PENGEMBANGAN MATERIAL TROMOL REM BUS/TRUK PRODUK UKM LOKAL Purnomo 1 ), Julian Alfijar 2 ) Abstrak Rendahnya kualitas material tromol rem produk UKM lokal khususnya dalam hal rendahnya kekuatan tarik menyebabkan produk ini kalah bersaing dengan produk import. Untuk meningkatkan kekuatan tarik besi cor kelabu sebagai material tromol rem dilakukan pengujian terhadap sampel material tromol rem produk lokal yang telah dikembangkan . Material test bar yang akan diuji adalah besi cor kelabu FC20 tanpa dipadu, dipadu dengan unsur kromium 0,3% dan 0,5% dan unsur tembaga 1%. Untuk mengetahui karakteristik mekanik paduan tersebut dilakukan pengujian tarik dan pengujian kekerasan permukaan. Pengujian tarik dilakukan terhadap spesimen uji selain pada temperatur kamar juga pada temperatur 200o C dan 300o C hal ini ditujukan untuk dapat mengetahui kestabilan sifat mekanis terhadap temperatur. Tiap jenis material uji dibuat spesimen uji tarik sebanyak 9 buah. Hasil pengujian tarik menunjukkan terdapat peningkatan rata-rata antara material non paduan dengan meterial yang dipadu dengan cromium dan tembaga sebesar 25 % yaitu oleh adanya penambahan paduan 0,3% Cr dan 1 % Cu. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan peningkatan antara material non paduan dengan yang telah dipadu dengan kromium dan tembaga, yaitu 8% sampai dengan 10 % skala HRC.
Kata kunci : Material tromol rem, Besi cor kelabu, kekuatan tarik, kekerasan. PENDAHULUAN Penggunaan besi cor sebagai material tromol rem tidak lepas dari sifat-sifat yang dimilikinya sesuai untuk tromol rem. Sifat-sifat tersebut yaitu memiliki konduktifitas panas yang baik, kekuatan dan keuletan yang mencukupi, sifat gesekan yang baik, modulus elastisitas yang rendah untuk mengakomodasi tegangan akibat termal, bebas dari fasa-fasa yang tidak stabil terhadap temperatur dan kemampuan menyerap getaran. Oleh karena itu besi cor yang digunakan adalah tertentu yaitu besi cor dengan matrik pearlit dan bergrafit serpih tipe A [ref. 3, 8, 9] Pemilihan matrik tersebut didasari karena pearlit mampu memberikan kombinasi kekuatan dan keuletan yang mencukupi dibandingkan dengan matrik lainnya yaitu ferrit dan sementit. Matrik ferrit meski mampu memberikan keuletan yang tinggi tetapi kekuatannya rendah, sedangkan sementit meski memberikan kekuatan tarik tertinggi tetapi keuletannya sangat rendah dan getas. Keberadaan grafit pada struktur mikro besi cor sebenarnya menurunkan sifat mekanis besi cor, tetapi dalam pemakaian sebagai elemen yang bergesekan malah menguntungkan. Grafit tersebut berfungsi sebagai al pisan antiwelding, jaring- jaring untuk media perpindahan panas, menyerap getaran dan meningkatkan ketahanan terhadap kejutan termal [ref. 3, 9] Kekuatan tarik besi cor kelabu dipengaruhi oleh matrik dan grafitnya [ref. 1]. Jenis matrik besi cor kelabu berturut-turut dari yang menghasilkan kekuatan tarik rendah sampai tinggi adalah ferrit, pearlit dan sementit. Besi cor yang memiliki matrik sementit umumnya tidak bergrafit meskipun menghasilkan kekuatan tarik yang tinggi tetapi getas sehingga tidak direkomendasikan. Matrik yang umumnya digunakan untuk tromol rem adalah pearlit.
1 2
) Staf Pengajar Jurusan Mesin UNIMUS ) Staf Pengajar Jurusan Mesin UNIMUS Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
65
Matrik ini selain mampu menghasilkan kekuatan yang cukup tinggi, memiliki keuletan yang cukup dan mudah diperoleh. Besi cor dengan matrik yang sama, bentuk grafit bulat menghasilkan kekuatan tarik yang tertinggi dibanding dengan bentuk lainnya. Grafit bulat hanya dapat diperoleh dengan pengaturan komposisi kimia yang tepat dan proses pengecoran yang terkontrol. Karena sulitnya memperoleh grafit bulat, bentuk lainnya yang dikehendaki adalah serpih tipe A. Grafit tipe ini dapat diperoleh secara as-cast karena pengontrolannya mudah dilakukan dan kekuatan tarik yang diperoleh masih cukup tinggi. Meskipun grafit menurunkan kekuatan tarik, tetapi pada pemakaian sebagai komponen yang bergesekkan malah menguntungkan. Hal ini disebabkan grafit berfungsi sebagai lapisan anti-welding pada permukaan kontak, jaring-jaring media perpindahan panas, penyerap getaran dan meningkatkan ketahanan terhadap kejutan termal [ref. 1, 7]. Perbaikan sifat mekanis besi cor untuk tromol rem dapat dilakukan dengan memperbaiki grafit dan matriknya. Dalam penggunaan sebagai tromol rem, bentuk grafit yang diinginkan adalah serpih tipe A. Hal ini disebabkan bentuk grafit tersebut mampu memberikan jalan tercepat bagi perpindahan panas dibandingkan dengan bentuk lainnya. Keunggulan ini tampak dari strukturnya yang saling terkoneksi satu dengan lainnya. Bentuk grafit ini juga mampu menyerap getaran dan ketahanan terhadap kejutan termalnya lebih baik. Dengan demikian usaha untuk meningkatkan sifat mekanis besi cor untuk tromol rem ini ditujukan untuk memperbaiki matriknya. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk memperbaiki matrik besi cor kelabu adalah dengan penambahan unsur paduan [ref. 1, 7]. Menurut pengaruhnya terhadap transformsi fasa, unsur paduan dalam besi cor dapat digolongkan menjadi 3 kelompok yaitu : § Unsur paduan yang ditujukan untuk meningkatkan potensial grafitisasi pada tahap transformasi etektik dan etektoid yaitu unsur Al dan Si § Unsur paduan yang ditujukan untuk meningkatkan potensial grafitisasi pada tahap transformasi etektik tetapi menurunkannya pada tahap transformasi etektoid yaitu unsur Ni, Cu dan Sn § Unsur paduan yang ditujukan untuk menurunkan potensial grafitisasi pada kedua tahap reaksi etektik dan etektoid yaitu unsur Cr, W dan V. Dengan demikian maka upaya untuk meningkatkan sifat mekanisnya dilakukan dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang berfungsi sebagai carbide promoteur yaitu yang tergolong pada kelompok 2 dan 3 misalnya kromium dan tembaga [ref. 1, 7]. Unsur paduan tersebut diharapkan dapat larut dalam matrik pearlit sehingga mampu meningkatkan kekerasannya yang selanjutnya menaikkan kekuatan tariknya. Lazimnya semakin besar penambahan unsur paduan semakin mampu meningkatkan kekuatan tariknya. Meskipun demikian peningkatan sifat mekanis lebih lanjut dengan cara tersebut sangat sulit dilakukan lagi. Hal ini disebabkan oleh kelarutan unsur paduan dalam matrik memiliki batas tertentu. Penambahan unsur paduan yang melebihi batas kelarutan, menyebabkan unsur tersebut akan terdapat dalam keadaan bebas dan akan menurunkan sifat mekanis material. Penambahan krom mampu meningkatkan stabilitas pearlit dan akan meningkatkan kekuatan matriks. Namun demikian, penggunaannya tidak selamanya mengunt ungkan dan pada besi karbon yang lebih rendah (di bawah 3.3 persen) dapat meningkatkan kemungkinan yang besar untuk terjadinya keretakan karena kejutan termal dan menurunkan konduktivitas termal. Penambahan krom akan sangat bernilai dalam meningkatkan kekuatan mekanik pada besi karbon tinggi (3.4 persen karbon total atau lebih). Penambahan krom sampai 1 persen kadang-kadang dilakukan dengan konjungsinya bersama Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
66
penambahan tembaga atau nikel dalam jumlah yang rendah. Hal ini memungkinkan penyimpanan lapisan pelindung dari produk korosi pada permukaan logam [ref. 7]. Tembaga diketahui berfungsi pembentuk grafit dan cenderung untuk menjaga coran kelabu dan bebas dari chill. Biasanya unsur ini digunakan dalam jumlah berkisar dari 0.3 sampai 1.5 persen. Efek tembaga terhadap kekuatan pada bagian normal adalah meningkatkan kekuatan tarik 8-10 persen tiap tambahan 1 persen, tetapi penambahan ini membolehkan penggunaan total karbon yang lebih rendah dan silikon yang lebih rendah daripada yang biasanya dipakai, tanpa mengakibatkan chill atau coran keras, dan untuk alasan ini kekuatan tarik yang lebih tinggi dapat diperoleh. Tembaga secara khusus berpengaruh dalam mengurangi sensitivitas bagian, seperti dalam menghasilkan besi kuat dan padat pada pusat bagian tebal tanpa meningkatkan nemungkinan chill pada bagian tipis. Dari penjelasan diatas dapatlah diambil sebuah hipotesa bahwa peningkatan kekuatan besi cor kelabu dapat dilakukan dengan cara menambahkan unsur paduan. Unsur paduan yang digunakan adalah yang termasuk unsur yang berfungsi sebagai carbide promoteur. Pemilihan unsur paduan yang akan digunakan selain diharapkan mampu meningkatkan kekuatan tarik, juga mampu meningkatkan pula ketahanan aus dan korosi. Peningkatan ketahanan aus sangat mutlak diperlukan karena pada penggunaannya efek pengereman diperoleh dari adanya gesekan antara tromol rem dengan kanvas rem. Peningkatan ketahanan aus sangat penting pula karena pada penggunaannya, tromol rem seringkali terpapar pada lingkungan korosif seperti pada daerah dekat pantai, kelembaban tinggi, terendam air dll. Dengan demikian jelaslah bahwa unsur paduan yang memenuhi persyaratan tersebut adalah kromium dan tembaga. Faktor lain yang perlu diperhatikan adalah kestabilan material pada temperatur tinggi. Hal ini sangat penting karena pada saat pengereman, maka akan timbul pembangkitan panas. Pembangkitan panas ini disebabkan oleh dikonversikannya energi kinetik menjadi panas ketika terjadi gesekan. Dengan demikian penambanhan unsur paduan yang dilakukan diharapkan mampu memberikan kestabilan sifat mekanisnya. Dengan memperhatikan faktor- faktor diatas, maka unsur yang dipilih sebagai unsur paduan yang sesuai adalah kromium dan tembaga. Kedua unsur ini terbukti mampu meningkatkan kekuatan tarik, memperbaiki ketahanan aus dan korosi serta mampu menyetabilkan sifat mekanis pada baja. Seperti diketahui bahwa baja dan besi cor kelabu adalah sama-sama merupakan paduan Fe-C dan memiliki fasa matrik yang sama. Dengan demikian dapat dihipotesakan bahwa penambahan unsur kromium dan tembaga dapat memberikan efek yang sama terhadap besi cor kelabu. METODE PENELITIAN Tahapan penelitian ini dimulai dengan pembuatan pola dan cetakan test bar. Bentuk dan dimensi test bar adalah poros berdiameter 30mm dan panjang 60mm. Jenis besi cor pada test bar yang digunakan adalah besi cor berstruktur pearlit dengan grafit berbentuk serpih acak (tipe A) dan nodular. Material test bar yang akan diuji adalah besi cor kelabu FC20 tanpa dipadu, besi cor kelabu FC20 yang dipadu dengan unsur kromium 0,3% dan 0,5% dan unsur tembaga 1%. Penambahan unsur kromium diperoleh dari ferrochrome low carbon dan unsur tembaga berasal dari kawat tembaga yang ada dipasaran. Tiap-tiap material uji dibuat test bar sebanyak 3 batang yang akan digunakan untuk spesimen uji tarik dan metalografi. Dengan dimensi tersebut diatas, maka tiap test bar dapat dibuat spesimen uji tarik sebanyak 3 bagian, sehingga untuk tiap jenis material uji akan diperoleh bagian yang akan dibuat spesimen uji tarik sebanyak 9 buah.
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
67
Pembuatan spesimen uji tarik menggunakan pemesinan CNC dengan maksud untuk meminimalkan pengaruh perbedaan parameter proses pemotongan terhadap data pengujian nantinya. Dimensi spesimen uji tarik mengacu pada rekomendasi standar ASTM E8 dengan diameter nominal berukuran 6,25mm. Selanjutnya dari 9 spesimen uji tarik tersebut dibagi menjadi 3 kelompok masing- masing kelompok 3 buah spesimen uji tarik. Masing- masing kelompok tersebut akan dikenakan pengujian pengujian tarik pada temperatur kamar, pengujian tarik pada temperatur 200OC dan 300OC. Pengujian tarik dilakukan dengan mengeset kecepatan cross head sebesar 0,05mm/menit. Kecepatan yang rendah ini dimaksudkan untuk mendapatkan data besarnya deformasi dan beban tarik yang banyak sehingga akan diperoleh kurva tegangan-reganga n yang baik. Dengan demikian akan diketahui seberapa besar keuletan yang dimiliki oleh material uji. Untuk pengujian tarik pada temperatur tinggi, mesin uji tarik akan dilengkapi dengan enviromental chamber yang mampu memanaskan spesimen uji sampai temperatur tertentu [ref. 1]. Selanjutnya setelah spesimen uji mencapai temperatur 200OC atau 300OC baru dilakukan penarikan. Untuk mengetahui struktur mikro material uji dilakukan pengujian metalografi. Pengujian metalografi ini dimulai dari penyiapan spesimen yang meliputi sectioning, mounting, grinding, polishing dan etching. Larutan etsa yang digunakan adalah nital dengan konsentrasi 5%. Larutan ini dapat dibuat dengan melarutkan 5 bagian larutan HNO3 kedalam 95 bagian methanol. Untuk mengetahui bentuk dan ukuran grafit, maka spesimen as-polish diperiksa pada mikroskop metalurgi dengan perbesaran 100X, sedangkan untuk mengetahui fasa- fasanya digunakan spesimen uji yang telah dietsa diperiksa pada mikroskop metalurgi dengan perbesaran 100X. Spesimen uji metalo grafi yang telah dietsa ini selanjutnya dapat digunakan untuk spesimen uji kekerasan mikro. Representasi hasil pengujian ini disajikan dalam bentuk foto struktur mikro dengan dilengkapi keteranganketerangan mengenai jenis fasa, bentuk dan ukuran grafitnya. Representasi dari hasil uji tarik disajikan dalam tabel dan grafik kekuatan tarik ratarata dari tiap paduan sedangkan representasi data hasil pengujian metalografi dinyatakan dalam bentuk foto strukturmikro dilengkapi dengan keterangan mengenai fasa- fasa yang ada. Data-data kekuatan tarik untuk seluruh formulasi material yang diuji selanjutnya diolah dengan metoda- metoda statistik yang sesuai. Uji statistik yang dilakukan adalah student test dan visher test untuk menguji apakah terdapat perbedaan yang signifikan antara pengujian tarik pada temperatur kamar dengan pengujian pada temperatur 200OC dan 300OC. Hal ini ditujukan untuk dapat mengetahui kestabilan sifat mekanis terhadap temperatur. HASIL DAN PEMBAHASAN Berikut ini akan disajikan hasil dari berbagai pengujian yang telah dilakukan sebagaimana telah dirumuskan pada metodologi penelitian ini. Adapun pengujian dilakukan terhadap material uji besi cor kelabu, FC20, tanpa dipadu Cr dan Cu ( selanjutnya disebut non paduan ), FC20 dipadu dengan 0,3%Cr dan 1%Cu ( selanjutnya disebut paduan I ), FC20 dipadu dengan 0,5%Cr dan 1%Cu ( selanjutnya disebut paduan II ) Ø Pengujian Komposisi Kimia Tabel 1 berikut menunjukkan hasil pengujian komposisi kimia yang dilakukan terhadap ketiga material uji.
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
68
Tabel 1. Hasil pengujian komposisi kimia % Unsur
Non paduan
Paduan I
Paduan II
Fe
92,77
91,10
92,00
C
3,42
3,56
3,61
Si
2,35
2,75
2,62
Mn
0,25
0,419
0,420
P
0,32
0,180
0,311
S
0,16
0,160
0,170
Cr
0,08
0,330
0,319
Ni
0,03
0,049
0,102
Cu
0,112
0,641
0,731
V
0,055
0,052
0,082
W
0,069
0,080
0,084
Al
0,038
0,012
0,002
Dari hasil pengujian komposisi kimia sebagaimana diatas maka dapat tentukan angka ekivalen karbon ( CE ) untuk masing- masing campuran yaitu CE non paduan = 4,221%, CE paduan I = 4,439%, dan CE paduan II = 4,489%. Dengan mengacu kepada Gambar 9 dan 15, kekuatan tariknya diperkirakan berkisar antara 150 MPa sampai 250 MPa. Ø Pengujian Metalografi Bentuk, distribusi dan ukuran grafit diperoleh dari pengamatan spesimen metalografi setelah dipoles. Hasil pemotretan penampakan yang terlihat disajikan pada gambar 1 sampai 27. Terlihat bahwa bentuk grafit yang dihasilkan adalah serpih (tipe VII) dengan distribusi A.
Gambar 1. Bentuk dan distribusi grafit material no n paduan (100X)
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
69
Gambar 2. Bentuk dan distribusi grafit material paduan II (100X)
Gambar 3. Bentuk dan distribusi grafit material paduan II (100X) Bentuk, distribusi dan ukuran grafit yang diperoleh ternyata sesuai dengan rekomendasi yang disarankan dalam standar SAE J431. Dalam standar tersebut disarankan bahwa bentuk grafit untuk material besi cor kelabu yang digunakan untuk tromol rem bus/truk adalah berbentuk serpih (tipe VII), distribusi A dan ukurannya 3-5. Fasa matrik yang terdapat pada struktur mikro pada tiap-tiap material uji ditunjukkan pada Gambar 28 sampai Gambar 30. Dari pengamatan pada gambar tersebut, terlihat bahwa fasa matrik utamanya adalah pearlit. Keadaan fasa matrik seperti ini juga sesuai dengan standar SAE J431 yang menyebutkan bahwa matrik besi cor kelabu yang digunakan untuk tromol rem bus/truk adalah pearlit, apabila terdapat fasa lain misal ferrit atau sementit jumlahnya tidak boleh lebih dari 5%. Dengan hasil seperti ini diharapkan bahwa dipandang dari struktur mikronya material besi cor kelabu yang diperoleh telah memenuhi salah satu standar yang ditetapkan untuk material tromol rem bus/truk.
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
70
Gambar 4. Struktur mikro material non paduan, matrik pearlit 98% (etsa nital 5%, 100X)
Gambar 5. Struktur mikro material paduan I, matrik pearlit 95% (etsa nital 5%, 100X)
Gambar 6. Struktur mikro material paduan II, matrik pearlit 98% (etsa nital 5%, 100X)
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
71
Struktur mikro tersebut diatas menunjukkan bahwa metode pencampuran unsur kromium dan tembaga yang telah dilakukan memuaskan. Hal ini ditunjukkan dengan tidak ditemukannya kromium bebas yang dimungkinkan terjadi akibat terlalu besarnya ukuran butirannya. Dengan tidak adanya unsur paduan yang berada dalam keadaan bebas ini maka dapat disimpulkan bahwa unsur kromium dan tembaga larut padat dalam matrik. Meskipun fasa matrik sama, tetapi kandungan unsur kromium tiap campuran berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa pearlit untuk tiap-tiap campuran memiliki kekerasan yang berbeda. Hal ini disebabkan jumlah atom-atom kromium dan tembaga yang larut padat dalam matrik pearlit akan menambah kekuatan material besi cor kelabu. Mekanisme penguatan bahan seperti ini dikenal dengan mekanisme solid solutions strengthening. Ø Pengujian Kekerasan Hasil pengujian kekerasan yang dilakukan pada bagian ujung-ujung sebagian spesimen uji disajikan pada Tabel 10 sampai 13. Dari tabel-tabel tersebut terlihat bahwa terdapat peningkatan kekerasan yang nyata antara base material dengan yang telah dipadu dengan unsur kromium dan tembaga. Peningkatan kekerasan tersebut sejalan dengan kesimpulan yang diperoleh dari analisa hasil pengujian komposisi kimia dan metalografi. Tabel 2. Hasil Uji kekerasan Non Paduan Setelah dilakukan uji tarik (Skala Kekerasan HRC) Spesimen Uji 1 2 3
Titik Pengujian ke (Temperatur Kamar )
Titik Pengujian ke (Temperatur 200o C )
Titik Pengujian ke (Temperatur 300o C )
1
2
3
rata-rata
1
2
3
Rata-rata
1
2
3
rata-rata
34 36 36
35 36 35
38 37 37
35.67 36.33 36.00
37 40 36
36 38 36
37 38 36
36.67 38.67 36.00
34 36 34
38 40 36
37 38 36
36.33 38.00 35.33
Tabel 3. Hasil Uji kekerasan Material Paduan I Setelah dilakukan uji tarik
(Skala Kekerasan HRC) Spesimen Uji 1 2 3
Titik Pengujian ke (Temperatur Kamar )
Titik Pengujian ke (Temperatur 200o C )
Titik Pengujian ke (Temperatur 300o C )
1
2
3
rata-rata
1
2
3
Rata-rata
1
2
3
rata-rata
39 38 38
41 38 39
38 41 40
39.33 39.00 39.00
40 37 37
39 40 41
38 38 39
39.00 38.33 39.00
39 36 39
41 38 39
40 40 41
40.00 38.00 39.67
Tabel 4. Hasil Uji kekerasan Material Paduan II Setelah dilakukan uji tarik
(Skala Kekerasan HRC) Spesimen Uji 1 2 3
Titik Pengujian ke (Temperatur Kamar )
Titik Pengujian ke (Temperatur 200o C )
1
2
3
rata-rata
1
2
3
Rata-rata
1
2
3
rata-rata
42 38 39
41 37 39
38 41 39
40.33 38.67 39.00
40 37 38
38 40 40
39 41 39
39.00 39.33 39.00
39 41 39
39 38 39
41 40 41
39.67 39.67 39.67
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
Titik Pengujian ke (Temperatur 300o C )
72
Dari tabel diatas berdasarkan harga rata-rata kekerasan terlihat bahwa untuk tiaptiap komposisi kimia memiliki keseragaman kekerasan. Data ini menunjukkan bahwa sifat mekanik besi cor kelabu yang dihasilkan diharapkan seragam pula. Dengan data seperti itu dapatla h diharapkan bahwa kekuatan tarik untuk tiap-tiap spesimen uji tarik dan lelah akan mempunyai harga yang berdekatan. Hasil pengujian kekerasan tersebut menunjukkan bahwa untuk campuran II, IV dan V terlihat terdapat kesamaan kekerasannya. Data ini menunjukkan bahwa perbedaan kekuatan tarik dan ketahanan lelahnya akan memiliki harga yang berdekatan pula. Hal ini ditunjukkan dengan uji t-test untuk campuran II dan IV yang menunjukkan harga hitungnya 0,32 sedang harga tabelnya 2,02. Demikian pula untuk campuran II dan V menunjukkan harga hitung 0,21 dan harga tabel 2,02. Dengan demikian perbedaan kekerasan pada campuran II, IV dan V tidak signifikan. Pengolahan secara statistik ini menggunakan fasilitas Data analysis MS Exel 2000. Ø Pengujian Tarik Hasil penguj ian tarik pada temperatur kamar disajikan pada tabel 14. Dari tabel tersebut terlihat terdapat peningkatan kekuatan tarik antara base material dengan yang telah dipadu dengan unsur kromium dan tembaga. Hasil ini sesuai dengan terdapatnya peningkatan kekerasan antara base material dengan yang telah dipadu dengan kromium dan tembaga. Tabel 5. Hasil uji tarik pada temperatur kamar Pengujian ke (MPa) Material Uji Rata-rata 1 2 3 Non Paduan 201 198 200 199,67 Paduan 1 221 230 231 227,33 Paduan 2 235 231 240 235,33 Seperti diharapkan semula bahwa dengan ditambahkan unsur paduan kromium antara 0,3% sampai 0,5% akan mampu meningkatkan kekutan tarik besi cor kelabu. Apabila estimasi kekuatan tarik yang diperoleh dari angka karbon ekivalen menunjukkan harga antara 150 MPa sampai 200 MPa, maka dengan penambahan unsur kromium tersebut mampu meningkatkan kekuatan tarik sebesar 30% sehingga menjadi 200 MPa sampai 260 MPa. Angka karbon ekivalen base material adalah sebesar 4,28%, sesuai dengan Gambar 9 dan 15, kekuatan tariknya adalah sekitar 200 MPa. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa kekutan tarik rata-rata yang diperoleh bersesuaian dengan Gambar 9 dan 15 tersebut. Tabel 3 disebutkan peningkatan kekuatan tarik akibat penambahan unsur kromium sebesar 0,3 % sampai 0,5% adalah 30%. Kenyataannya hasil pengujian tarik menunjukkan peningkatan kekuatan tariknya hanya sebesar 20% saja. Meskipun demikian menurut peneliti peningkatan kekuatan tarik sebesar 20% tersebut sudah cukup besar dan signifikan. Peningkatan kekutan tarik dengan penambahan unsur kromium dapat ditingkatkan dengan mengurangi persentase karbon pada base material. Diharapkan dengan ditambahkannya ferrochrome low carbon, angka karbon ekivalen tidak melebihi komposisi etektik. Sehingga menurut Gambar 9 dan 15, kekuatan tarik yang dapat dihasilkan dapat lebih dari 250 MPa. Tabel 15 dan 16 berikut menunjukkan hasil pengujian tarik pada temperatur 200 OC dan 300OC. Data kekuatan tarik pada temperatur kamar dan tinggi tersebut selanjutnya digambarkan pada gambar 32. Dari gambar tersebut terlihat bahwa kekuatan tarik besi cor kelabu yang dipadu dengan Cr dan Cu pada temperatur tinggi masih memiliki kekuatan Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
73
yang lebih tinggi dibanding dengan yang tidak dipadu. Penurunan kekuatan tariknyapun tidak sebesar besi cor kelabu yang tidak dipadu. Hal ini menunjukkan bahwa pada temperatur tinggi sifat mekanis besi cor kelabu yang dipadu lebih stabil. Kestabilan sifat mekanis tersebut disebabkan adanya karbida kromium yang stabil terhadap temperatur. Tabel 6. Hasil uji tarik pada temperatur 200 OC Material Uji Non Paduan Paduan 1 Paduan 2
Pengujian ke (MPa) 1 2 3 179 176 198 198 214 201 223 219 224
Rata-rata 184,3333 204,33 222
Tabel 7. Hasil uji tarik pada temperatur 300OC Material Uji Non Paduan Paduan 1 Paduan 2
Pengujian ke (MPa) 1 2 3 161 158 131 175 198 137 200 204 203
Rata-rata 148,67 170,00 202
Grafik Tegangan vs Temperatur
Tegangan Tarik, MPa
300 250 200
Non Paduan
150
Paduan 1
100
Paduan 2
50 0 0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Temperatur, C
Gambar 7. Grafik kekuatan tarik vs temperatur pengujian. UCAPAN TERIMA KASIH : Terima kasih disampaikan untuk DP2M Dikti yang telah membiayai kegiatan penelitian ini dan semua pihak yang telah membantu keberhasilan penelitian ini.
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
74
DAFTAR PUSTAKA 1. Chijiwa K, Hayashi M, “Mechanical Properties of Grey Cast Iron at Temperature in the Region of Room Temperature to Liquidus”, Journal of Faculty Engineering, 1979 2. Day, AJ, “An Analysis of Speed, Temperature and Performance Characteristic of Automotive Drum Brake”, Transaction of the ASME, 1988 3. G Cueva, A Sinatora, WL Guesser, AP Tschiptschin, Wear Resistance of Cast Irons Used in Brake Disc Rotors, Wear, pp. 1256-1260, 2003 4. Hjelm, HE, “Yield Surface for Grey Cast Iron Under Biaxial Stress”, Transaction of the ASME, 1994 5. Puja, I. W., Reza, Ako, Henry., “Analisis Tegangan dan Modifikasi Tromol Rem Truk Kapasitas Angkut 6 Ton”, Proceeding Elemen Hingga 2001, pp.50-59. (Indonesian,) 2001 6. Puja, I.W., Suratman, R., Suprihanto, Agus., “Identifikasi Kegagalan Drum Rem Produk UKM”, Jurnal Teknik Mesin ITB, 2002 7. Puja, IW., Suratman, R., Suprihanto, Agus Untung, Aufa , “Failure Investigation And Material Improvement For Drum Brakes Produced By Traditional Foundary Industries, Fifth International Conference On Fracture & Strength Of Solids, Sendai, Japan, 2002 8. Sulistyo, “Kajian Sifat Kekerasan, Struktur Mikro, Kekuatan Tarik dan Kekuatan Impak Tromol Rem Bus Produk Luar Negeri dan Produk Lokal”, Majalah Rotasi ISSN 1411-027X, Vol. 3 No. 3, hal 11-23, 2000 9. Suprihanto, Agus, “Identifikasi Penyebab Retak Tromol Rem Bus/Truk Produk PT. Suyuti Sido Maju”, Thesis Magister Teknik Mesin ITB, 2001
Traksi. Vol. 4. No. 2, Desember 2006 31
75
