tahan korosi (corrosion resistance), berkekuatan tinggi (high strength) dan biaya perawatan yang rendah (low cost maintenance). Dalam ilmu bedah tulang dimana penggunaan stainless steel dikenal sebagai alat penyambung tulang patah untuk menggantikan bagian tubuh yang cidera. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui Efek tekanan Steelballpeening terhadap kekasaran permukaan AISI 316L. Rekayasa fisik material yang digunakan untuk megubah sifat mekanik pada AISI 316L stainless steel salah satunya Steelballpeening. Proses Steelballpeening adalah proses perlakuan permukaan dengan membobadir permukaan material dengan Steelball. Pada penelitian ini tingkat kekasaran permukaan AISI 316L stainless steel yang dihasilkan dari proses Steelballpeening dengan parameter tekanan. Proses Steelballpeening dengan variasi tekanan Steelballpeening pada permukaan AISI 316L stainless steel pada tekanan 6 bar, 7 bar, 8 bar serta menggunakan diameter stellball 4 mm. Semakin besar tekanan Steelballpeening semakin besar nilai kekekerasan rata-rata pada permukaan AISI 316L stainless steel ditinjau pada jarak 50µm dari permukaan. Pengaruh proses Steelballpeening terhadap nilai kekasaran permukaan AISI 316L stainless steel dengan variasi tekanan juga di dapat pada penelitian ini. Kekasaran ratarata permukaan terendah pada tekanan 8 bar sebesar 1.15, sedangkan kekasaran rata-rata tertinggi 6 bar sebesar1.41 Kata kunci : kekasaran, 316L Tekanan Steelballpeening
Pendahuluan Kekasaran permukaan dan kekerasan material merupakan aspek penting dalam bioadesi [1]. Material yang kasar cocok dalam pembentukan awal dari sel pembentuk tulang pada implan. Hal tersebut dapat membentuk ikatan jaringan yang kuat antara jaringan tulang dan implan [2]. Terdapat dua metode dalam mengatur kekasaran permukaan. Deforming dan nondeforming Metode pemolesan, permesinan dan anodizing salah satu metode nondeforming. Sedangkan Sand blasting, Surface Mechanical Attrition Treatmeant (SMAT) dan Steelballpeening termasuk metode deforming dimana metode tersebut membentuk permukaan yang kasar dengan cara penembakan dan benturan pada material AISI 316L stainless steel sudah secara luas digunakan pada dunia rekayasa material
(Material Engineering) ,dunia industri. Pada stainless steel tipe AISI 316L stainless steel mempunyai kandungan karbon yang rendah sehingga memiliki nilai ketahan korosi, akan tetapi memiliki ketahanan lelah yang rendah [3]. AISI 316L mengandung unsur chromium (Cr) sehingga mampu bertahan dari oksidasi yang menyebabkan terjadinya karat. AISI 316L sangat sering digunakan pada dunia ilmu biomedik karena memiliki ketahanan krorosi yang tinggi dan sangat cocok untuk bahan implan [4]. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan berbagai studi telah dilakukan dalam meningkatkan sifat mekanik satu material salah satunya Steelballpeening . Steelballpeening dapat meningkatkan ketahan lelah dari 0 – 1000 % tergantung material spesimen dan media shot [6]. Dalam penelitian ini proses Steelballpeening dapat diketahui nilai kekasaran dengan parameter yang mempengaruhi proses shot peening
Material 30
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
dimulai geometri permukaan spesimen, material spesimen, material shot, ukuran shot, dan instensitas shot, tekanan shot. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode penelitian eksperimental. Tekanan shot divariasikan dengan tekanan 6 bar, 7 bar, dan 8 bar. Dengan intesitas tetap shot peening selama 5 menit.dan jarak penembakan 2 cm
Pada Penelitian ini digunakan stainless steel shot yang memiliki diameter 4 mm. spesimen yang digunakan adalah AISI 316L stainless steel dengan dimensi panjang 3 mm, lebar 3 mm dan tinggi 2 mm. Proses shot menggunakan kompresor dan gun blaster sebagai alat shot. Proses shot peening diawali dengan mempersiapkan spesimen sesuai ukuran dan dihaluskan menggunan amplas dengan ukuran ISO 600 hingga ISO 1000 dan dipoles menggunakan autosol, kemudian masukkan plat AISI 316L Stainless steel dengan dimensi 25x25x2 mm yang telah diberi perekat dibagian belakang pada permukaan ember yang berfungsi sebagai table shot. Atur tekanan 6 bar, 7 bar, 8 bar dan jarak penembakan 2 cm dan lakukan proses shot pending pada permukaan plat selama 5 menit.
Gambar 1 Skema penelitian
Pengujian Kekasaran Pengujian Kekasaran menggunakan alat Surface roughness tester dengan diawali pengkalibrasian alat, kemudian atur titik pengujian secara acak dan atur rentang untuk jarak pengambilan data sepanjang 7 mm.Pengambilan data sebanyak 3 titik sampel.
Stainless steel AISI 316L dengan dimensi panjang 3 mm, lebar 3 mm dan tebal 2 mm digunakan sebagai spesimen dalam penelitian ini. Spesimen stainless steel AISI 316L dengan komposisi kimia (%wt) terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia Stainless steel AISI 316 L Karbon Mangan Fosfor Sulfur Silikon (C) (Mn) (P) (S) (Si) 0,03 2,00 Molyb Nitrogen denum (N) (Mo)
0,045
2,0-3,0
67.8
0,10
Besi (Fe)
0,03 Chrom ium (Cr) 16,018,0
0,75 Nikel (Ni) 10,014,0
HASIL DAN PEMBAHASAN Data Shot peening Sedangkan nilai kekasaran didapatkan setelah dilakukan uji kekasaran menggunakan roughness tester. Dari data nilai kekasaran tersebut dibandingkan terhadap tekanan shot setiap spesimen. Hasil dari pengujian kekasaran dapat dilihat pada (Gambar 2- 4)
Seluruh spesimen dihaluskan dan dipoles agar mendapatkan kekasaran permukaan yang sama. Nilai kekasaran minimal yang didapatkan setelah dihaluskan dan dipoles adalah Ra = 0,55 µm.
Material 30
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Gambar 2 Hasil Foto Makro Permukaan Shot Peening AISI 316L Stainless Steel
Kekasaran, Ra (µm)
1,6 1,4
Titik sampel
1,2
Titik 1
1 Titik 2
0,8 0,6
Titik 3
0,4 0,2
Tanpa perlakuan
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tekanan (bar)
Gambar 3 Grafik nilai pengujian kekasaran pada diameter ball 4 mm
Pengaruh Tekanan terhadap kekasaran Setelah mendapatkan nilai kekasaran permukaan AISI 316L menggunakan surface roughness tester. Nilai kekasaran diukur berdasarkan banyaknya jumlah bukit dan jumlah lembah yang ada pada permukaan. Pada penelitian ini pengaruh tekanan pada shot peening terhadap parameter proses shot peening telah diteliti. Pada hasil foto makrostruktur dengan perbesaran 50x pada lensa didapat seperti gambar 2. Pada foto makrostruktur AISI 316L Stainless Steel terlihat banyaknya lekukanlekukan pada permukaan spesimen. Banyaknya lekukan pada permukaan dipengaruhi oleh tekanan yang digunakan saat
Material 30
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
spesimen diberikan perlakuan shot peening. Tekanan 6 memiliki jumlah lekukan yang lebih banyak dibandingkan dengan tekanan 7 bar, sedangkan tekanan 8 bar menghasilkan lekukan yang sedikit sehingga mempengaruhi kekasaran permukaan spesimen.
Kekasaran rata-rata, Ra (µm)
1,6 1,4 1,2 1 0,8
6 bar
0,6
7 bar
0,4
8 bar
Gambar 5 Ilustrasi tumbukan pada proses shot peening [3]
0,2 0 4
Diameter shot (mm)
Gambar 4 Diagram Efek tekanan Shot Peening terhadap kekasaran permukaan AISI 316L stainless steel Gambar 4 menunjukan bahwa nilai kekasaran rata-rata didapatkan setelah proses shot peening tertinggi didapatkan pada diameter 4 mm dengan tekanan 6 bar sebesar 1.41 Ra, tekanan 7 bar sebesar 1.31 Ra dan pada tekanan 8 bar sebesar 1.15 Ra. Semakin besar tekanan shot akan menghasilkan kekasaran semakin rendah. Saat proses shot peening, shot yang akan mengindentasi permukaan memiliki luas permukaan untuk menyentuh permukaan, dengan tekanan yang besar akan memiliki gaya tekan yang besar . Dengan tekanan yang besar shot akan menumbuk permukaan yang terjadi secara acak lebih luas pada permukaan sehingga mengakibatkan permukaan pada AISI 316L memiliki bukit kekasaran yang sedikit sehingga nilai kekasaran menurun. Tekanan shot peening yang digunakan semakin tinggi maka kekasaran permukaan akan semakin halus karena lembah yang terbentuk saat indentasi lebih rata karena tekanan shot peening yang besar maka shot memiliki massa yang lebih besar akan menumbuk di permukaan dengan gaya yang lebih besar sehingga distribusi bentuk permukaan hasil tumbukan akan lebih rata
Tekanan shot yang digunakan akan mempengaruhi tingkat kekasaran permukaan. Semakin besar tekanan shot yang digunakan saat proses shot peening akan menghasilkan kekasaran yang lebih rendah KESIMPULAN 1. Proses shot peening dengan intensitas waktu 5 menit semakin besar nilai tekanan semakin besar nilai kekerasan pada AISI 316L hal ini disebabkan karena gaya tekan yang diberikan pada permukaan AISI 316L semakin besar tekanan butiran pada pada permukaan yang di beri shot peening lebih halus 2. Semakin kecil tekanan pada proses shot peening semakin besar kekasaran yang dihasilkan. DAFTAR PUSTAKA [1] Arifvianto B, Suyitno,. Mahardika M, P. Dewo, P.T. Iswanto, Salim U.A. 2011. Effect of surface mechanical attrition treatment (SMAT) on microhardness, surface roughness and wettability of AISI 316L. Universtas Gadjah Mada [2] Wang Li Zhao Xin Ding Ming-hui Zheng. 2014. Surface modification of biomedical AISI 316L stainless steel with zirconium carbonitride coatings. China [3] Grinspan A. S., and Gnanamoorthy, R., 2007. Surface Modification and Fatigue
Material 30
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
[4]
[5]
[6]
[7]
Behaviour of HighPressure Oil Jet-Peened Medium Carbon Steel, AISI 1040. India Azar ,V., Hashemi, B., Yazdi M. R. 2010. The effect of shot peening on fatigue and corrosion behavior of 316L stainless steel in Ringer's solution. Department of Material Science and Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran Malik A. U. dan Fozan S. A. 1993. Crevice Corrosion Behavior of AISI 316L SS In Arabian Gulf Seawater. Arab Harish K., Singh S., Kumar P. 2013. Modified Shot Peening Processes- Review. India Mordyuk, B. N., dan Prokopenko, G.I., 2007. Ultrasonic Impact Peening For The Surface Properties Management.
Department of Acoustics of Solid State, Ukraina [8] Voort, G., and Lucas, G., 1998. Automating Microindentation Hardness Testing. Beijing China [9] Wang, L. Z., Xin D. M., 2015. Surface modification of biomedical AISI 316L stainless steel with zirkonium carbonitride coatings., China Arifvianto B., Suyitno, Mahardika M. 2011. Effect of Sandblasting and Surface Mechanical Attrition Treatmenton Surface Roughness, Wettability, and Microhardness Distribution of AISI 316L. Department of Mechanical and Industrial Engineering, Universitas Gadjah Mada
Material 30
