Sidang Tugas Akhir (TM091486)

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. Soeharto, DEA

Oleh :

Budi DarmawanNRP 2105 100 160

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya20010

1. Baja AISI 1045 merupakan material yang sangat banyak digunakandalam bidang industri.

2. Sifat mekanik yang dimiliki sangat beragam dan mudah untukdirekayasa.

3. Pembebanan dinamis sering dialami pada aplikasi penggunaanmaterial ini terutama pada poros berputar.

4. Intensitas pembebanan mengakibatkan kelelahan dan berakibat pada

kegagalan material

Perumusan Masalah

Bagaimana perubahan umur lelah baja AISI 1045 setelah mengalamivariasi proses tempering pada pembebanan rotating bending.

Latar Belakang

1. Membandingkan umur lelah material awal dengan material yang telahmengalami proses quench-tempering (perbandingan kurva S-N)sebagai akibat perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro.

2. Membandingkan sifat mekanik secara umum dari baja AISI 1045 awaldengan hasil quench temper variasi temperatur dan waktu temperserta melihat pengaruhnya terhadap umur lelah material.

1. Komposisi material dianggap homogen dan kekasaran permukaanyang sama di setiap sisi.

2. Pengujian dilakukan di temperatur kamar dan fluktuasi temperatursekitar tidak terlalu signifikan.

3. Dimensi poros satu dan lainnya dianggap sama.4. Pengaruh lingkungan tidak signifikan.5. Kecepatan perputaran mesin uji dianggap konstan di setiap

pengamatan.

1. Memberi sumbangan data umur lelah material Baja AISI 1045terhadap dunia pendidikan dan industri.

2. Menjadi acuan untuk penelitian selanjutnya yang lebih dalam danmenyeluruh.

3. Melengkapi dan memperkaya data umur lelah material Baja AISI 1045yang didapat sebelumnya.

Baja karbon : material paduan unsur besi (Fe) dan Karbon (C) berkadar antara0.008% sampai 2% dan elemen-elemen lain dengan kadar tertentu.

Untuk Baja AISI 1045

Komposisi Kimia material Sifat Mekanik Material

Nama Kimia Persentase(%)

Carbon 0.42-0.50

Mangan 0.50-0.80

Silikon Maks. 0.40

Sulfur 0.02-0.04

Crom+Molibdenum+Nikel

Maks. 0.63

Sifat Mekanik Keterangan

Kekuatan Tarik 596 N/mm2

Kekuatan Luluh 380 N/mm2

Elongation 16% per 50 mm

Modulus Elastisitas 200 GPa

Massa Jenis 7.87 gr /cm

Dasar Teori

Umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapai materialsampai material tersebut mengalami patah dengan pembebanantertentu.

Batas lelah (fatigue limit) didefinisikan sebagai besarnya bebanmaksimal yang menghasilkan umur lelah tak terhingga.

(Soeharto, Dr. Ir. 1999 Diktat Kuliah : Mekanika Patahan. Surabaya :

Teknik Mesin FTI – ITS)

1. Sebagian besar kelelahan muncul akibat pembebanan fluktuatif dibawah kekuatan statisnya.

2. Munculnya slip di daerah konsentrasi tegangan.

3. Beban berulang merambatkan slip ke batas butir yang lain.

4. Perambatan terus terjadi sejauh pembebanan berlangsung.

5. Material mengalami kegagalan setelah kelelahan mencapai kekuatanstatisnya.

Crack Initiation

Crack Propagation Patah Statik

Prinsip Kelelahan Material

Intrusi dan Ekstrusi di bidang permukaan material

Skema terjadinya mekanisme awal retak dan perambatannya.

Merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginanterhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktutertentu, dimaksudkan untuk memperoleh sifat tertentu darimaterial tersebut.

Proses Tempering

proses memanaskan kembali martensit ke suatu temperaturtertentu dan menahannya pada temperatur itu selama beberapa

saat lalu didinginkan kembali.

Perlakuan panas

Material dipanaskan hingga temperatur austenit

Penahanan selama kurang lebih satu jam.

Quenching ke temperatur ±50°C

Memanaskan kembali material hingga temperatur tertentu

Penahanan dilakukan sesuai parameter

Melakukan pendinginan di udara terbuka

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

Waktu

Skema Proses laku panas tempering

Kurva Perbandingan kekerasan pada prosestempering dengan variasi waktu dan temperatur

Tegangan pada pengujian lentur putar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

M = πSd3/32 atau M = 0,0982Sd3

dimana :

M = Penyetelan untuk beban momen (lb-in)

d = Penampang diameter terkecil spesimen(in)

S = Tegangan spesimen (psi)

Metodologi Penelitian

Flowchart

PercobaanSpesimen baja poros AISI 1045

Persiapan dan

Pembentukan Spesimen

Tanpa Perlakuan

Tempering (temperatur

200 ,300 ,400 C dan

waktu temper 1 jam, 3jam, dan 5

jam)

Pembentukan Spesimen

sesuai standart

Pendapuran (temperatur

850 C)

ditahan selama 1 jam

Quenching (air, temperatur:

20 C-30 C)

A

B

START

Uji Tarik

Uji

KelelahanPengamatan

Struktur MikroUji Kekerasan

(Rockwell C)

Analisa dan pembahasan

Kesimpulan

END

Pola patahan

A B

Flowchart lanjutan

Spesimen Uji Tarik

Material : Baja AISI 1045

Spesimen Uji Lelah

Uji Kelelahan

Dilakukan pada spesimen yang telah mengalami variasi perlakuanpanas quench-temper

Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam modelRBF 200 dari Fatique Dinamics Inc.

Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,7σu ; 0,6σu dan 0,5σu

pada R=-1 dan frekwensi = 50 Hz.

Nama mesin : RBF-200

Daya mesin : 0.33 Hp

Voltage mesin : 115 V

Frekuensi : 100 Hz

Beban Bending maksimum : 200 lb-in terbagi

tiap 10 lb-in

Putaran maksimum : 10.000 rpm

Ukuran cycle maksimum : 999.999.900

cycle disajikan dalam 7 digit dengan

rasio pembacaan 1: 100

Pengujian dilakukan untuk melihat struktur mikro material. Perbedaan

yang akan terlihat cukup jelas adalah besar butir antara variasi satu denganyang lainnya.

mm Area pengambilan sampel struktur mikro

Untuk mengetahui perubahan kekerasan material setelah perlakuan panas.

Dalam hal ini digunakan mesin uji Rockwel skala C.

Area atau titik-titik yang akan diindentasi.

Pengujian dilakukan dengan mesin uji hardness Rockwell C

Tempering akan dilakukan untuk variasi temperatur 200 C,300 C, dan 400 C dengan waktu temper 3, 5, dan 7 jam.

Data pengujian tarik material awal

No. Spesimen Kekuatan yield(MPa)

Kekuatan tarik(MPa)

1 396,21 590,33

2 399,45 596,12

3 398,10 605,43

Rata-rata 397,92 597,55

Pengujian tarik dilakukan di laboratorium Metalurgi dengan alat yang

telah terkalibrasi

Hasil uji tarik material hasil tempering dan material

awal

Parameter PengujianSpesimen

I II III

Diameter spesimen (mm) 9 7.9 8.4

Luas penampang (mm) 63.64 49.04 55.44

Gauge length (mm) 51.4 49.3 50

Beban lumer (kN) 24.8 75.32 49.7

Beban maksimum (kN) 38.3 95.4 53

Diameter akhir (mm) 6.20 7.50 7.80

Luas penampang akhir (mm2) 30.20 44.20 47.80

Gauge length setelah patah, L1 (mm) 62.25 50.3 52.3

∆ L setelah patah (mm) 10.85 1 2.3

Yield strength (N/mm2) 389.7 1535.9 896.5

Tensile strength (N/mm2) 601.8 1945 1136.4

Poison’s ratio (υ) 0.67 0.4 0.64

Modulus Elasticity (GPa) 194.85 767.9 448.25

Elongation (%) 21 2 4.6