09e00170

KEKUATAN LELAH BAJA HQ 705 DAN BAJA THYRODUR 1730 DI LINGKUNGAN KELEMBABAN TINGGI

TE S I S

Oleh

INDRA HASAN 017015008/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2006

Indra Hasan : Kekuatan Lelah Baja HQ 705 Dan Baja Thyrodur 1730 Di Lingkungan Kelembaban Tinggi, 2006 USU Reepository 2008

KEKUATAN LELAH BAJA HQ 705 DAN BAJA THYRODUR 1730 DI LINGKUNGAN KELEMBABAN TINGGI

TE S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Mesin

Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

INDRA HASAN 017015008/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2006


Judul Tesis : KEKUATAN LELAH BAJA HQ 705 DAN BAJA THYRODUR 1730 DI LINGKUNGAN KELEMBABAN TINGGI Nama Mahasiswa : Indra Hasan Nomor Pokok : 017015008 Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Dr.Ir. Haftirman, M.Eng) Ketua

(Ir. Tugiman, MT) (Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Anggota Anggota Ketua Program Studi, Direktur, (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B.,M.Sc)

Tanggal Lulus: 07 Februari 2006


Telah Diuji pada

Tanggal: 07 Januari 2006

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr.Ir. Haftirman, M.Eng

Anggota : 1. Ir. Tugiman, MT

2. Dr. -Ing. Ikhwansyah Isranuri

3. Ir. Alfian Hamsi, MSc

4. Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc


BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Lingkungan tempat baja digunakan sangat mempengaruhi umur pemakaian

baja, lingkungan yang mempengaruhi baja menurut beberapa peneliti salah satunya

adalah lingkungan berkelembaban tinggi yang menyebabkan terjadinya penurunan

kekuatan lelah atau mempercepat terjadinya kegagalan baja.

Menurut Haftirman (1995), lingkungan dengan kelembaban relatif di bawah

60% tidak mempengaruhi baja tetapi lingkungan dengan kelembaban relatif di atas

70% sangat mempengaruhi baja. semakin tinggi tingkat kelembaban relatif semakin

besar pengaruh kelembaban relatif tersebut terhadap baja yaitu kekuatan lelah baja

semakin menurun dengan semakin tingginya kelembaban relatif lingkungan.

Penelitian ini telah dilakukan terhadap baja HT 800 dan SS 400 di lingkungan

kelembaban relatif 60%, 70%, 85% dan 90% pada pembebanan axial loading fatigue

testing machine. Penurunan kekuatan lelah disebabkan terbentuknya korosi pit pada

permukaan baja di lingkungan kelembaban relatif yang tinggi. begitu juga penelitian

yang dilakukan oleh Nakajima M, (2003) dengan bahan JIS SNCM 439 menyatakan

terjadi penurunan tegangan pada lingkungan laboratory air dari pada lingkungan dry

air serta Lee & Uhlig (1972) yang melakukan pengujian terhadap baja AISI 4140

yang diberikan perlakuan panas untuk meningkatkan kekerasannya, di lingkungan


kelembaban relatif 70% mengalami penurunan kekuatan lelah, semakin tinggi tingkat

kekerasannya semakin besar persentase penurunan kekuatan lelahnya.

Kemudian Dalil (2005) juga melakukan penelitian terhadap baja TEW 6582 dan EMS

45 pada lingkungan kelembaban tinggi, mengemukakan bahwa baja High Tensile

Strength mengalami penurunan kekuatan lelah lebih besar dari baja Medium Tensile

Strength dan Riski (2005) menyatakan bahwa penurunan kekuatan lelah paling

rendah terjadi pada baja dengan proses heat treatment sekitar 775oC dengan demikian

tingkat penurunan kekuatan lelah tergantung pada masing-masing sifat baja akan

tetapi lingkungan kelembaban tinggi tetap menyebabkan penurunan kekuatan lelah.

Baja HQ 705 dengan sifat yang telah diperbaiki dari hasil awal pengerolan

baja sangat menarik diberikan pengujian kekuatan lelah karena belum pernah

dilakukan pengujian fatik terhadap baja tersebut sebelumnya pada suatu lingkungan

tertentu di Pekanbaru. Baja HQ 705 (High Performance Engineering Steels) yaitu

baja HQ 705 (High Quality) yang merupakan baja Pre-hardened High Tensile

Strength. Baja ini diproduksi di Swedia dan dipasarkan oleh PT. Tira Andalan Steel.

Baja HQ 705 banyak dipakai pada Pabrik Karet di Pekanbaru dan Industri lainnya,

namun belum mempunyai spesifikasi untuk pemakaian di lingkungan Indonesia

khususnya di Pekanbaru dengan tingkat kelembaban tinggi dan temperatur yang juga

lebih tinggi dari daerah lain di Indonesia maupun dari negara yang memproduksi baja

tersebut. Sehingga diperlukan suatu pengujian untuk mengetahui sampai sejauhmana

performance baja tersebut jika dipakai di Indonesia.


Performance baja HQ705 di lingkungan kelembaban tinggi, dibandingkan dengan

baja Thyrodur 1730 yang diproduksi oleh Thyssen Germany Special Steel, untuk

melihat sejauhmana tingkat pengaruh kelembaban tinggi terhadap kekuatan

lelah baja HQ 705 dengan baja Thyrodur 1730 sebagai dasar untuk melihat tingkat

pengaruh kelembaban tinggi tersebut . Baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 sama-

sama digunakan untuk poros pada konstruksi permesinan (Machinery Steels). Baja

HQ 705 termasuk golongan baja High Tensile Strength dan baja Thyrodur 1730

termasuk golongan baja Medium Tensile Strength dan ekivalen baja S45C.

Pembebanan yang diberikan dalam pengujian adalah pembebanan bending dengan

tipe tumpuan cantilever. Tipe pembebanan ini disesuaikan dengan kasus kegagalan

poros pada Creeper untuk memipih karet di Pabrik Karet. Poros pada rol Creeper

digerakkan oleh motor listrik dan tersambung dengan poros kedua. Kedua poros

menompang silinder pemipih ukuran karet. Poros yang tersambung dengan motor

penggerak memperoleh beban puntir dari motor yang terjepit pada bantalan dan

memperoleh beban bending dari rol silinder serta gaya tekan dari kedua rol dalam

proses memipih karet.

1.2. Perumusan Masalah

Baja HQ 705 yang belum pernah dilakukan pengujian fatik di lingkungan

kelembaban tinggi khusus untuk pemakaian di Indonesia, dilakukan pengujian untuk

mengetahui tingkat penurunan kekuatan lelah yang dibandingkan dengan tingkat

penurunan kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 dan baja lainnya. Tinjauan dilakukan


terhadap keretakan yang terjadi pada permukaan spesimen uji dalam memprediksi

penyebab penurunan kekuatan lelah baja HQ 705 yang beroperasi di lingkungan

kelembaban tinggi. Pengujian ini menjadi penting untuk dilakukan dalam

mengetahui sejauhmana performance dari baja HQ 705 jika digunakan di lingkungan

kelembaban tinggi di wilayah Indonesia khusus untuk daerah Pekanbaru pada salah

satu pabrik industri karet.

1.3. Tujuan Penelitian

1.3.1. Tujuan Umum

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kelembaban tinggi

terhadap kekuatan lelah bahan baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 yang mengalami

pembebanan dinamis dan mengamati keretakan yang terjadi pada kedua jenis bahan,

untuk memperoleh informasi penyebab penurunan kekuatan lelah baja di lingkungan

kelembaban tinggi dan dengan informasi ini diharapkan dapat mengoptimalkan

pemakaian bahan.

1.3.2. Tujuan Khusus

Tujuan penelitian secara khusus adalah mengetahui kekuatan lelah baja HQ

705 dan baja Thyrodur 1730 pada lingkungan kelembaban relatif 70%, 75%, 80%,

85% dan 90% dengan fokus peninjauan terhadap keretakan yang terjadi pada

permukaan spesimen uji untuk digunakan sebagai dasar analisa penyebab penurunan

kekuatan lelah baja.


1.4. Manfaat

Hasil penelitian ini dapat memberikan rekomendasi kepada industri-industri

pengguna baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 yang beroperasi pada

lingkungan

kelembaban tinggi, membantu dalam pemilihan bahan yang tepat digunakan pada

konstruksi permesinan dengan pembebanan berulang serta membantu dalam disain

pembebanan dan bentuk komponen untuk optimalisasi pemakaian bahan baja atau

optimalisasi ketahanan baja.

Sedangkan bagi masyarakat, dunia pendidikan dan lembaga penelitian dapat menjadi

dasar dan pembanding bagi penelitian lanjutan.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kekuatan Lelah

Kekuatan lelah suatu bahan disusun dari serangkaian percobaan dengan

pemberian beban sampai terjadi kegagalan pada siklus tertentu, hasilnya digambarkan

dalam suatu bentuk kurva S-N (Kurva Wohler) seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.1. Pada kurva S-N, tegangan (S) dipetakan terhadap jumlah siklus hingga

terjadi kegagalan, sedangkan N adalah jumlah siklus tegangan yang menyebabkan

terjadinya patah sempurna benda uji . Tegangan yang dipetakan dapat berupa

(tegangan bolak-balik), (tegangan maksimum) dan (tegangan minimum).

Menurut Dieter (1986), nilai tegangan adalah tegangan nominalnya dengan demikian

tidak terdapat penyesuaian untuk konsentrasi tegangan.

aS

maksS minS


Gambar 2.1. Kurva S-N dari Hasil Pengujian Metode Standar Uji Fatik (Collins, pp. 375)

Pada baja, siklus (N) yang melampaui batas lelah (N > 107), baja dianggap

mempunyai umur tak terhingga atau kegagalan diprediksi tidak akan terjadi,

sedangkan untuk logam bukan besi (non ferrous) tidak terdapat batas lelah yang

signifikan, memiliki kurva S-N dengan gradien yang turun sedikit demi sedikit

sejalan dengan bertambahnya jumlah siklus.

Tegangan pada spesimen di suatu titik tertentu dengan tipe pembebanan

cantilever ditentukan dengan rumus berikut (shigley, 1989):

zx

ccc I

YMS =

dimana:

Sc = tegangan pada titik c di permukaan spesimen

Mc = momen pada titik c akibat beban pada spesimen

Yc = jarak maksimum dari titik pusat spesimen ke arah titik c pada

permukaan spesimen

Izx = momen inersia polar spesimen = 464 c

d dc = diameter pada titik c spesimen

Hubungan antara tegangan pada spesimen akibat beban dengan jumlah putaran

sampai terjadi patah lelah sempurna adalah:

S = a Nb (2.2) dimana :

S = Tegangan bolak-balik atau Kekuatan lelah (MPa)

N = Jumlah siklus tegangan


e

ut

SSa

2)9,0(=

e

ut

SSb 9,0log

31=

Se = ka. kb. kc. kd. ke. Se (2.3)

dimana

Se = batas ketahanan (endurance limit) dari spesimen uji

(test specimen) = 0,504 (Sut)

Sut = kekuatan tarik maksimum (MPa)

ka = faktor permukaan = a (Sut)b

kb = faktor ukuran = 1133,0

62,7

d

kc = faktor beban

kd = faktor temperatur

ke = faktor modifikasi terhadap pemusatan tegangan

Kegagalan lelah disebabkan beban berulang (beban dinamis) atau perubahan

struktur permanen, terlokalisasi dan progresif yang terjadi pada bahan yang dibebani

dengan tegangan/regangan fluktuasi yang dapat mengakibatkan retak atau patahan

setelah jumlah siklus tertentu. Kondisi pembebanan yang menyebabkan kelelahan

adalah fluktuasi tegangan, mencakup getaran, fluktuasi regangan, fluktuasi

temperatur (thermal fatigue), atau salah satu kondisi di atas di dalam lingkungan

korosif atau pada suhu tinggi (Dieter, 1986). Sedangkan yang menyebabkan

kegagalan lelah adalah tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi, variasi atau


fluktuasi tegangan yang cukup besar, dan siklus penerapan tegangan yang cukup

besar.

Tegangan berulang yang menyebabkan kelelahan digambarkan berbentuk

sinusoidal antara tegangan maksimum dan minimum, tegangan tarik dianggap positif

dan tegangan tekan dianggap negatif. Pada tipe pembebanan cantilever, tegangan

maksimum dan minimum tidak sama, tegangan tarik lebih besar dari tegangan tekan

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Siklus tegangan lelah (Hertzberg, R.W., 1996)

2.1.1 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Lelah

Faktor-faktor yang mempengaruhi atau cendrung mengubah kondisi kelelahan

atau kekuatan lelah yaitu tipe pembebanan, putaran, kelembaban lingkungan (korosi),

konsentrasi tegangan, suhu, kelelahan bahan, komposisi kimia bahan, tegangan-

tegangan sisa, dan tegangan kombinasi. Faktor yang mempengaruhi dan cendrung


mengubah kekuatan lelah pada pengujian ini adalah kelembaban lingkungan, tipe

pembebanan, putaran, suhu, komposisi kimia bahan dan tegangan sisa.

Faktor yang diperhitungkan adalah kelembaban lingkungan (korosi) dan tipe

pembebanan sedangkan putaran, suhu, komposisi kimia dan tegangan sisa sebagai

variabel yang konstan selama pengujian sehingga tidak ada pengaruh yang signifikan

terhadap kekuatan lelah.

a. Faktor Kelembaban Lingkungan

Faktor kelembaban lingkungan sangat mempengaruhi kekuatan lelah

sebagaimana yang telah diteliti oleh Haftirman (1995) bahwa kekuatan lelah

sangat menurun pada lingkungan kelembaban tinggi yaitu pada kelembaban

relatif 70% sampai 85%. Lingkungan kelembaban tinggi membentuk pit korosi

dan retak pada permukaan spesimen yang menyebabkan kegagalan lebih cepat

terjadi. Ko Haeng Nam (2003), menyatakan bahwa pada kelembaban relatif

85% terjadi transisi tegangan lebih besar dibandingkan dengan kelembaban

relatif 5% sampai 55%, dan Nakajima M., (2003) menyatakan terjadi

penurunan tegangan pada udara laboratorium dibandingkan dengan lingkungan

udara kering.

Pengaruh kelembaban tinggi terhadap setiap kekuatan bahan juga berbeda,

untuk bahan dengan kekerasan yang tinggi, kelembaban sangat menurunkan

kekuatan lelah dibanding bahan dengan kekerasan yang rendah, sebagaimana

yang telah diteliti oleh Haftirman (1995) terhadap baja HT 800 yang

dibandingkan dengan baja SS 400, bahwa baja HT 800 dengan kekerasan yang


tinggi (268 Hv) mengalami penurunan kekuatan lelah yang lebih besar dari

penurunan kekuatan lelah baja SS 400 engan kekerasan (166 Hv). Lee

dan

Uhlig (1972) menyatakan bahwa semakin keras suatu baja semakin besar

penurunan kekuatan lelahnya pada lingkungan kelembaban relatif 70%.

b. Tipe Pembebanan

Tipe pembebanan dipilih berdasarkan kasus di lapangan yaitu untuk poros

pemipih karet pada pabrik karet di PTPN III dengan tipe pembebanan

cantilever yang menerima beban lentur dan puntir. Tipe pembebanan ini sangat

mempengaruhi kekuatan lelah sebagaimana yang diteliti oleh Ogawa (1989)

bahwa baja S45C yang diberikan tipe pembebanan lentur putar dan

pembebanan aksial mempunyai kekuatan lelah yang sangat berbeda, baja S45C

dengan pembebanan aksial mempunyai kekuatan lelah lebih rendah dari baja

yang menerima pembebanan lentur putar.

c. Faktor Putaran

Putaran yang mempengaruhi kelelahan pada pengujian ini direduksi dari 1450

rpm menjadi 887,5 rpm yang diukur dengan tachometer dan putaran tersebut

digunakan untuk mendapatkan pengaruh pembebanan pada spesimen tetapi

masih dalam batas tidak ada pengaruh putaran yang signifikan terhadap

kekuatan lelah, sebagaimana yang telah diteliti oleh Iwamoto (1989) dengan

hasil bahwa putaran antara 750 rpm sampai 1500 rpm mempunyai kekuatan

lelah yang hampir sama tetapi apabila putaran 50 rpm menurunkan kekuatan


lelah jauh lebih besar dari putaran 750 rpm dan 1500 rpm, sehingga putaran

yang berada diantara 750 rpm sampai 1500 rpm tidak mempengaruhi kekuatan

lelah dengan signifikan sebagaimana putaran 887,5 rpm pada pengujian ini.

d. Faktor Suhu

Faktor suhu sangat mempengaruhi kekuatan lelah karena suhu menaikkan

konduktivitas elektrolit lingkungan sehingga dapat mempercepat proses

oksidasi. Untuk mengkondisikan pengujian standar terhadap suhu, pengujian

dilakukan pada temperatur kamar. Menurut Haftirman (1995) bahwa pengujian

pada lingkungan dengan suhu 40oC retakan pada spesimen memanjang dari

pada pengujian di suhu 25oC dengan retakan yang halus, karena suhu yang

tinggi menyebabkan molekul air yang terbentuk mengecil di permukaan baja

sehingga mempercepat terjadi reaksi oksidasi dan membuat jumlah pit korosi

jauh lebih banyak, akibatnya pit korosi cepat bergabung membentuk retakan

yang memanjang. Dieter (1986) mengemukakan secara umum kekuatan lelah

baja akan turun dengan bertambahnya suhu di atas suhu kamar kecuali baja

lunak dan kekuatan lelah akan bertambah besar apabila suhu turun.

e. Faktor Tegangan Sisa

Faktor tegangan sisa yang mungkin timbul pada saat pembuatan spesimen direduksi

dengan cara melakukan pemakanan pahat sehalus mungkin terhadap spesimen

sehingga pemakanan pahat tidak menimbulkan suhu yang bisa menyebabkan

munculnya tegangan sisa maupun tegangan lentur pada spesimen.


f. Faktor Komposisi Kimia

Pengaruh faktor komposisi kimia terhadap kekuatan lelah diharapkan sama

untuk seluruh spesimen uji dengan pemilihan bahan yang diproduksi dalam

satu kali proses pembuatan, sehingga didapat kondisi pengujian yang standar

untuk seluruh spesimen uji.

2.1.2 Mekanisme Kegagalan Fatik

Kegagalan fatik dimulai dengan terjadinya deformasi plastis (slip) secara

lokal. Bila slip terjadi maka slip tersebut dapat terlihat pada permukaan logam

sebagai suatu tangga (step) yang disebabkan oleh pergerakan logam sepanjang bidang

slip. Demikian seterusnya maka lama-kelamaan akan terjadi suatu retak. Slip pada

pembebanan rotating bending ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Bentuk Alur dan Puncak Slip yang Digabungkan dari Hasil Pembebanan Berulang (Collins, pp.182)

Siklus untuk menimbulkan awal retak dan penjalaran retak tergantung pada tegangan

yang bekerja. Bila tegangan yang bekerja tinggi maka waktu terbentuknya awal retak akan

lebih pendek. Pada tegangan yang sangat rendah maka hampir seluruh umur lelah digunakan

untuk membentuk retak awal. Pada tegangan yang tinggi sekali retak terbentuk sangat cepat.


Retak permulaan ini begitu kecil sehingga tidak bisa dilihat oleh mata

telanjang. Sekali suatu retak muncul, pengaruh pemusatan tegangan menjadi

bertambah besar dan retak tersebut akan maju lebih cepat. Begitu ukuran luas yang

menerima tegangan berkurang, tegangan bertambah besar sampai akhirnya luas yang

tersisa tiba-tiba gagal menahan tegangan tersebut. Karena itu kegagalan lelah

ditandai dari perkembangan retak yang ada dan kepatahan mendadak dengan daerah

yang mirip kepatahan bahan rapuh (Shigley, 1989).

2.2. Mekanisme Kegagalan Fatik Korosi

Kegagalan fatik korosi berlangsung secara bersamaan antara tegangan

berulang dan serangan kimia (Trethewey, 1991). Kegagalan fatik disebabkan oleh

adanya beban tegangan, sedangkan kegagalan fatik korosi disebabkan adanya beban

tegangan bersamaan dengan serangan kimia. Serangan korosi tanpa ada beban

tegangan, biasanya mengakibatkan lubang pada permukaan logam. Lubang ini

bertindak sebagai takik dan menyebabkan pengurangan besarnya kekuatan lelah.

Akan tetapi, apabila serangan korosi bersamaan dengan pembebanan lelah, maka

dihasilkan penurunan sifat-sifat lelah yang lebih besar dibanding serangan korosi

sebelumnya tanpa beban tegangan. Bila korosi dan lelah terjadi bersamaan, maka

serangan kimia akan mempercepat laju rambat retak lelah. Bahan-bahan yang pada

saat diuji dalam suhu kamar memperlihatkan adanya batas lelah, apabila diuji dalam

lingkungan yang korosif, tidak memperlihatkan adanya batas lelah.


Sementara uji lelah biasa pada lingkungan udara, untuk siklus

pembebanan 1000 hingga 12000

siklus/menit, tidak dipengaruhi oleh laju pembebanan, jika pengujian dilakukan pada

lingkungan yang korosif, maka terdapat ketergantungan yang terbatas. Karena

serangan korosi merupakan gejala yang tergantung pada waktu, makin cepat laju

pengujian makin kecil kerusakan yang disebabkan oleh korosi .

Pada uji lelah korosi, tegangan berulang menimbulkan kerusakan lapisan

oksida permukaan setempat, sedemikian hingga terjadi lubang-lubang korosi.

Lubang-lubang kecil (korosi sumuran) yang terjadi pada lelah korosi jauh lebih

banyak jumlahnya dibanding yang dihasilkan oleh serangan korosi tanpa adanya

tegangan. Dasar lubang korosi lebih anodik dibanding logam yang tak berlubang,

sehingga korosi bergerak ke dalam, dipercepat lagi dengan terkelupasnya lapisan

oksida akibat regangan berulang. Retakan akan terjadi, apabila lubang menjadi cukup

tajam untuk menghasilkan konsentrasi tegangan yang tinggi .

Korosi adalah proses kerusakan logam atau material dan sifat-sifatnya oleh

pengaruh lingkungan yang berlangsung secara kimia atau elektrokimia (Trethewey,

1991). Korosi ini mengembalikan logam ke bentuk asalnya dan berlangsung dengan

sendirinya, sehingga proses korosi tidak dapat dicegah, hanya ada usaha untuk

mengendalikannya (mengurangi). Salah satu faktor yang memicu terjadinya korosi

adalah kelembaban relatif. Persentase kelembaban relatif merupakan jumlah dari

campuran udara dan uap air atau 100 kali tekanan sebagian (partial pressure) uap air

di udara dibagi dengan tekanan sebagian uap air di dalam campuran udara dan air


(pressure vapor) (Geankoplis, 1997). Persentase kelembaban relatif juga bergantung

pada temperatur, apabila temperatur konstan dan jumlah tekanan uap air naik maka

persentase kelembaban akan naik tetapi apabila temperatur naik dan tekanan uap air

konstan maka persentase kelembaban akan turun.

Gambar 2.4 Grafik kelembaban campuran udara dan uap air pada tekanan total 101, 325 kPa (760 mmHg), (Geankoplis, C.J., 1997)

Pengaruh kelembaban relatif terhadap kekuatan lelah baja telah diuji terhadap

beberapa bahan dengan berbagai tipe pembebanan. Hasil pengujian memberikan

informasi bahwa kelembaban relatif di atas 70% sangat mempengaruhi kekuatan lelah

suatu bahan. Wadsworth N.J. menyatakan (dikutip oleh Majumdar D. 1983) bahwa

campuran oksigen dan uap air sangat merusak terhadap umur lelah suatu logam dan

paduannya. Majumdar D. (1983) menemukan bahwa pada lingkungan oksigen dan


uap air, besi cor yang diuji dengan beban lentur putar mengalami retak disekitar butir

dan retak tersebut mengurangi deformasi plastis disekeliling butir. Haftirman (1995)

juga menemukan bahwa kelembaban relatif 70% sampai 85% menurunkan kekuatan

lelah baja HT 800 dan SS 400. Ko Haeng-Nam (2003) menemukan bahwa pada

kelembaban 85% terjadi transisi tegangan lebih besar dibandingkan dengan pada

kelembaban relatif 5% sampai 55%.

Pada lingkungan berkelembaban terjadi reaksi korosi karena terdapat

perbedaan potensial listrik dan terbentuk aliran listrik dengan adanya anoda, katoda

dan lingkungan elektrolit. Pada bagian logam yang terkorosi dengan lingkungan

bersifat anoda, atom logam pada bagian anoda ini akan kehilangan elektron atau

terjadi reaksi oksidasi. Pada bagian logam yang tidak terkorosi bersifat katoda, dan

pada katoda ini terjadi penangkapan elektron oleh ion hydrogen atau oleh air (proses

reduksi). Sedangkan lingkungan elektrolit merupakan larutan penghantar listrik yang

menghubungkan anoda dengan katoda yang dapat berupa udara yang lembab, air

pada permukaan logam akibat pengembunan atau permukaan yang basah dan fluida

berupa cairan yang mengandung garam-garaman atau larutan asam atau basa yang

kontak dengan logam.

Reaksi korosi pada daerah anoda yaitu reaksi oksidasi dengan persamaan

reaksi sebagai berikut:

+ + eFeFe 22Reaksi korosi pada daerah katoda yaitu reaksi reduksi dengan persamaan.

222 HeH + +


Dengan adanya air akan terjadi reaksi hid rolisa dengan persamaan reaksi

+++ ++ HFeOHOHFe 22 2 Apabila terdapat oksigen dalam air akan terjadi reaksi

(pada larutan netral dan basa) ++ OHeOHO 442 22 ( 3222 )(42)(4 OHFeOHOOHFe ++

OHOFeOHFe 2323 3)(2 + ( Fe adalah karat) 32O

Mekanisme terbentuknya lubang korosi pada permukaan baja dengan adanya

udara dan uap air ditunjukkan pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 menjelaskan bahwa

oksigen akan menempuh lintasan yang cukup jauh untuk mencapai bagian tengah

titik air sehingga bagian ini menjadi anoda. Akibatnya terjadi pelarutan logam di

bagian tengah titik air dan reaksi ion-ion logam dengan ion-ion hidroksil

menyebabkan penumpukan produk korosi di seputar lubang sumuran dan membentuk

cincin karat.


Gambar 2.5. Mekanisme pit korosi pada permukaan baja di bawah butir air (Trethewey K.R., 1991)

Lobang yang terbentuk pada permukaan baja akibat korosi ditunjukkan pada Gambar

2.6. Lobang yang terbentuk tidak merata dan ukurannya juga berbeda antara lubang

yang satu dengan lainnya.

Gambar 2.6. Pitting pada Stainless Steel dengan bentuk deep (From A.I. Asphahani and W.L. Silence, Metals Handbook, Vol.13, Corrosion, 9th ed., ASM, Metals Park, OH, p. 11, 1987. Reprinted by permission, ASM International, Jones, 1996)


2.3. Kerangka Konsep

Pelaksanaan penelitian disusun dalam suatu kerangka konsep penelitian sebagai

berikut:

PERMASALAHAN Kekuatan lelah baja HQ 705 turun lebih besar

pada lingkungan kelembaban di atas 70%,

BAHAN Baja HQ 705 dan

Baja Thyrodrur 1730

BEBAN Tipe pembebanan adalah cantilever rotating bending

PENGUJIAN LELAH Alat: Cantilever Rotating Bending Fatigue Testing Machine

PENGOLAHAN DATA - Data hasil pengujian diolah dalam bentuk kurva S N dan S vs %RH - Analisa korosi dan keretakan permukaan

spesimen dengan SEM untuk mendukung dan interpretasi hasil penelitian

LINGKUNGAN Kelembaban Tinggi

(70%, 75%, 80%, 85% dan 90% RH)

ALAT UJI Hygrometer

Hasil dan Pembahasan

Diskusi, Hasil, Kesimpulan dan Saran

Gambar 2.7. Kerangka Konsep Pelaksanaan Penelitian


BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

Penelitian bertempat di laboratorium Fatik dan Korosi Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik USU Medan, dan dilaksanakan sejak Februari 2005 sampai

Agustus 2005, sedangkan pengamatan terhadap patahan spesimen hasil pengujian

fatik menggunakan SEM di Laboratorium PTKI medan pada bulan Juni 2005 serta

pengujian tarik dan kekerasan dilakukan di Laboratorium Pengujian Bahan Teknik

Mesin Universitas Riau ( UNRI) pada bulan Juli 2005.

3.2. Bahan dan Ukuran Spesimen

Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah baja permesinan

(Machinery Steels ) khususnya untuk poros yaitu baja HQ 705, diproduksi di Swedia

dan dipasarkan oleh Tira Andalan Steel, yang merupakan baja High Tensile Strength,

dan baja Thyrodur 1730 merupakan baja Medium Tensile Strength yang termasuk

golongan Medium Carbon Steel.

Komposisi kimia dan sifat mekanis dari baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730

ditunjukkan pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2. Komposisi kimia diperoleh dari PT. Tira

Andalan Steel yang merupakan hasil pengujian dan ditunjukkan dalam bentuk


sertifikat, sedangkan sifat mekanis diperoleh dari hasil pengujian menggunakan alat

uji tarik universal dan kekerasan dengan alat uji Brinell.

Tabel 3.1 Komposisi Kimia baja HQ 705 dan bajaThyrodur 1730

Bahan C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al

HQ 705 0.34 0.26 0.55 0.018 0.01 1.43 1.44 0.17 0.27 0.032

Thyrodur 1730 0.45 0.3 0.7 - - - - -

Tabel 3.2 Sifat Mekanis baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730

Bahan Sy(0,2) (MPa) Sut (MPa) (%) HB HQ 705 865.87 1109.12 17.1 352.42

Thyrodur 1730 443.27 786.62 22.9 203.85

Ukuran spesimen uji fatik dibuat berdasarkan standar ASTM E466 seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

R 3

0

95

8 12

10

17520

Gambar 3.1. Ukuran Spesimen Uji Fatik (Sesuai ASTM E 466)


Spesimen dibentuk secara mekanis (dibubut) dari diameter 16 mm sampai

diperoleh ukuran seperti pada Gambar 3.1. Pembubutan dilakukan dengan pemakanan

sehalus mungkin untuk menghindari pembebanan yang besar pada saat

pembubutan

dan mengurangi temperatur yang terjadi pada spesimen yang dapat menimbulkan

tegangan sisa pada spesimen.

3.3. Peralatan

Alat uji yang digunakan untuk mengetahui kekuatan lelah dari spesimen

adalah Mesin Uji Fatik Tipe Cantilever Rotating Bending yang ditunjukkan pada

Gambar 3.2. Alat ini dilengkapi dengan pengatur kelembaban lingkungan pengujian,

counter untuk mengetahui siklus lelah spesimen, pengatur beban bending pada

spesimen, poros tempat spesimen berputar dan menerima pembebanan.

Alat yang digunakan untuk mengamati keretakan yang terjadi pada

permukaan spesimen digunakan Scanning Elektron Microscope (SEM), sedangkan

untuk mengetahui ultimate tensile strength dan yield strength menggunakan

Universal Testing Machines dan Hardnes Tester untuk mengetahui kekerasan baja.

Peralatan bantu lain yang digunakan adalah Thermometer untuk mengukur suhu

ruangan dan suhu di dalam chamber, Dial Gauge dengan Magnetic Base untuk

membantu center pemasangan spesimen pada poros alat uji. Vernier Calipers untuk

mengetahui dan memastikan ukuran spesimen uji, Tachometer infra red untuk

mengetahui putaran poros tempat spesimen berputar.


1. Chamber2. Sensor3. Spesimen4. Bantalan Beban5. Microswitch6. Fan7. Beban8. Control Valve9. Air10. Elemen Pemanas11. Hidrometer12. Unit Pengontrol Kelembaba13. Swicth 14. Counter15. Penunjuk kelembaban16. Kontaktor17. Motor18. Poros19. Pulley dan belt20. Bantalan Poros

888

2

1

3

4

5

6

7

8

9

10

1213141516

17 18 19 20

11

Gambar 3.2. Mesin Uji Fatik Tipe Cantilever Rotating Bending


3.4. Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dilaksanakan dengan lingkungan yang dikondisikan sesuai dengan

lingkungan pengujian yang diinginkan. Lingkungan diatur sedemikian rupa sampai

diperoleh temperatur dan kelembaban dalam ruang pengujian konstan selama

pengujian spesimen dengan menggunakan alat kontrol kelembaban. Sedangkan

pengaruh faktor putaran dan getaran dikurangi semaksimal mungkin dengan

pemasangan spesimen uji center pada poros dengan bantuan alat dial gauge. Pengaruh

faktor permukaan spesimen uji dikurangi dengan mempolish sampai mencapai

permukaan commercially polish menggunakan kertas pasir secara berurutan mulai

dari ukuran 400, 600, 800, 1000 dan 1200, serta dipolish dengan cairan alumina.

Pemberian beban sesuai perhitungan kekuatan lelah dari data sifat mekanik bahan dan

dengan melakukan pengujian awal sampai didapat tingkat pembebanan yang sesuai,

lingkungan pengujian divariasikan dengan kelembaban 70%RH, 75%RH, 80%RH,

85%RH, dan 90%RH, masing-masing pada siklus pembebanan yang berbeda mulai

dari N = 102 sampai batas ketahanan N = 107 pada satu lingkungan pengujian.

Putaran motor direduksi dari 1420 rpm menjadi 887,5 rpm untuk mendapatkan

pengaruh beban dan kelembaban terhadap bahan uji. Jumlah siklus spesimen uji

dihitung menggunakan counter hour sampai spesimen patah dan untuk spesimen yang

tidak patah melewati N = 107 pengujian dihentikan dan dianggap spesimen tidak akan

mengalami perpatahan lagi.


Pada satu lingkungan pengujian (satu tingkat kelembaban relatif) dilakukan

pengujian terhadap 6 (enam) buah specimen untuk memperoleh minimal 6 (enam)

buah titik pengujian pada kurva S-N sesuai standar pengujian fatik sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 2.1. Kelembaban relatif dikondisikan 5 (lima) tingkat

sehingga jumlah minimal specimen keseluruhan adalah 30 (tiga puluh) buah. Jumlah

ini dapat ditambah untuk mendapatkan keakuratan data pengujian.

3.5. Variabel yang Diamati

Pengamatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengaruh kelembaban

terhadap kekuatan lelah, hubungan antara tegangan dan siklus lelah pada satu kondisi

kelembaban, hubungan tegangan dengan kelembaban pada satu kondisi siklus beban

dan hubungan keretakan dengan kelembaban.

Data diolah menggunakan program excel untuk mendapatkan hubungan:

1. Pengaruh kelembaban tinggi terhadap bahan baja HQ 705 dan baja Thyrodur

1730.

2. Kekuatan lelah dan kelembaban relatif 70%, 75 %, 80%, 85%, dan 90% pada

baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 yang mengalami pembebanan fatik.


BAB 4

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian Penelitian terhadap kekuatan lelah baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 telah

dilakukan pada lingkungan kelembaban tinggi yaitu pada kelembaban relatif 70%,

75%, 80%, 85% dan 90% menggunakan mesin uji fatik tipe cantilever . Hasil

pengujian pada lingkungan kelembaban relatif tersebut ditampilkan dalam bentuk

kurva S-N sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.

Gambar 4.1 menunjukkan kurva S-N dari baja Thyrodur 1730, pada

temperatur ruangan pengujian 30oC. Pada Gambar 4.1 terlihat bahwa garis kurva

kelembaban relatif 90% dengan kekuatan lelah 261,11 MPa lebih rendah dari garis

kurva pada kelembaban relatif 85% dengan kekuatan lelah 334,23 MPa, garis kurva

pada kelembaban relatif 85% lebih rendah dari garis kurva pada kelembaban relatif

80% dengan kekuatan lelah 365,56 MPa, garis kurva pada kelembaban relatif 80%

lebih rendah dari garis kurva pada kelembaban relatif 75% dengan kekuatan lelah

407,34 MPa, dan garis kurva pada kelembaban relatif 75% lebih rendah dari garis

kurva pada kelembaban relatif 70% dengan kekuatan lelah 438,67 MPa. Sedangkan

pada kelembaban relatif 95% sampai 100% garis kurva hampir berimpit, hal ini


menunjukkan kekuatan lelah baja tidak begitu dipengaruhi oleh peningkatan

kelembaban relatif dari 95% sampai 100%.

Garis kurva yang semakin rendah ini menunjukkan kekuatan lelah mengalami

penurunan seiring dengan menurunnya garis kurva, atau kekuatan lelah baja Thyrodur

1730 semakin menurun dengan bertambahnya tingkat kelembaban relatif lingkungan

pengujian atau baja Thyrodur 1730 dipengaruhi oleh kelembaban tinggi atau baja

Thyrodur 1730 mengalami kegagalan lebih cepat dengan meningkatnya kelembaban

relatif lingkungan.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08

Siklus (N)

Kek

uata

n Le

lah,

S (M

Pa)

70% RH, 30'C Tem p. Ruang75% RH, 30'C Tem p. Ruang80% RH, 30'C Tem p. Ruang85% RH, 30'C Tem p. Ruang90% RH, 30'C Tem p. Ruang95% RH, 30'C Tem p. Ruang100% RH, 30'C Tem p. Ruang

Thyrodur 1730

Gambar 4.1. Kurva S-N Baja Thyrodur 1730


Gambar 4.2 merupakan kurva S-N dari baja HQ 705, pada temperatur

lingkungan pengujian 30oC. Pada Gambar 4.2 terlihat bahwa garis kurva kelembaban

relatif 90% dengan kekuatan lelah 417,78 MPa lebih rendah dari garis kurva pada

kelembaban relatif 85%, dengan kekuatan lelah 449,12 MPa, garis kurva pada

kelembaban relatif 85% lebih rendah dari garis kurva pada kelembaban relatif 80%

dengan kekuatan lelah 501,34 MPa, garis kurva pada kelembaban relatif 80% lebih

rendah dari garis kurva pada kelembaban relatif 75% dengan kekuatan lelah 522,23

MPa, dan garis kurva pada kelembaban relatif 75% lebih rendah dari garis kurva 70%

dengan kekuatan lelah 564,01 MPa.

Garis kurva yang semakin rendah ini menunjukkan kekuatan lelah mengalami

penurunan seiring dengan menurunnya garis kurva, atau kekuatan lelah baja HQ 705

semakin menurun dengan bertambahnya tingkat kelembaban relatif lingkungan

pengujian.

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

1 2 0 0

1 . E + 0 0 1 . E + 0 1 1 . E + 0 2 1 . E + 0 3 1 . E + 0 4 1 . E + 0 5 1 . E + 0 6 1 . E + 0 7 1 . E + 0 8

S ik lu s (N )

Kek

uat

an L

elah

, S

(MP

a)

7 0 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

7 5 % R H ,3 0 'C T e m p . R u a n g

8 0 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

8 5 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

9 0 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

9 5 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

1 0 0 % R H , 3 0 'C T e m p . R u a n g

H Q 7 0 5

Gambar 4.2. Kurva S-N Baja HQ 705


Garis kurva yang semakin menurun dengan semakin tinggi tingkat

kelembaban relatif lingkungan pengujian menunjukkan bahwa baja HQ 705

dipengaruhi oleh lingkungan kelembaban tinggi, sebagaimana yang terjadi pada baja

Thyrodur 1730 mengalami kegagalan lebih cepat dengan meningkatnya kelembaban

relatif lingkungan, tetapi baja HQ 705 mempunyai endurance limit yang lebih tinggi

dari baja Thyrodur 1730 atau baja HQ 705 mempunyai kekuatan lelah lebih besar dari

baja Thyrodur 1730, yang disebabkan oleh kekuatan tarik baja HQ 705 lebih tinggi

dari kekuatan tarik baja Thyrodur 1730.

Gambar 4.3. Hubungan antara Kekuatan Lelah baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 dengan Kelembaban Relatif pada Siklus 106


Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara kekuatan lelah baja HQ 705 dan

baja Thyrodur 1730 dengan kelembaban relatif lingkungan pada siklus 106. Kekuatan

lelah baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 menunjukkan penurunan atau dipengaruhi

oleh lingkungan berkelembaban tinggi. Penurunan mulai terjadi pada kelembaban

relatif 70% sampai kelembaban relatif 90%. Garis kurva penurunan kekuatan lelah

baja HQ 705 mempunyai kemiringan lebih rendah dari kemiringan garis kurva baja

Thyrodur 1730, sehingga dari kemiringan garis kurva ini diketahui bahwa penurunan

kekuatan lelah baja HQ 705 lebih rendah dari penurunan kekuatan lelah baja

Thyrodur 1730, yang dapat dihitung dengan selisih harga kekuatan lelah pada

lingkungan kelembaban 90% dengan 70% dan diperoleh bahwa penurunan kekuatan

lelah baja HQ 705 sebesar 25,92 %, dan penurunan kekuatan lelah baja Thyrodur

1730 sebesar 40,47 %.

4.2. Pembahasan

Peninjauan penyebab penurunan kekuatan lelah baja HQ 705 yang lebih

rendah dibandingkan baja Thyrodur 1730 dapat dibahas pada perbedaan yang

terdapat pada baja HQ 705 yaitu baja HQ 705 sudah diberikan perlakuan treatment

awal untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan ketanggguhan material yang

dijual ke konsumen, dengan kelebihan dari baja Thyrodur 1730 yaitu walaupun sudah

diberikan perlakuan panas masih bisa dimesin dengan baik sebagaimana baja

Tyhrodur 1730 hasil produksi yang belum diberikan perlakuan panas atau material

yang masih membutuhkan perlakuan panas lanjutan untuk meningkatkan


kekuatan atau ketangguhan. Perbedaan ini memberikan perbedaan tingkat kekuatan

lelah dan batas ketahanan baja , akan tetapi kedua baja tetap mengalami penurunan

kekuatan lelah akibat pengaruh kelembaban tinggi yaitu pada kelembaban relatif 70%

sampai 90%.

Penurunan kekuatan lelah pada kelembaban relatif 70% sampai 90% ini

disebut baja mengalami transisi tegangan sebagaimana pernyataan Ko Hang Nam

(2003) terhadap baja High Carbon Chromium dilingkungan kelembaban relatif 85%.

Transisi tegangan ini merupakan penurunan kekuatan lelah yang memindahkan batas

kekuatan lelah pada tingkat yang lebih rendah . Baja HQ 705 mempunyai kekuatan

lelah 25,92% lebih rendah dan baja Thyrodur 1730 40,47% lebih rendah dari batas

kekuatan lelah yang harus dimiliki baja tersebut.

Penurunan kekuatan lelah baja HQ 705 jika dibandingkan dengan penurunan

kekuatan lelah baja TEW 6582 menunjukkan penurunan yang hampir sama tetapi

berbeda dalam hal kekuatan tarik yaitu kekuatan tarik baja HQ 705 lebih besar dari

kekuatan tarik baja TEW 6582, sehingga dari keadaan ini dapat dinyatakan bahwa

pengaruh lingkungan kelembaban tinggi pada baja HQ 705 dan TEW 6582 adalah

sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. tetapi terdapat perbedaan yang

cukup besar pada baja Thyrodur 1730 yaitu terjadi penurunan kekuatan lelah lebih

besar pada lingkungan kelembaban tinggi, yang menunjukkan baja Thyrodur 1730

sangat sensitif terhadap kelembaban tinggi dibandingkan baja HQ 705.


05 0

1 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 06 0 0

5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1

R e la ti ve H u m id i ty %

Keku

atan

Lel

ah S

, (MPa

)

T E W 6 5 8 2

E M S 4 5

S 4 5 C

S S 4 0 0

H Q 7 0 5

T h y r o d u r 1 7 3 0

Gambar 4.4. Hubungan antara Kekuatan Lelah baja HQ 705, baja Thyrodur 1730 TEW 6582, EMS 45, S45C, dan SS 400 dengan Kelembaban Relatif pada Siklus 106

Gambar 4.4 menunjukkan baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 mengalami

transisi tegangan pada lingkungan kelembaban relatif 70% atau mengalai perubahan

tegangan ke arah penurunan tegangan sampai pada kelembaban relatif 90%, sehingga

daerah transisi berkisar antara kelembaban relatif 70% sampai 90%.

Untuk mengetahui kenapa terjadi perbedaan penurunan kekuatan lelah pada

baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 yang cukup besar, dapat ditinjau dengan

pengamatan terhadap permukaan retak pada masing-masing material menggunakan


SEM (Scanning Electron Microscope). Pengamatan dilakukan terhadap spesimen

yang mengalami perpatahan pada siklus di atas N = 106, sedangkan terhadap

spesimen dengan siklus di bawah N = 106 tidak dilakukan pengamatan dengan SEM

karena terjadinya perpatahan pada spesimen lebih besar disebabkan oleh

pembebanan, sedangkan kelembaban belum berpengaruh karena lingkungan

membutuhkan waktu untuk dapat menyebabkan korosi pada material, dan untuk

spesimen dengan siklus di atas N = 107 tidak dilakukan pengamatan karena material

yang telah melewati siklus N = 107 dianggap tidak akan mengalami perpatahan lagi.

Gambar 4.5. Permukaan patah dari baja HQ 705 di lingkungan kelembaban relatif 90% pada N = 106, Temperatur 30oC

Pada Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada kelembaban relatif 90% baja

HQ 705 mengalami keretakan yang cukup panjang dibandingkan kelembaban yang

lebih rendah yaitu pada kelembaban relatif 85% yang dapat dilihat pada Gambar 4.6.

dimana retakan terjadi menjalar tegak lurus pembebanan tarik dan sedikit bergeser


arahnya akibat pembebanan puntir. Retakan tampak dimulai dari titik ketidakmulusan

bahan atau cacat titik yang dibentuk oleh korosi pada permukaan baja . Cacat titik

yang berbentuk lobang ini disebut korosi pit yang ditimbulkan oleh lingkungan

kelembaban tinggi . Dalil (2005) menemukan ukuran korosi pit yang terbentuk akan

semakin besar dengan meningkatnya kelembaban relatif lingkungan.

Arah retakan sejajar bidang slip akibat pembebanan rotating dan tegak lurus

arah pembebanan bending. Dari arah retakan ini diasumsikan bahwa terjadinya

keretakan tidak disebabkan pembebanan berlebih tetapi oleh siklus pembebenan

berulang yang menyebabkan slip pada permukaan dan dengan adanya O2 dan H2O

dipermukaan baja pada kelembaban relatif yang tinggi terjadi korosi pada bidang slip

yang terbuka. Lobang yang dibentuk oleh korosi ini menjadi inisial terbentuknya

keretakan. Keretakan yang terbentuk akan bergerak lebih cepat menuju kedalam (dari

permukaan menuju ketitik pusat specimen uji, Fuch, 1980). Penjalaran retak ini

sangat cepat menyebabkan kegagalan, sehingga pada pembebanan fatik kegagalan

terjadi secara tiba-tiba atau tanpa ada tanda-tanda awal yang dapat dilihat secara

makro.



Keretakan yang terjadi pada Gambar 4.6, juga terjadi sebgaimana keretakan

pada Gambar 4.5, tetapi denga lingkungan kelembaban yang lebih rendah sehingga

jumlah uap air dan udara dipermukaan lebih sedikit yang memicu terjadinya

keretakan dipermukaan baja. Keretakan tampak lebih halus dan pendek

dibandingkan keretakan yang terlihat pada permukaan baja dilingkungan

kelembaban relatif 90%.


Keretakan yang ditunjukkan pada Gambar 4.7 adalah keretakan yang terjadi

pada baja HQ 705 dilingkungan kelembaban relatif 80%. Keretakan terlihat lebih

kecil dengan jumlah yang juga relatif lebih sedikit dibanding keretakan yang terjadi


pada kelembaban relatif 85%. Keretakan yang muncul sedikit tetapi bidang slip untuk

inisial keretakan tampak cukup banyak . Bidang slip ini sangat potensial untuk tempat

terjadinya keretakan dilingkungan kelembaban lebih tinggi dari 80% seperti pada

Gambar 4.5 , dimana keretakan tampak lebih jelas.


Gambar 4.8 menunjukkan permukaan apath dari baja HQ 705 dilingkungan

kelembaban relatif 75%. Keretakan tampak lebih halus dibandingkan keretakan yang

ditunjukkan pada lingkungan kelembaban relatif lebih tinggi, tetapi bidang slip untuk

inisial keretakan tampak dengan jelas didekat titik ketidakmulusan permukaan baja.



Gambar 4.9 menunjukkan permukaan patah dari baja HQ 705 dilingkungan

kelembaban relatif 70%. Keretakan lebih halus dan lebih sedikit dibandingkan

keretakan yang ditunjukkan pada lingkungan kelembaban relatif lebih tinggi, bidang

slip sebagai inisial keretakan juga sedikit dan titik-titik ketidakmulusan permukaan

juga tampak sedikit . Sehingga pada kelembaban relatif 70%, pengaruh kelembaban

relatif belum besar pengaruhnya terhadap terjadinya keretakan , tetapi keretakan yang

halus pada permukaan menunjukkan terdapat sedikit pengaruh kelembaban. Merujuk

pada Gambar 4.8, keretakan yang halus pada permukaan baja dilingkungan

kelembaban relatif 70% merupakan awal dari terjadinya transisi tegangan.

Gambar 4.10. Permukaan patah dari baja Thyrodur 1730 di lingkungan

kelembaban relatif 90% pada N = 106, Temperatur 30oC

Gambar 4.10 menunjukkan permukaan patah dari baja Thyrodur 1730

dilingkungan kelembaban relatif 90%. Pada gambar tersebut terlihat keretakan yang

cukup banyak dan tampak dengan jelas. Keretakan pada baja Thyrodur 1730 ini juga

tampak lebih jelas dibandingkan keretakan yang muncul pada permukaan baja HQ


705 dilingkungan kelembaban relatif 90%. Dengan perbandingan keretakan yang

tampak pada kedua baja akan memberikan informasi bahwa baja Thyrodur 1730 lebih

mudah mengalami keretakan pada lingkungan relatif 90%, dan sesuai dengan Gambar

4.3, transisi tegangan yang terjadi pada baja Thyrodur 1730 jauh lebih besar dari

transisi tegangan baja HQ 705 , hal ini dibenarkan oleh ukuran dan jumlah keretakan

yang terjadi pada permukaan kedua baja tersebut. Dengan kondisi permukaan baja

Thyrodur 1730 dan baja HQ 705 dapat dinyatakan bahwa baja Thyrodur 1730 lebih

sensitif terhadap kelembaban relatif yang tinggi dibandingkan baja HQ 705.



Gambar 4.11 menunjukkan permukaan baja Thyrodur 1730 dilingkungan

kelembaban relatif 85%. Keretakan tampak lebih sedikit dibandingkan keretakan

pada permukaan baja dilingkungan kelembaban relatif 90%, walaupun dalam ukuran

panjang keretakan yang hampir sama. Sehingga kelembaban relatif sangat

berpengaruh terhadap terjadinya keretakan pada baja. Pengaruh kelembaban relatif ini


sangat jelas pada baja Thyrodur 1730 dibandingkan baja HQ 705, dengan melihat

perbedaan antara satu tingkat kelembaban relatif lingkungan pengujian. Sensitifnya

baja Thyrodur 1730 terhadap kelembaban tinggi sudah terbukti dan perlu mendapat

perhatian dalam pemakaian terhadap pengaruh lingkungan kerkelembaban.




kelembaban relatif 80%. Keretakan terlihat panjangdan lebih halus dibandingkan

keretakan pada lingkungan kelembaban relatif 80% dan 90%. Bidang slip tampak

dengan jelas sebagai tempat munculnya keretakan.


Gambar 4.13. Permukaan patah dari baja Thyrodur 1730 di lingkungan kelembaban relatif 75% pada N = 106, Temperatur 30oC


kelembaban relatif 75% . Pada lingkungan relatif 75% ini terdapat perbedaan

permukaan dengan lingkungan 80%, 85% dan 90%, yaitu keretakan yang muncul dan

bidang slip permukaan yang sedikit. Titik-titik atau cacat permukaan terlihat dengan

keretakan yang memanjang tetapi bidang slip dan keretakan halus sedikit terlihat, dan

begitu juga pada Gambar 4.14 yang menunjukkan permukaan baja Thyrodur 1730

dilingkungan kelembaban relatif 70%. Sehingga dari kondisi ini dapat diinformasikan

bahwa kelembaban relatif diatas 75% jauh lebih mempengaruhi baja Thyrodur 1730

dibandingkan dilingkungan kelembaban relatif lebih rendah.

Gambar 4.14. Permukaan patah dari baja Thyrodur 1730 di lingkungan kelembaban relatif 70% pada N = 106, Temperatur 30oC

Permukaan baja Thyrodur 1730 dilingkungan kelembaban relatif 70% seperti

ditunjukkan pada Gambar 4.14 mempunyai keretakan yang lebih pendek dan dalam


jumlah yang sedikit. Bidang slip sebagai inisial keretakan pada permukaan tidak

begitu terlihat, sehingga kelembaban relatif 70% ini tidak begitu mempengaruhi baja

Thyrodur 1730, tetapi transisi tegangan dimulai dari kelembaban relatif 70% ini

sesuai pada Gambar 4.3 .

Hasil pengamatan dengan SEM dari Gambar 4.5 sampai Gambar 4.14 telah

diuraikan dan telah menunjukkan bahwa terdapat keretakan pada permukaan

specimen. Baja HQ 705 pada Gambar 4.5 sampai Gambar 4.9 terlihat keretakan yang

terjadi berbentuk memanjang tegak lurus pembebanan, dan baja Thyrodur pada

Gambar 4.10 sampai Gambar 4.14 juga menunjukkan keretakan terjadi memanjang

tetapi berbeda dalam ukuran dengan baja HQ 705. Keretakan baja Thyrodur 1730

lebih panjang dan lebih lebar ukuran serta jumlah retaknya dibandingkan baja HQ

705 terutama dilingkungan kelembaban relatif 90%. Dalam pengamatan dapat

dinyatakan bahwa rendahnya kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 tampak dari

keretakan yang terjadi, dan dapat disimpulkan bahwa baja HQ 705 tahan terhadap

keretakan dan mempunyai kekuatan lelah lebih tinggi.

Tingginya kekuatan lelah baja HQ 705 jika ditinjau dari komposisi kimia

karena baja HQ 705 mengandung unsur Ni sebanyak 1.43% dan Cr 1.44% sedangkan

untuk baja Thyrodur tidak terdapat unsur-unsur tersebut. Sebagaimana disebutkan

Shgley (1989) penambahan Cr akan memberikan baja bersifat liat dan meningkatkan

kekerasan, Ni dapat meningkatkan kekuatan tanpa mengurangi sifat keliatan, dan

dengan penambahan Ni-Cr secara bersamaan akan meningkatkan keliatan dan

ketahanan terhadap aus. Dari komposisi kimia yang dimiliki oleh baja HQ 705 dapat


memberikan gambaran bahwa baja HQ 705 akan lebih tahan terhadap keretakan,

karena untuk terjadinya retakan - retakan awal tersebut akan lebih sulit dibandingkan

baja Thyrodur 1730, karena baja HQ 705 memiliki sifat tahan kehausan atau

permukaan baja HQ 705 jauh lebih baik dari permukaan baja Thyrodur 1730.

Pembentukan bidang slip pada baja HQ 705 lebih sulit dibandingkan

pembentukan bidang slip pada baja Thyrodur 1730 karena sifat ketahanan

aus permukaan ada pada baja HQ 705, walaupun pembebanan tetap menyebabkan

terjadinya slip tetapi lapisan film permukaan baja HQ 705 lebih sulit terbuka untuk

diserang oleh korosi dan penjalaran retaknya akan lebih lambat jika dibandingkan

dengan baja Thyrodur 1730.

Pada Gambar 4.5 sampai Gambar 4.14, dari hasil pengamatan SEM dapat

dilihat bahwa terjadinya penurunan kekuatan lelah baja HQ 705 lebih rendah dari

penurunan kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 digambarkan karena keretakan yang

terjadi pada baja Thyrodur 1730 lebih besar, lebih panjang mulai dari kelembaban

70% sampai 90% yang cendrung meningkat terus seiring kenaikan tingkat

kelembaban relatif. Tetapi pada baja HQ 705 ukuran keretakan yang terjadi

lebih kecil atau lebih halus dan lebih pendek, sehingga penurunan kekuatan lelah

yang lebih rendah disebabkan keretakan pada baja HQ 705 lebih sulit terbentuk

dibanding pada baja Thyrodur 1730.


Tabel 4.1 Jumlah dan Panjang Retak baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 pada N = 106

Panjang Retak (m) Lingkungan (RH)

0-49 50-99 100-149 150-199 200-249 250-299

HQ 705 Pada N = 106 70 % 75 % 80 % 85 % 90 %

1 - 2 2 3

2 0 1 1

1 0 0

1 0

1

Thyrodur 1730 Pada N = 106 70 % 75 % 80 % 85 % 90 %

0 1 2 2 1

1 0 0 1 3

1 0 0 2

1 0 0

1 0

1

Ukuran keretakan yang terjadi pada baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730

ditunjukan pada Tabel 4.1 dan pada Gambar 4.15. Pada tabel 4.1 terlihat bahwa

jumlah keretakan yang paling banyak terjadi adalah pada kelembaban relatif 90%

untuk kedua jenis baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730, sedangkan keretakan yang

paling panjang adalah pada baja Thyrodur 1730 yang mencapai panjang keretakan

maksimum 290 m. Gambar 4.15 menunjukkan keretakan yang terjadi pada baja Thyrodur lebih

besar dan lebih panjang dibandingkan keretakan yang terjadi pada baja HQ 705,


sehingga dari Tabel 4.1. dan Gambar 4.15 dapat dinyatakan bahwa penurunan

kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 lebih besar dari baja HQ 705 karena keretakan

yang terjadi lebih besar dan lebih panjang pada lingkungan kelembaban tinggi.

y = 0.0857x2 - 4.7143x - 48.714

y = 0.0714x2 + 0.0714x - 296.43

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Relative Humidity %

Panj

ang

Reta

k M

aksi

mum

m

HQ705

Thyrodur 1730

Pada : N = 106 Siklus : Temperatur 30oC

Gambar 4.15. Hubungan antara Panjang Retak Maksimum Baja HQ705 dan Baja Thyrodur 1730 dengan Kelembaban Relatif pada N = 106 siklus, Temperatur 30oC

Persentase penurunan kekuatan lelah baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 jika

ditinjau terhadap kekuatan tarik dapat dilihat bahwa baja HQ 705 yang tergolong baja High

Tensile Strength mempunyai kecendrungan penurunan kekuatan lelah dengan semakin

besarnya kekuatan tarik. tetapi terdapat yang sangat besar terhadap baja Thyrodur 1730

dimana persentase penurunan kekuatan jauh lebih besar


dibandingkan baja HQ 705 dan mendekati pada material HT 800 dan SS 400 yang

mengalami pembebanan aksial.

Tensile Strength (Sut) MPa

Per

band

inga

n P

enur

unan

Kek

uata

n Le

lah

pada

Lin

gkun

gan

Kel

emba

ban

Ting

gi

Gambar 4.16. Hubungan antara Perbandingan Penurunan Kekuatan Lelah

dengan Tegangan Tarik baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730, serta TEW 6582 dan EMS 45 pada Pembebanan Rotating Bending dengan Baja HT 800 dan SS 400 pada Pembebanan Aksial di Lingkungan Kelembaban Tinggi.

Sehingga dari kedua material baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 dapat

diambil suatu kesimpulan bahwa baja Thyrodur tidak baik digunakan sebagai poros

yang bekerja pada lingkungan kelembaban tinggi karena sangat sensitif terhadap

kelembaban tinggi atau jauh lebh cepat mengalami kegagalan karena pengaruh

lingkungan kelembaban tinggi.


Gambar 4.17. Hubungan antara Kekuatan Tarik baja HQ 705, TEW 6582, EMS 45, S45C, SS 400 dan baja Thyrodur 1730 dengan

Endurance Limit (Batas Ketahanan Fatik)

Pada Gambar 4.17 terlihat bahwa pada kelembaban relatif 70% baja

mempunyai kecendrungan endurance limit semakin tinggi dengan semakin tingginya

kekuatan tarik sedangkan pada kelembaban relatif 90% (kelembaban tinggi)

endurance limit dari baja cendrung untuk tidak mengalami kenaikan atau cendrung

menuju kestabilan dengan semakin naiknya kekuatan tarik. Sehingga dari kondisi ini

dapat dinyatakan bahwa baja yang dipakai pada kelembaban tinggi, peningkatan

kekuatan tarik tidak begitu bermanfaat untuk meningkatkan endurance limit dari baja,

tetapi pada kelembaban relatif 70% dengan peningkatan kekuatan tarik akan

meningkatkan ketahanan baja dalam pemakaian.


BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian diketahui bahwa:

1. Baja HQ 705 pada lingkungan kelembaban tinggi mengalami penurunan

kekuatan lelah sebesar 25,92% dan kekuatan lelah baja Thyrodur 1730

mengalami penurunan sebesar 40,47%. Baja Thyrodur 1730 lebih sensitif

terhadap kelembaban tinggi dari pada baja HQ 705 dan mengalami transisi

tegangan mulai dari lingkungan relatif 70% sampai 90%.

2. Besarnya penurunan kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 seiring dengan

besarnya ukuran keretakan yang terjadi pada permukaan patah baja Thyrodur

1730. sedangkan pada baja HQ 705 keretakan yang terjadi lebih halus dan

pendek, sehingga penurunan kekuatan lelah lebih rendah dari baja Thyrodur

1730.

3. Faktor kelembaban relatif tersebut menjadi faktor penting dalam menentukan

ketahanan baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 yang digunakan pada

lingkungan kelembaban tinggi.


5.2. Saran

Besarnya penurunan kekuatan lelah baja Thyrodur 1730 dibandingkan baja

HQ 705 dan penurunannya mendekati kekuatan lelah baja SS 400 yang mengalami

pembebanan aksial maka baja Thyrodur 1730 disarankan untuk tidak digunakan pada

poros yang beroperasi pada lingkungan kelembaban tinggi, karena terlalu besarnya

penurunan pada pembebanan rotating bending atau sangat sensitif terhadap

kelembaban tinggi yang akan menyebabkan umur pemakaian baja akan pendek.


DAFTAR PUSTAKA

Annual Books of ASTM Standards, Iron and Steel Products, Section One, Volume

01.04, USA, 2001 Annual Books of ASTM Standards, Metals Test Methods and Analytical

Procedures, Section Three, Volume 03.01, USA, 1996 Asami, K., Acceleration Effect with Moisture in Air on Fatigue Crack Propagation

of High Strength Steels, J. Soc. Mat. Sci. Japan, Vol. 43, No. 489, pp. 659-665, 1994

Asami, K., The Influence of Moisture in Air on Fatigue Crack Propagation

Characteristics of High Strength Steels, J. Soc. Mat. Sci. Japan, pp. 425-658, 1989

Austen, I. M., and Walker, E. F., Quantitative Understanding of the Effects of

Mechanical and Environmental Variables on Corrosion Fatigue Crack Growth Behaviour, Paper Presented at Institution of Mechanical Engineers Conference, The Influence of Environment on Fatigue, England, 1977

Austen, I. M., and Walker, E.F., The Influence of Environmental Aggresion on the

Corrosion Fatigue Behavior of Steels, Proceeding of International Conference on Mechanisms of Environment Sensitive Cracking of Materials, University of Surrey, Guildford, England, pp. 334 347, 1977

Barsom, J.M., Corrosion-Fatigue Crack Propagation below KISCC, Engineering

Fracture Mechanics, Vol. 3, pp. 15-25, 1971 Beach, J.E., Marchica, N.V., and Ichter, L.L., A Fatigue Comparison of High

Strength Steel, Stainless Steel, and Titanium in a Simulated Ocean Environment, Proceedings of 10th Annual Offshore Technology Conference, Houston, Texas, Vol. 3, pp. 1737-1745, 1978

Budynas, G., Richard, Advanced Strength and Applied Stress Analysis, Second

Edition, Mc.Graw-Hill, 1999 Colangelo, V.J. and Heiser, F.A., Analysis of Metallurgical Failures, Second

Edition, John Wiley & Sons, New York, 1987


Collins, J.A., Failure of Materials in Mechanical Design, Analysis Prediction Prevention, Second Edition, New York, 1987

Davis, D. A., and Czyryca, E.J., The Effects of Environment and Cathodic

Protection on the Low-Cycle Fatigue Crack Growth Characteristics of a 5Ni-Cr-Mo-V Steel, Paper presented at ASME Pressure Vessels and Piping Technology Conference, San Francisco, 1980

Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, Third Edition, McGraw-Hill Book Company,

New York, 1986 Ebara, E., Current Status and Future Problems on Corrosion Fatigue Research of

Structural Materials, pp. 1-11, 1993 Emura, H., Asami, K., Fatigue Strength Characteristics of High Strength Steel,

Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp 45-50, 1989

Endo, K., Komai, K., and Nakagaki, K., Plastic Strain Fatigue of High Tensile Steel

in Corrosive Media, Bull. JSME, pp. 791-797, 1968 Forrest, P.G., Fatigue of Metals, Pergamon Press, Addison-Wesley Publishing

Company, USA, 1962 Fuchs, H.O., Stephens, R.I., Metal Fatigue in Engineering, John Wiley & Sons,

New York, 1980 Geankoplis, C.J., Transport Processes and Unit Operations, Third Edition,

Prentice Hall of India, Private Limited, New Delhi, 1997 Haftirman, Efek Pembebanan dan Ukuran terhadap Kekuatan Lelah Baja Karbon

S45C di Lingkungan Kelembaban Tinggi, Jurnal Teknik, 2003 Haftirman, Fatigue Strength of Steel in High Humidity Environment, Transaction of

the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp 1174-1184, 1995 Haftirman, Kekuatan Lelah Paduan Aluminium di Lingkungan Berkelembaban

Tinggi, Proceedings ETM, Bandung, 2000 Hatanaka, K., Fujimitsu, T., Watanabe H., Growth Behaviors of Small Surface

Cracks in Low Carbon Steel Fatigued under Rotating Bending, Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp. 732-742, 1989


Hertzberg, R.W., Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, Fourth Edition, John Wiley & Sons Inc, New York, 1996

Hoeppner, D.W., Model for Prediction of Fatigue Lives Based Upon a Pitting

Corrosion Fatigue Process, ASTM-STP 675, 841-870, 1979 Inoue K., and Sadayuki N., Influence of Alloying Elements on Mechanical

Properties and Fatigue Strength in Notched Specimens of Bainitic Microalloyed Steels, Denki-Seiko, Vol. 69, pp.27, Daido Steel Co., Ltd, Japan, 1998.

Iwamoto, K., On the S-N Curve of Carbon Steel under Rotary Bending Conditions in

City Water, Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp. 500-503, 1989

Jaske, C.E., Payer J.H., Balint V.S., Corrosion Fatigue of Metals in Marine

Environments, MCIC, New York, 1981 Jones, D.A., Principles and Prevention of Corrosion, Second Edition, Prentice

Hall, Inc., 1996 Ko Haeng-Nam, Fatigue Behavior of High Carbon Chromium Steel in Controlled

Humidity. Original Paper, Vol. 51, No. 8 pp. 912, www.jsms.jp/kaishi/51/paper51-8-10.htm-3k

Lee, H. H., and Uhlig, H. H., Corrosion Fatigue of Type 4140 High Strength Steel,

Metallurgical Transactions, Volume 3, pp. 1249-1257, 1972 Majumdar, D., and Chung, Y., Surface Deformation and Crack Initiation during

Fatigue of Vacuum Melted Iron: Environmental Effects, Metallurgical Transactions A, Volume 14A, pp. 1421-1425, 1983

Mehdizadeh, P., McGlasson, R.L., and Landers, J.E., Corrosion Fatigue

Performance of a Carbon Steel in Brine Containing Air, H2S, and CO2, Corrosion, pp. 325-335, 1966

Nakajima, M., Step Wise S-N Curve Assisted by Humidity in High Strength Steel.

Original Paper, Vol. 50 No. 9 pp. 954, www.jsms.jp/kaishi/50/paper50-9-4.htm-3k


Lampiran 1. Data Hasil Pengujian Fatik baja HQ 705 dengan Pembebanan Rotating Bending pada Lingkungan Kelembaban Tinggi

Temperatur (oC) Kelembaban (%) Waktu (jam) No. Spec Chamber Ruang Chamber Ruang Mulai Selesai

Beban (N)

Beban Nominal (MPa)

Siklus (N)

1 30 29 70 70 2483.3 2680.2 270 564.01 10.484.925 2 30 29 70 70 2260.13 2331.09 280 584.89 3.778.620 3 30 29 70 70 2043.51 2119.7 290 605.78 4.057.117 4 30 30 70 70 4358.2 4371.5 300 626.67 708.225 5 30 30 70 70 4371.5 4391.3 300 626.67 1.054.350 6 30 31 70 70 4395.6 4404.1 320 668.45 452.625 7 30 30 70 70 4391.3 4395.6 350 731.12 228.975

8 30 29 75 75 2368.23 2557 250 522.23 10.052.003 9 30 29 75 75 2003.33 2043.51 260 543.12 2.139.585

10 30 30 75 75 4338.1 4358.2 265 553.56 1.070.32511 30 29 75 75 2332.55 2368.23 270 564.01 1.899.96012 30 30 75 75 4325.7 4338.1 280 584.89 660.30013 30 30 75 75 4316.1 4323.5 300 626.67 394.05014 30 31 75 75 4323.5 4325.7 350 731.12 117.150

15 30 29 80 75 2680.2 2870.5 240 501.34 10.133.47516 30 29 80 75 2221.34 2260.13 250 522.23 2.065.56817 30 29 80 75 2368.23 2381.01 260 543.12 680.53518 30 30 80 75 4299.8 4307.4 270 564.01 404.70019 30 31 80 75 4310.8 4316.1 280 584.89 282.22520 30 29 80 75 4307.4 4309.8 300 626.67 127.80021 30 31 80 75 4309.8 4310.8 350 731.12 53.250

22 30 29 85 75 2870.5 3060.8 215 449.12 10.133.47523 30 29 85 75 2260.13 2280 230 480.45 1.058.07724 30 29 85 75 4285.6 4292.2 240 501.34 351.45025 30 30 85 75 4290.2 4294.4 240 501.34 223.65026 30 30 85 75 4294.4 4297.8 260 543.12 181.05027 30 31 85 75 4297.8 4299.4 300 626.67 85.20028 30 31 85 75 4299.4 4299.8 350 731.12 21.30029 30 30 90 75 3060.8 3255.4 200 417.78 10.362.45030 30 29 90 75 2280.12 2324.22 210 438.67 2.348.32531 30 29 90 75 4276.1 4279.2 220 459.56 165.07532 30 31 90 75 4280.3 4285.6 220 459.56 282.22533 30 30 90 75 2219.7 2221.34 250 522.23 87.33034 30 29 90 75 2324.22 2324.83 290 605.78 324.82535 30 31 90 75 4280.2 4280.3 350 731.12 53.250


Temperatur (oC) Kelembaban (%) Waktu (jam) No. Spec Chamber Ruang Chamber Ruang Mulai Selesai

Beban (N)

Beban Nominal (MPa)

Siklus (N)

36 30 29 95 75 8636.7 8804.9 189 395.89 8.956.650 37 30 29 95 75 8812.8 8875.3 190 396.89 3.328.125 38 30 29 95 75 8615.3 8625.7 199 416.95 553.800 39 30 29 95 75 8804.9 8808.2 210 438.67 175.725 40 30 29 95 75 8808.9 8809.8 240 501.34 85.200 41 30 29 95 75 8811.9 8812.8 260 543.12 47.925

42 30 29 100 75 2499.5 2690.3 188 392.71 10.160.100 43 30 29 100 75 2402.19 2493.33 192 401.07 4.853.205 44 30 29 100 75 2400.93 2411.92 190 396.89 585.217.545 30 29 100 75 2493.33 2496.2 210 438.45 152.827.546 30 29 100 75 2496.2 2498.4 230 480.45 117.150 47 30 29 100 75 2498.4 2498.9 270 564.01 26.625


Lampiran 2. Data Hasil Pengujian Fatik baja Thyrodur 1730 dengan Pembebanan Rotating Bending pada Lingkungan Kelembaban Tinggi

Temperatur (oC) Kelembaban (% RH) Waktu (jam) No. Spec Chamb. Ruang Chamb. Ruang Mulai Selesai

Beban (N)

Beban Nominal (MPa)

Siklus (N)

1 30 29 70 85 4068.1 4257.9 210 438.67 10.106.850 2 30 29 70 85 4257.9 4267.5 220 459.56 511.200 3 30 30 70 85 4268.7 4272.1 230 480.45 181.050 4 30 29 70 85 2331.2 2332.6 240 501.34 74.550 5 30 29 70 85 4272.1 4273.8 250 522.23 90.525 6 30 31 70 85 4273.8 4275.2 260 543.12 74.550 7 30 31 70 85 4275.2 4276.1 270 564.01 47.925 8 30 29 75 85 3869.4 4060.6 195 407.34 10.181.400 9 30 29 75 85 2394.3 2398.5 200.5 418.83 223.650

10 30 29 75 85 4064.3 4068.1 210 438.67 202.350 11 30 29 75 85 4060.6 4062.4 220 459.56 95.850 12 30 30 75 85 4063.4 4064.3 240 501.34 47.925 13 30 30 75 85 4062.4 4063.1 250 522.23 37.275 14 30 31 75 85 4063.1 4063.4 270 564.01 15.975

15 30 29 80 85 3255.4 3458.2 175 365.56 10.799.100 16 30 30 80 85 1640.2 1729.4 180 376.00 4.749.368 17 30 30 80 85 3865.6 3869.3 185 386.45 197.025 18 30 29 80 85 1564.99 1567.1 200 417.78 112.357.519 30 29 80 85 1564.26 1564.9 220 459.56 38.872.520 30 29 80 85 1563.91 1564.3 250 522.23 18.637.521 30 30 80 85 3869.3 3869.4 275 574.45 5.325

22 30 30 85 85 3458.2 3651.7 160 334.23 10.303.875 23 30 29 85 80 1568.8 1640.2 170 355.11 3.802.050 24 30 30 85 85 3862.3 3865.4 175 365.56 165.075 25 30 29 85 80 1568.01 1569.2 190 396.89 63.367.526 30 30 85 80 1567.1 1567.8 200 417.78 37.275 27 30 30 85 80 1729.349 1729.9 210 438.67 31.470.7528 30 31 85 85 3865.4 3865.6 240 501.34 10.650

29 30 29 90 75 3651.7 3862.3 125 261.11 11.214.450 30 30 30 90 75 1743.04 1804.6 130 271.56 3.278.070 31 30 29 90 70 1735.91 1737.9 140 292.45 108.097.532 30 30 90 75 1737.94 1743.0 140 292.45 271.575


33 30 29 90 70 1731.77 1735.9 160 334.23 220.455 34 30 29 90 70 1730.52 1731.8 180 376.00 66.562.535 30 29 90 70 1729.94 1730.3 210 438.67 19.702.5

Temperatur (oC) Kelembaban (% RH) Waktu (jam) No. Spec Chamb. Ruang Chamb. Ruang Mulai Selesai

Beban (N)

Beban Nominal (MPa)

Siklus (N)

36 30 29 95 75 2411.92 2674.3 124 259.02 13.971.735 37 30 29 95 75 2400.93 2411.92 125 261.11 585.217 38 30 29 95 75 2398.03 2400.93 140 416.95 154.425 39 30 29 95 75 2676.1 2678.3 160 438.67 117.150 40 30 29 95 75 2674.9 2676.1 170 501.34 63.900 41 30 29 95 75 2674.3 2674.9 190 543.12 31.950

42 30 29 100 75 2413.42 2523.67 188 259.02 5.870.813 43 30 30 100 75 2423.67 2483.73 192 261.11 3.198.195 44 30 29 100 75 2483.73 2490.34 190 271.56 351.982 45 30 30 100 75 2490.34 2491.81 210 334.23 78.277 46 30 29 100 75 2491.81 2492.35 230 396.89 28.755 47 30 29 100 75 2492.35 2492.75 270 417.78 21.300


Lampiran 3. Endurance Limit Baja S45C, SS 400, TEW 6582, EMS 45, baja HQ 705 dan baja Thyrodur 1730 pada Lingkungan Kelembaban Tinggi.

Endurance Limit Kelembaban Relatif

(%) S45C S400 TEW 6582 EMS 45 HQ 705 Thyrodur

1730

65 380 350 - - - -

70 380 350 511.7824 386.4480 564.01 438.67

75 - - 480.4488 365.5589 522.23 407.34

80 380 325 421.9594 336.3142 501.34 365.56

85 - - 386.4480 315.4251 449.12 334.23

90 350 320 386.4480 315.4251 417.78 261.11

95 350 320 - - 395.89 259.02

100 - - - - 392.72 259.02

Kekuatan Tarik (MPa) 781 657 1001 724 1109.12 786.62


Lampiran 4. Persentase Penurunan Kekuatan Lelah baja HQ 705, baja Thyrodur 1730, TEW 6582, EMS 45, HT 800, dan SS 400 di Lingkungan Kelembaban Tinggi

Bahan Kekuatan Tarik, Sut (MPa) Persentase Penurunan Kekuatan Lelah di Lingkungan Kelembaban Tinggi (%)

HQ 705 1109,12 25,92

Thyrodur 1730 786,62 40,47

TEW 6582 1001 26

EMS 45 724 16,1

HT 800 853 64

SS 400 434 41


Lampiran 5.

Gambar Salah Satu Peralatan yang Beroperasi pada Kelembaban Tinggi dan Mengalami Patah. (a) dan (b) Creeper yang sedang beroperasi pada lingkungan Kelembaban Tinggi, (c). Poros Creeper (d) Poros Creeper yang patah (a) (b) (c) (d)


Lampiran 6.

Gambar Spesimen Uji Fatik. (a) Baja berbentuk bar diameter 16 mm yang belum dibentuk menjadi spesimen standar ASTM E466, (b) Bentuk spesimen uji yang sesuai dengan standar ASTM E466.

(a)

(b)


DAFTAR KEPUSTAKAAN Annual Books of ASTM Standards, Iron and Steel Products, Section One, Volume

01.04, USA, 2001 Annual Books of ASTM Standards, Metals Test Methods and Analytical

Procedures, Section Three, Volume 03.01, USA, 1996 Asami, K., Acceleration Effect with Moisture in Air on Fatigue Crack Propagation

of High Strength Steels, J. Soc. Mat. Sci. Japan, Vol. 43, No. 489, pp. 659-665, 1994

Asami, K., The Influence of Moisture in Air on Fatigue Crack Propagation

Characteristics of High Strength Steels, J. Soc. Mat. Sci. Japan, pp. 425-658, 1989

Austen, I. M., and Walker, E. F., Quantitative Understanding of the Effects of

Mechanical and Environmental Variables on Corrosion Fatigue Crack Growth Behaviour, Paper Presented at Institution of Mechanical Engineers Conference, The Influence of Environment on Fatigue, England, 1977

Austen, I. M., and Walker, E.F., The Influence of Environmental Aggresion on the

Corrosion Fatigue Behavior of Steels, Proceeding of International Conference on Mechanisms of Environment Sensitive Cracking of Materials, University of Surrey, Guildford, England, pp. 334 347, 1977

Barsom, J.M., Corrosion-Fatigue Crack Propagation below KISCC, Engineering

Fracture Mechanics, Vol. 3, pp. 15-25, 1971 Beach, J.E., Marchica, N.V., and Ichter, L.L., A Fatigue Comparison of High

Strength Steel, Stainless Steel, and Titanium in a Simulated Ocean Environment, Proceedings of 10th Annual Offshore Technology Conference, Houston, Texas, Vol. 3, pp. 1737-1745, 1978

Budynas, G., Richard, Advanced Strength and Applied Stress Analysis, Second

Edition, Mc.Graw-Hill, 1999 Colangelo, V.J. and Heiser, F.A., Analysis of Metallurgical Failures, Second

Edition, John Wiley & Sons, New York, 1987


Collins, J.A., Failure of Materials in Mechanical Design, Analysis Prediction Prevention, Second Edition, New York, 1987

Davis, D. A., and Czyryca, E.J., The Effects of Environment and Cathodic

Protection on the Low-Cycle Fatigue Crack Growth Characteristics of a 5Ni-Cr-Mo-V Steel, Paper presented at ASME Pressure Vessels and Piping Technology Conference, San Francisco, 1980

Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, Third Edition, McGraw-Hill Book Company,

New York, 1986 Ebara, E., Current Status and Future Problems on Corrosion Fatigue Research of

Structural Materials, pp. 1-11, 1993 Emura, H., Asami, K., Fatigue Strength Characteristics of High Strength Steel,

Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp 45-50, 1989

Endo, K., Komai, K., and Nakagaki, K., Plastic Strain Fatigue of High Tensile Steel

in Corrosive Media, Bull. JSME, pp. 791-797, 1968 Forrest, P.G., Fatigue of Metals, Pergamon Press, Addison-Wesley Publishing

Company, USA, 1962 Fuchs, H.O., Stephens, R.I., Metal Fatigue in Engineering, John Wiley & Sons,

New York, 1980 Geankoplis, C.J., Transport Processes and Unit Operations, Third Edition,

Prentice Hall of India, Private Limited, New Delhi, 1997 Haftirman, Efek Pembebanan dan Ukuran terhadap Kekuatan Lelah Baja Karbon

S45C di Lingkungan Kelembaban Tinggi, Jurnal Teknik, 2003 Haftirman, Fatigue Strength of Steel in High Humidity Environment, Transaction of

the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp 1174-1184, 1995 Haftirman, Kekuatan Lelah Paduan Aluminium di Lingkungan Berkelembaban

Tinggi, Proceedings ETM, Bandung, 2000 Hatanaka, K., Fujimitsu, T., Watanabe H., Growth Behaviors of Small Surface

Cracks in Low Carbon Steel Fatigued under Rotating Bending, Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp. 732-742, 1989

Hertzberg, R.W., Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, Fourth Edition, John Wiley & Sons Inc, New York, 1996


Hoeppner, D.W., Model for Prediction of Fatigue Lives Based Upon a Pitting

Corrosion Fatigue Process, ASTM-STP 675, 841-870, 1979 Inoue K., and Sadayuki N., Influence of Alloying Elements on Mechanical

Properties and Fatigue Strength in Notched Specimens of Bainitic Microalloyed Steels, Denki-Seiko, Vol. 69, pp.27, Daido Steel Co., Ltd, Japan, 1998.

Iwamoto, K., On the S-N Curve of Carbon Steel under Rotary Bending Conditions in

City Water, Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineers, Japan, pp. 500-503, 1989

Jaske, C.E., Payer J.H., Balint V.S., Corrosion Fatigue of Metals in Marine

Environments, MCIC, New York, 1981 Jones, D.A., Principles and Prevention of Corrosion, Second Edition, Prentice

Hall, Inc., 1996 Ko Haeng-Nam, Fatigue Behavior of High Carbon Chromium Steel in Controlled

Humidity. Original Paper, Vol. 51, No. 8 pp. 912, www.jsms.jp/kaishi/51/paper51-8-10.htm-3k

Lee, H. H., and Uhlig, H. H., Corrosion Fatigue of Type 4140 High Strength Steel,

Metallurgical Transactions, Volume 3, pp. 1249-1257, 1972 Majumdar, D., and Chung, Y., Surface Deformation and Crack Initiation during

Fatigue of Vacuum Melted Iron: Environmental Effects, Metallurgical Transactions A, Volume 14A, pp. 1421-1425, 1983

Mehdizadeh, P., McGlasson, R.L., and Landers, J.E., Corrosion Fatigue

Performance of a Carbon Steel in Brine Containing Air, H2S, and CO2, Corrosion, pp. 325-335, 1966

Nakajima, M., Step Wise S-N Curve Assisted by Humidity in High Strength Steel.

Original Paper, Vol. 50 No. 9 pp. 954, www.jsms.jp/kaishi/50/paper50-9-4.htm-3k

Ogawa, H., Hatanaka K., and Yamamoto, T., An Analysis on the Growth of a

Surface Fatigue Crack under Rotary Bending in terms of Fracture Mechanics, Transaction of the Japan Society of Mechanical E

09e00170

Documents