Upload
others
View
11
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR
ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN
LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN
PENAMBAHAN KARBON ARANG TEMPURUNG KELAPA
DENGAN MESH 40,50,60
Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
RIZKI DWI ARDIKA
NIM: D200 181 023
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2020
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN Jl.A.Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Telp (0271) 717417 Pos 57102
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
Berdasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta
Nomor 116/II/2019 tanggal 19 Agustus 2019 tentang Pembimbing Tugas Akhir
dengan ini:
Nama : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.
Pangkat / Jabatan : Pembimbing
Sebagai Pembimbing Tugas Akhir memberikan soal tugas akhir kepada
mahasiswa:
Nama : Rizki Dwi Ardika
No Induk : D200181023
Jurusan/Semester : Teknik Mesin/8
Judul/Topik : ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT
KEKERASAN LOGAM BAJA HASIL HOT ROLLING
DENGAN PENAMBAHAN KARBON ARANG
TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60..
Rincian Soal/Tugas : Melakukan proses pengerolan, pengujian kekerasan dan
pengujian struktur mikro suatu logam.
Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 05 September 2019
Pembimbing
Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat
Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan
Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah
disetujui oleh pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan di depan
dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana S-1 pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta .
Dipersiapkan oleh
Nama : RIZKI DWI ARDIKA
NIM : D200 181 023
Disetujui pada
Hari :
Tanggal :
Dosen Pembimbing
Tugas Akhir
Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Analisa Struktur Mikro dan Tingkat
Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan Penambahan
Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh 40,50,60“ telah
dipertahankan di depan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh
gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh
Nama : RIZKI DWI ARDIKA
NIM : D200 181 023
Disahkan pada
Hari :
Tanggal :
Dewan Penguji
1. Ketua : Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. (……………)
2. Anggota 1 : Ir. Sunardi Wiyono, M.T. (……………)
3. Anggota 2 : Ir. Bibit Sugito, M.T. (……………)
Mengetahui
Dekan
Fakultas Teknik
Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D
Ketua Jurusan
Teknik Mesin
Ir. Subroto, M.T.
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : RIZKI DWI ARDIKA
NIM : D 200 181 023
Fakultas/ Jurusan : Teknik/ Teknik Mesin
Judul : Analisa Struktur Mikro dan Tingkat Kekerasan
Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan
Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa
Dengan Mesh 40,50,60.
Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini merupakan karya tulis yang
penulis buat sendiri sebagai syarat memperoleh gelar sarjana S-1 pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, kecuali beberapa sumber kutipan dan ringkasan yang telah
penulis cantumkan sebagaimana mestinya dalam karya tulis ini.
Surakarta, Januari 2020
Yang menyatakan
Rizki Dwi Ardika
vi
HALAMAN MOTTO
“Hai orang-orang yang beriman, bersabarlah kamu dan kuatkanlah
kesabaranmu dan tetaplah bersiap siaga dan bertaqwalah kepada Allah
supaya kamu menang”
(Q.S Ali-Imran : 200)
“Dan masing-masing orang memperoleh derajat-derajat (seimbang)
dengan apa yang dikerjakannya. Dan Tuhanmu tidak lengah dari
apa yang mereka kerjakan”
(QS. Al An’am : 132)
“Kemudian apabila kamu telah membulatkan tekad, maka bertawakallah
kepada Allah, sesungguhnya Allah menyukai orang-orang yang
bertawakal (kepada-Nya)”
(QS Ali ‘Imraan : 159)
“Allah akan mengangkat derajat orang-orang yang beriman diantara kamu
dan orang-orang yang mempunyai ilmu beberapa derajat.”
(Q.S Al Mujadalah : 11)
“Apabila telah ditunaikan shalat, maka bertebaranlah kamu di muka bumi
(untuk mencari rezki dan usaha yang halal) dan carilah karunia Allah, dan
ingatlah Allah banyak-banyak supaya kamu beruntung”
(QS al-Jumu’ah :10)
“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah
beserta orang-orang yang sabar”
(Q.S Al Baqarah : 153)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Penulis persembahkan Tugas Akhir ini kepada:
Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya
sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Ayah (Windartono) dan Ibu (Eni Agustini) tercinta sebagai
pahlawan hidupku yang telah memberikan motivasi dan contoh
dalam membentuk karakterku, meskipun semua itu dilakukan
dengan penuh perjuangan dan air mata yang semata mata ingin
menjadikan aku menjadi anak yang berakhlak dan bermanfaat
untuk orang lain.
Seluruh Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji syukur bagi Allah SWT atas
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Struktur Mikro dan
Tingkat Kekerasan Logam Baja Hasil Hot Rolling Dengan
Penambahan Karbon Arang Tempurung Kelapa Dengan Mesh
40,50,60 “.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak dapat
terselesaikan tanpa adanya bantuan, dukungan dan saran dari berbagai
pihak. Oleh karena itu , penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak dan Ibu tercinta atas segala do’a dan dukungan yang telah
diberikan.
2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurasan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.
5. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T. selaku dosen
pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dan
pengarahan dalam proses penelitian dan penyusunan laporan
tugas akhir.
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu
pengetahuan selama masa perkuliahan.
7. Hayu Latif Firmansyah rekan seperjuangan dalam menyelesaikan
tugas akhir. Serta teman-teman yang selalu membantu dan
memberikan dorongan maupun nasehat, fakih, sulis, yuswanto,
ix
tetra, sholeh, galang, imin, arya, solmi, irwan, anan, udin, heru,
hadafi.
8. Teman-teman Transfer Teknik Mesin UMS yang tidak bisa
disebutkan satu persatu. Semoga Allah senantiasa memberikan
kita keberkahan dalam setiap amal perbuatan kita.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini mungkin masih memiliki
beberapa kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap adanya kritik
dan saran demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap
semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Surakarta, Januari 2020
Penulis
x
ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN TINGKAT KEKERASAN LOGAM
BAJA HASIL HOT ROLLING DENGAN PENAMBAHAN KARBON
ARANG TEMPURUNG KELAPA DENGAN MESH 40,50,60
Abstrak
Analisa struktur mikro dan tingkat kekerasan logam baja hasil hot
rolling dengan penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan
mesh 40,50,60 telah diteliti. Parameter hot rolling dan gaya penekanan
dibuat seragam. Parameter yang digunakan yaitu reduksi ketebalan dari 3
mm menjadi 2.85 mm yang dilakukan pada suhu ruangan. Penelitian ini
bertujuan untuk menghasilkan suatu logam baja yang memiliki tingkat
kekerasan yang tinggi. Hot rolling pada penelitian ini menggunakan
material baja dengan dimensi awal 200 x 20 x 3 mm kemudian di rolling
bertahap dengan pencampuran ukuran serbuk karbon yang berbeda
dengan ukuran 40,50,60 mesh. Sifat fisik diketahui berdasarkan dari
pengujian struktur mikro dan sifat mekanik diketahui berdasarkan
pengujian kekerasan vickers.
Hasil penelitian foto mikro menunjukan bahwa setelah dilakukan
pengerolan bentu butirnya lebih pipih, cenderung lebih rapat dan batas
butir menipis, Menipisnya batas butir disebabkan deformasi plastis selama
pengerolan. Pengujian kekerasan menunjukkan bahwa nilai rata-rata
tertinggi terdapat pada baja yang diberi campuran karbon 60 mesh yaitu
sebesar 138,2 VHN. Nilai kekerasan meningkat karena Semakin banyak
presentase berat karbon dan pergerakan dislokasi akan semakin susah
karena tertahan partikel penguat karbon.
Kata kunci : Hot rolling, Baja Karbon, Carburizing, Kekerasan Vickers,
Struktur Mikro
xi
ANALYSIS MICRO STRUCTURE AND THE LEVEL OF VIOLENCE
STEEL METAL RESULTS HOT ROLLING WITH ADDITION CARBON
COCONUT SHELL CHARCOAL WITH MESH 40,50.60
Abstract
Analysis of microstructure and hardness level of hot rolled steel metal
with the addition of coconut shell charcoal carbon with a mesh of 40.50.60
has been investigated. Hot rolling parameters and compressive forces are
made uniform. The parameter used is the reduction in thickness from 3
mm to 2.85 mm which is done at room temperature. This study aims to
produce a steel metal that has a high level of hardness. Hot rolling in this
study used steel material with initial dimensions of 200 x 20 x 3 mm and
then rolled out gradually by mixing different sizes of carbon powder with a
size of 40.50.60 mesh. Physical properties are known based on
microstructure testing and mechanical properties are known based on
vikers hardness testing.
Micro photo research results show that after rolling the shape of the
grain is more flat, tends to be more dense and the grain boundary
thinning, the thinning of the grain boundary caused by plastic deformation
during rolling. Hardness testing shows that the highest average value is
found in steel that is mixed with 60 mesh carbon, which is 138.2 VHN. The
value of violence increases because the more weight percentages of
carbon and the movement of dislocations will be more difficult because it
is held by carbon reinforcement particles.
Keywords: Hot rolling, Carbon Steel, Carburizing, Vickers Hardness,
Micro Structure
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ............................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. v
HALAMAN MOTTO .................................................................................. vi
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................. vii
KATA PENGANTAR .............................................................................. viii
ABSTRAK ................................................................................................ ix
ABSTRACT ................................................................................................ x
DAFTAR ISI ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xv
DAFTAR TABEL ................................................................................... xvii
DAFTAR RUMUS .................................................................................. xviii
DAFTAR SIMBOL .................................................................................. xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah .......................................................1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................3
1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................3
1.4 Batasan Masalah ..................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian ................................................................4
1.6 Metode Penelitian .................................................................4
1.7 Sistematika Penulisan ...........................................................5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................8
2.2 Baja ....................................................................................11
2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja ...................................12
2.4 Baja Karbon .........................................................................15
2.4.1 Baja Karbon Rendah...................................................15
xiii
2.4.2 Baja Karbon Sedang ..................................................16
2.4.3 Baja Karbon Tinggi .....................................................16
2.5 Diagram Fasa Fe−𝐹𝑒3C.......................................................16
2.6 Struktur Mikro Baja ...............................................................20
2.6.1 Ferrite .........................................................................20
2.6.2 Pearlite ........................................................................21
2.6.3 Austenite .....................................................................22
2.6.4 Cementite ....................................................................22
2.6.5 Martensite ...................................................................23
2.7 Carburizing ...........................................................................24
2.7.1 Pack Carburizing .........................................................24
2.7.2 Liquid Carburizing .......................................................27
2.7.3 Gas Carburizing ..........................................................27
2.8 Difusi ....................................................................................28
2.9 Mekanisme Difusi .................................................................29
2.9.1 Difusi Vacancy ............................................................29
2.9.2 Difusi Interstisi .............................................................30
2.10 Media Karbon Aktif .............................................................31
2.10.1 Tempurung Kelapa ...................................................32
2.11 Hot Rolling..........................................................................33
2.11.1 Bentuk Ketidaksempurnaan Produk/cacat produk ..39
2.12 Heat Treatment ..................................................................39
2.12.1 Annealing ................................................................40
2.13 Pengujian Kekerasan Vickers ............................................44
2.14 Uji Struktur Mikro ................................................................46
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................50
3.2 Bahan Penelitian ..................................................................52
3.3 Alat Penelitian ......................................................................54
3.4 Sampel ................................................................................59
3.5 Lokasi Penelitian ..................................................................60
xiv
3.6 Prosedur Penelitian .............................................................61
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Komposisi Kimia .................................................70
4.1.1 Pembahasan Uji Komposisi Kimia ............................71
4.2 Pengujian Struktur Mikro......................................................73
4.2.1 Pembahasan Pengujian Struktur Mikro .....................77
4.3 Pengujian Kekerasan ..........................................................79
4.3.1 Pembahasan Pengujian Kekerasan ..........................81
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..........................................................................83
5.2 Saran ...................................................................................84
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistematika perlakuan panas aluminium .................................8
Gambar 2.2 Diagram Fasa Fe-𝐹𝑒3 ............................................................17
Gambar 2.3 Ilustrasi Struktur Kristal BCC .................................................20
Gambar 2.4 Ilustrasi Struktur Kristal FCC .................................................20
Gambar 2.5 Proses Pack Carburizing.......................................................25
Gambar 2.6 Pemodelan proses difusi secara interstisi dan substitusi ......28
Gambar 2.7 Difusi Vacancy ......................................................................29
Gambar 2.8 Difusi Interstisi .......................................................................30
Gambar 2.9 Hot Rolling ...........................................................................35
Gambar 2.10 Proses pembentukan logam teknologi Rolling ....................36
Gambar 2.11 Proses Cold Rolling ............................................................36
Gambar 2.12 Ilustrasi gambar torsi ...........................................................38
Gambar 2.13 Bentuk cacat produk Rolling ...............................................39
Gambar 2.14 Pengujian Vickers ...............................................................46
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ..........................................................50
Gambar 3.2 Pelat besi baja yang telah dipotong ......................................52
Gambar 3.3 Serbuk arang kelapa .............................................................53
Gambar 3.4 Asam Nitrat (HNO3) sebagai penambah karbon ...................53
Gambar 3.5 Alkohol/Etanol (C2H5OH) sebagai etsa permukaan baja .......54
Gambar 3.6 Mesin Roll .............................................................................54
Gambar 3.7 Mesin Furnace ......................................................................55
Gambar 3.8 Vickers Hardness (Lab Material Atw) ....................................55
Gambar 3.9 Alat uji foto mikro (Lab Material Ums) ...................................56
Gambar 3.10 Alat uji komposisi (Polman Ceper) ......................................56
Gambar 3.11 Penggaris dan spidol ..........................................................57
Gambar 3.12 Alat potong/gerinda .............................................................57
Gambar 3.13 Sarung tangan latex ............................................................58
Gambar 3.14 Amplas ................................................................................58
Gambar 3.15 Autosol ...............................................................................59
xvi
Gambar 3.16 Spesimen pengujian foto mikro ...........................................59
Gambar 3.17 Spesimen pengujian komposisi setelah hot rolling .............60
Gambar 3.18 Spesimen pengujian kekerasan ..........................................60
Gambar 3.19 Proses pemotongan spesimen ............................................62
Gambar 3.20 Hasil pemotongan spesimen ...............................................63
Gambar 3.21 Proses pemanasan spesimen .............................................63
Gambar 3.22 Proses Carburizing .............................................................64
Gambar 3.23 Proses pengerolan ..............................................................66
Gambar 4.1 Hasil pengujian mikrografi sebelum proses hot rolling ..........73
Gambar 4.2 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan
penambahan karbon arang tempurung kelapa dengan 40
mesh/420 µm ........................................................................74
Gambar 4.3 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan
penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 50
mesh/297 µm ........................................................................74
Gambar 4.4 Hasil pengujian mikrografi sesudah hot rolling dengan
penambahan karbong arang tempurung kelapa dengan 60
mesh/250 µm ........................................................................75
Gambar 4.5 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sebelum hot
rolling ....................................................................................75
Gambar 4.6 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot
rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa
dengan 40 mesh/420 µm ......................................................76
Gambar 4.7 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot
rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa
dengan 50 mesh/297 µm ......................................................76
Gambar 4.8 Hasil pengujian mikrografi penampang samping sesudah hot
rolling dan penambahan karbon arang tempurung kelapa
dengan 60 mesh/250 µm ......................................................76
Gambar 4.9 Grafik hasil pengujian kekerasan Hardness Vickers sebelum
dan sesudah proses hot rolling ............................................81
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi kimia tempurung kelapa ..........................................33
Tabel 4.1 Hasil uji komposisi Raw material ...............................................70
Tabel 4.2 Hasil uji komposisi material Setelah proses Rolling ..................71
Tabel 4.3 Hasil uji kekerasan sebelum dan sesudah Hot Rolling ............80
xviii
DAFTAR RUMUS
Rumus 2.1 Rumus pengurangan ketebalan ..............................................36
Rumus 2.2 Rumus jumlah pengurangan ketebalan ..................................37
Rumus 2.3 Rumus reduksi ketebalan .......................................................37
Rumus 2.4 Rumus torsi ............................................................................38
Rumus 2.5 Rumus gaya penekanan .........................................................38
Rumus 2.6 Rumus kekerasan vickers.......................................................45
xix
DAFTAR SIMBOL
D2 : tebal benda kerja setelah rolling (mm)
D1 : tebal benda kerja sebelum rolling (mm)
h0 : Tebal awal (mm)
h1 : Ketebalan Akhir (mm)
L0 : Lebar sebelum masuk roll (mm)
L1 : Lebar setelah keluar roll (mm)
V0 : Kecepatan sebelum masuk roll (m/s)
V1 : Kecepatan setelah keluar roll (m/s)
t0 : Tebal awal (mm)
t1 : Tebal setelah keluar roll (mm)
Lp : Jarak antara xx dan yy (mm)
d : Jumlah pengurangan ketebalan (mm)
r : Reduksi (mm)
P : Beban yang digunakan (kg)
d : Panjang diagonal rata- rata (mm)
Ɵ : Sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136°
F : Gaya tekan (N)
A : Luas bidang tekanan (m²)
r : Jarak (m)
P : Tekanan (N/m²)
T : Torsi (Kg/m)