UJI KEKUATAN PUNTIR MATERIAL BAJA ST 60 DENGAN PERLAKUAN PANAS DAN TANPA PERLAKUAN PANAS M. Sulung Hayat1), Fadli Ahmad Kurniawan,ST,MT 2) 1 Sekolah Tingggi Teknik Harapan (1,2) Jurusan Teknik Mesin E mail :
[email protected]
Abstrak Baja ST 60 banyak digunakan untuk kontruksi umum karena mempunyai sifat mampu las dan kepekaan terhadap retak las. Baja ST 60 adalah berarti baja yang mempunyai kekuatan tarik 60 Kg/mm2 atau 600N/mm2. Untuk mengetahui sifat–sifat suatu bahan tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut, salah satunya dengan uji Torsi. Pada pada pengujian Baja ST 60 harus dihitung nilai Momen inersia (j), Tegangan geser (τ), Regangan Geser (ϒ), Modulus elastisitas Geser (G), Peritungan material Baja ST 60 menghasilkan nilai rata-rata, momen inersia (J) sebelum dipanaskan 2,03 x sedangkan sesudah dipanaskan 2,03 x , tegangan geser sebelum dipanaskan 557,4 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 5,57 MPa, modulus elastisitas sebelum dipanaskan 14.48 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 126,3 MPa, regangan geser sebelum dipanaskan 14,48 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 0,88 MPa. Dari perbandingan diatas unuk tegangan geser material sebelum dipanaskan memiliki teganngan geser yang lebih tinggi 5,09 MPa, untuk modulus elastisitas nilai maksimum terdapat pada material yang sudah dipanaskan dengan nilai 5,46 MPa, regangan geser maksimum terdapat pada material sebelum dipanaskan dengan 1,23 MPa. Baja ST 60 memiliki sifat ductile bila dilihat dari hasil pengujian torsi. Kata kunci : Baja ST 60 heat treatmen, kekuatan puntir, uji puntir Abstract Steel ST 60 is widely used for general construction because it has properties of weldability and sensitivity to weld cracking. Steel ST 60 is means steel which has a tensile strength of 60 Kg / mm2 or 600N / mm2. To determine the properties of a material of course we must conduct testing of these materials, one of them with a torque test. In the testing Steel ST 60 must be calculated value of moment of inertia (j), strain friction (τ), Strain Slide (Υ), Modulus of elasticity Slide (G), Peritungan material Steel ST 60 generates an average value, moment of inertia (J) before heated 2,03 x while after heated 2,03 x , the shear stress (τ) before heated 557,4 MPa while heated after 5.57 MPa, modulus of elasticity (γ) before 14:48 heated MPa while after heated 126,3 MPa, shear strain (γ) before heated while 14,48 MPa 0.88 MPa after heated. From the above comparison transform and shear stress (τ) before heated material has a higher shear strain friction 5.09 MPa, for the modulus of elasticity of the maximum value contained in the material that is heated with a value of 5.46 MPa, maximum shear strain contained in the material before it is heated with 1.23 MPa. Steel ST 60 has ductile properties when viewed from the test results of torque. Keywords: Steel ST 60 heat treatments, the torsional strength, kinking
besar kekuatan puntir yang dapat dilakukan pada saat pengujian poros. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memuntir batang uji terus-menerus sampai batang uji patah/putus. Alat uji puntir digunakan industri untuk pengukuran dan mendapatkan data kekuatan puntir, sehingga kekuatan
1. PENDAHULUAN Pembebanan utama poros adalah puntiran yang terjadi pada elemen mesin ataupun beban gabungan. Kekuatan poros haruslah diketahui menggunakan alat uji puntir.Alat uji puntir merupakan suatu alat yang dirancang untuk mengukur seberapa
1
yang ingin diketahui dapat diterima dan diketahui. Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material. Dalam batas elastis tegangan geser bervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga perangkat model uji torsi digunakan untuk melakukan simulasi terhadap berbagai perubahan parameter dalam puntiran dan nilai menentukan sifat-sifat seperti modulus lastisitas geser secara eksperimental, dengan asumsi-asumsi dasar yang digunakan dalam proses puntir seperti: Poros lurus dengan penampang lingkaran, Torsi bekerja konstan sepanjang batang pada sumbu polar, Pemantang lintang akan kembali lagi pada posisi semula setelah kembali. Uji puntir pada suatu bahan teknik dilakukan untuk menentukan sifat-sifat seperti modulus geser, kekuatan luluh puntir, dan modulus pecah. Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas. Deformasi yang terjadi pada benda uji diukur dari perpindahan sudut puntir suatu titik didekan ujung suatu benda, dibandingkan pada suatu titik pada elemen memanjang yang sama pada arah berlawanan. Dalam pengujian puntir biasanya digunakan benda dengan penampang bulat, dikarenakan hal tersebut merupakan geometri paling sederhana dalam perhitungan tegangan yang terjadi. Sarjito, jokosisworo melakukan pengujian Quenching terhadap Baja ST 60 berdasarkan pengujian dapat disimpulkan bahwa Baja ST 60 tanpa Quenching bersifat ulet (Ductile). Baja ST 60 digunakan sebagai bahan alternatif dalam pembuatan pros baling-baling kapal tetapi harus melalui proses perlakuan panas seperti Quenching. Hasil yang dicapai bahwa baja ST 60 memenuhi persyaratan BKI ditinjau dari kekuatan tarik (706,47 Mpa) dan komposisi materialnya C (0,473%), Mn (0,71%), Si (0,274%), P (0,0014%), S (0,0034%). Sedangkan untuk uji lentur putar diperoleh nilai batas maksimum aman untuk beban tekuk yaitu 283,95 Mpa. Lagiyono, suwandono, nukhamar masykur melakukan beberapa pengujian terhadap sifat mekanik pada Baja ST 60 berdasarkan hasil penelitian dari pengujian dan evaluasi data serta pembahasan pada Proses pengujian dengan suhu 260 0C menghasilkan sifat mekanik dalam pengujian yang menghasilkan kuat tarik 694,47 N/mm2 , kekerasan 200,11 HB, dan
harga impact 24,52 J/cm2 . Sedangkan dengan suhu 0 0C menghasilkan sifat mekanik dalam pengujian yang menghasilkan kuat tarik 696,68 N/mm2 , kekerasan 200 HB, dan harga impact 30,35 j/cm2 . pada perlakuan suhu 500 0C menghasilkan sifat mekanik dalam pengujian yang menghasilkan kuat tarik sebesar 685,82 N/mm2 , kekerasan sebesar 198,00 HB, dan harga impact 41,70 J/cm2 , dan dengan suhu 1000 0C. Menghasilkan sifat mekanik dalam pengujian yang menghasilkan kuat tarik 672,89 N/mm2 , kekerasan sebesar 195,56 HB, dan harga impact 37,69 J/cm2 . Proses pengujian dengan suhu 1000 0C akan mengubah karakteristik baja karbon sedang ST 60 dengan terjadinya bergesernya atomatom pada baja yang berpengaruh pada sifat mekanik, kekuatan tarik dengan rendaman air dengan suhu 1000 0C lebih besar - 2,35% yang mengakibatkan perpanjangan bertambah dan keuletan bahan naik dan kekuatan tarik juga naik, sehingga penampang patahan akan terlihat lebih kasar dan lebih getas sedangkan hasil kekerasan sebesar - 1,51% dan harga impact 10,63%. Melihat hasil penelitian diatas telah memberikan gambaran yang jelas bahwa kelompok penelitian dari perlakuan suhu pada baja karbon sedang ST 60 yang direndam air dengan suhu 1000C, suhu ruang dengan suhu 2600C, lalu yang direndam air es dengan suhu 0 0C dan yang direndam air dengan suhu 500 0C memberikan hasil yang baik pada perlakuan suhu air yang direndam dengan suhu 1000 0 C dibanding dengan suhu 00 , 260 , 500 . Dilihat dari kejadian pengujian diatas menunjukan bahwa dengan proses perendaman air dengan suhu 1000 0C bahan akan keras dan cenderung getas sehingga perpanjangan dan reduksi penampang hampir tidak ada dan bentuk penampang patahannya flat. Sehingga kekuatan tariknya tinggi dibandingkan dengan suhu 0 0 , 260 , 500 . Spesimen mengalami kenaikan kekuatan tarik, kekerasan dan harga impact. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada perbandingan suhu 1000 0C, 500 0C. Dimas suryo widodo,siswanto melakukan pengujian ketangguhan Baja ST 60 akibat heat treatment. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk menganalisa: (1) Ketangguhan baja St 60 akibat heat treatment dengan suhu 600 °C dan dengan variasi sudut α = 90° dan α = 120°. (2) Ketangguhan baja St 60 akibat heat
2
treatment dengan suhu 900 °C dan dengan variasi sudut α = 90° dan α = 120°. (3) Bentuk patahan baja St 60 setelah mengalami perlakuan panas dan uji ketangguhan dengan variasi sudut α = 90° dan α = 120°. Desain penelitiannya adalah penelitian eksperimental yang dilakukan di laboratorium. Teknik analisis data menggunakan analisis deskriptif. Hasil penelitian adalah baja St 60 setelah dipanaskan, ketangguhan baja akan meningkat. Serta pada struktur mikro patahan baja St 60 terjadi fenomena ductile to brittle transition, salah satu penyebab fenomena ini adalah laju regangan tinggi. awalnya merupakan material ulet tetapi mengalami patah getas. Transisinya juga bisa diamati dari permukaan patahan, akan tampak serabut-serabut pada patahan yang benar-benar bersifat ulet, dan tampak butiran-butiran kecil yang terlihat mengkilap pada patahan yang benar-benar bersifat getas. Tujuan Penelitian Merujuk kepada hal yang telah dibahas pada bagian perumusan dan batasan masalah sebelumnya, maka penelitian ini bertujuan untuk : 1. Untuk menghitung nilai kekuatan material Baja ST 60 anatara lain: a. Tegangan geser ( b. Tegangan geser ( c. Momen inersia (J) d. Modulus elastisitas geser (G) 2. Melakukan perbandingan kekuatan material Baja ST 60 dengan perlakuan panas dan tanpa perlakuan panas.
Gambar 3.1. Bahan Baja ST 60 Peralatan Pengujian Dalam melaksanakan penelitian, alat uji torsi digunakan untuk mengukur torsi bahan Baja ST 60 sesuai dengan standart ASTM. Gambar 3.3 merupakan alat uji torsi skala laboratorium.
Gambar 3.3. Alat uji Torsi. Alat ini terdiri dari beberapa bagian, antara lain : a. Display Load Cell, adalah suatu perangkat elektronik yang digunakan sebagai monitor pembacaan pembebanan yang terjadi pada Load cell b. Inverter, berfungsi untuk mengubah kecepatan motor Alternating Current (AC) c. Rotary Encorder berfungsi sebagai alat pengukur sudut putaran yang akan di input d. Counter, berfungsi sebagai rangkaian untuk mengkodekan data input menjadi data e. Three-jou chuck (cekam), terbuat dari besi baja ancuran dengan diameter dimensi 6” dan mampu menjepit sampai diameter 3” digunakan sebagai pengikat/penjepit benda uji specimen selama proses penelitian. f. Motor 1 HP 3 phasa 220/240 Volt berfungsi untuk memberikn putaran pada gear box kemudian putaran tersebut diteruskan ke bahan specimen melalui three-jou
METODE PENELITIAN Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Teknik Mesin Sekolah Tingggi Teknik Harapan Medan.Waktu penelitian dilaksanakan setelah memperoleh persetujuan, yaitu sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola Program Studi sampai dengan dinyatakan selesai. Bahan material yang dipakai pada pengujian ini adalah bahan Baja ST 60. Gambar 3.1 merupakan bahan Baja ST 60.
3
g. Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindah tenaga yaitu Gear Box yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebut dapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupun pergeseran. h. Kopling, adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan dua poros pada kedua ujungnya dengan tujuan untuk mentransmisikan daya mekanis. i. Load cell, adalah sebuah alat uji perangkat listrik yang dapat mengubah suatu energi menjadi energi lainnya yang biasa digunakan untuk mengubah suatu gaya menjadi sinyal listrik. j. Jangka Sorong (Vernier Caliper), berfungsi sebagai alat pengukur bahan spesimen Stainless Steel 304 yang sesuai dengan standart ASTM E8.
Perhitungan spesimen uji Puntir Stainless Steel 304 sebelum dipanaskan Perhitungan rata-rata pada sudut 1. Momen Inersia
2. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam pengujian ini variable yang akan diamati adalah: 1. Gaya/force (N.m) 2. Diameter specimen (mm) 3. Sudut Radian (θ°)
G = 2,10 Mpa
J = 2,03 x 10-9 m4 2. Tegangan Geser (τ)
3. Modulus Elastisitas Geser (G)
4. Regangan Geser (γ)
Mpa
Data Hasil Pengujian Dari hasil pengujian Torsi dengan bahan material Baja ST 60 dengan variasi bahan spesimen yang sudah di panaskan dan yang tidak di panaskan diperoleh data hasil pengujian seperti diperlihatkan pada tabel 3.1. Tabel 3.1. Data hasil pengujian Torsi Baja ST 60 yang sudah dipanaskan NO 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 147
SUDUT θ 5 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 735
Grafik hasil pengujian Torsi
FORCE(N/m) 12.6 102.8 135.6 159.4 174.2 184.2 191 196.8 201 204.8 207.6 210.8 212.2 213.8 216 217
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Torsi (N.m) dengan sudut puntir (θ) material sebelum dipanaskan
4
dipanaskan 2,10 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 1,32 MPa, regangan geser sebelum dipanaskan 1,47 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 126,3 M. Dari perbandingan diatas unuk tegangan geser material sebelum dipanaskan memiliki teganngan geser yang lebih tinggi 5,09 MPa, untuk modulus elastisitas nilai maksimum terdapat pada material yang sudah dipanaskan dengan nilai 1,32 MPa, regangan geser maksimum terdapat pada material sebelum dipanaskan dengan 2,25 MPa.
Gambar 4.2 memperlihatkan material Baja ST 60 setelah dipanaskan
4.2 Saran Pada saat pembuatan material uji, bahan uji harus benar-benar tepat dengan ukuran yang sudah ditentukan dengan standart ASTM E8M. Pengujian harus benar-benar kuat saat mengikat/ mengunci material pada alat uji puntir. Pada saat pengambilan data harus benar-benar cermat agar data yang dihasilkan lebih akurat. Dan sebaiknya kampus SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN mempunyai laboratorium yang standart untuk pengujian agar seluruh mahasiswa dapat melakukan pengujian di laboratorium SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN MEDAN. Gambar 4.3. Grafik perbandingan kekuatan puntir material dengan perlakuan material Baja ST 60 sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan.
5. DAFTAR PUSTAKA Jokosisworo,sarjito.2011."Program Studi Teknik Perkapalan Fakultas Teknik UNDIP‟‟ Analisa Keekuatan Puntir dan Lentur Putar Poros Bja ST60 Sebagai Aplikasi Perancangan Bahan Poros Baling-Baling Kapal. Widodo Surya „‟Jurnal Teknik Mesin,April 2014 : Analisa Ketangguhan Dan Perubahan Struktur Mikro Patahan Akibat Heat Treatment Dan Variasi Sudut Impact Pada Baja ST60 „„pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri Malang‟‟ Sutresman O.S. 2012 „„Kaji Ekspeimental Dan Numerik Lendutan Material Baja Karbon ST60 Dengan tumpuan jepit-Rol‟‟ Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hassanuddin Harjanto, Agus Sri, 2005, “Jurnal : Rancang Bangun Alat Uji Puntir Statis dan Uji Fatik dengan Beban Torsi”, Undip Semarang.Popov, E.P, 1995,
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan diatas, Uji Torsi dengan material Baja ST 60 dengan sebelum dipanaskan dan sesudah dipanaskan mempunyai beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada pengujian puntir material Baja ST 60 sebelum dipanaskan menghasilkan nilai rata-rata, momen inersia(J)= 2,03 x ,tegangan geser = 557,4 MPa, modulus elastisitas geser (G) = 2.10 MPa,regangan geser ( = 1,47 MPa 2. Pada perbandingan pengujian puntir material Baja ST 60 menghasilkan nilai ratarata, momen inersia (J) sebelum dipanaskan 2,03 x sedangkan sesudah dipanaskan 2,03 x , tegangan geser sebelum dipanaskan 557,4 MPa sedangkan sesudah dipanaskan 5,57 MPa, modulus elastisitas geser sebelum
5
“Mechanic of Material”, edisi terjemahan oleh Zainul,A.T, Erlangga,Ciracas, Jakarta. Priyoko, Nanang A, 2005, “Jurnal : Pengaruh Pengkombinasian Frekuensi Beban Impak Terhadap Kekuatan Lelah Spesimen Pada Beban Lentur Putar (Rotary Bending)”, Undip Semarang. Timoshenko, S, 1976, “Strength of Materials Part II”, Robert E. Krieger Publishing Co,New York. Totok Surdia, Saito S, 1992, “Pengetahuan Bahan Teknik Cetakan Kedua” PT PradnaParamita, Jakarta. Anonimous, 1984, “Annual Book of
ASTMStandart, Volume 03.01. MetalMechanical Testing; Elevated and LowTemperature” America Standart Material Hand Book; Race Street, Philadelphia. Budiman, Anton dan Bambang P, 1999, “Elemen Mesin Jilid I Disain dan Kalkulasidari Sambungan, Bantalan dan Poros”, Erlangga, Ciracas, Jakarta Callister Jr, W.D, 1994, “Material Science andEngineering”, John Willey and Sons, Inc, New York. Collins, J.A, 1981, “Failure of Material inMechanical Design”, John Willey and Sons, Inc, New York.
6
