BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN3.1 Metode PenelitianPada bab ini akan diuraikan secara sistematis mengenai tahapan penelitian yang dilakukan dalam perancangan eksperimen. Langkahlangkah yang dilakukan dalam penelitian ini akan dijelaskan pada gambar 3.1. di bawah ini.

Gambar 3.1. Metode penelitianMetodologi penelitian di atas diuraikan dalam beberapa tahap dan tiap tahapnya akan dijelaskan melalui langkah-langkah yang dilakukan. Uraian lebih lengkap tiap tahapnya akan dijelaskan dalam subbab berikut ini.3.2 Identifikasi MasalahPenelitian dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa di daerah Tigaraksa-Tangerang, sedangkan pengujian kekuatan lekat (Bonding Testing) dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisika LIPI Kawasan Puspitek Serpong tangerang. Sedangkan pengujian kekerasan dilakukan di PT.Krakatau Steel Divisi Quality control Seksi Lab.Metalurgi BLD. Penelitian ini merupakan studi kasus untuk menentukan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada kekuatan lekat lapisan dan kekerasan hasil pelapisan thermal arc spray pada baja AISI 4140 sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum. Tahap identifikasi masalah meliputi langkah-langkah sebagai berikut:

1. Latar belakang dan perumusan masalah, latar belakang dalam penelitian ini adalah adanya kebutuhan setting variasi yang optimal dari faktor-faktor yang berpengaruh pada proses Thermal arc spray double wire. Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray antara lain Tekanan, Jarak, Kekasaran permukaan baja sebelum dilapisi dan Arus. Oleh karena itu diperlukan adanya penelitian tentang setting variasi faktor-faktor tersebut sehingga dapat diketahui besaran optimum kekuatan lekat dan kekerasan hasil pelapisan thermal arc spray double wire khususnya pada baja AISI 4140. Perumusan masalah yaitu bagaimana menentukan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum.

2. Tujuan dan manfaat penelitian, tujuan penelitian ini yaitu mengetahui pengaruh variasi setting level faktor-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray stainless steel 730 terhadap nilai kekuatan lekat dan kekerasan. Manfaat penelitian ini yaitu dapat menentukan setting optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray untuk meningkatkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan lapisan stainless steel 316 pada baja AISI 4140.

3. Studi pustaka, studi pustaka mempunyai fungsi yang sangat penting karena dalam kegiatan tersebut dapat digunakan sebagai panduan untuk mendapatkan informasi terhadap studi lapangan yang dilakukan. Studi pustaka dalam penelitian ini dilakukan untuk mendalami materi dalam penyelesaian masalah yang dirumuskan.

Materi yang dipelajari yaitu metode Taguchi yang selanjutnya akan digunakan untuk langkah-langkah dalam eksperimen. Metode Taguchi adalah salah satu metode yang digunakan dalam kegiatan off line quality control (aktivitas pengendalian kualitas dalam perancangan produk) pada tahap desain proses produksi. Tujuan sebuah perancangan dalam pembuatan produk adalah meminimalkan penyimpangan karakteristik kualitas dari nilai targetnya. Hal ini dapat dilakukan dengan melalui identifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas dengan cara mengubah level-level dari faktor-faktor yang sesuai sehingga penyimpangannya dapat dibuat sekecil mungkin dan karakteristik kualitas dapat mencapai target (Belavendram,1995).

4. Studi lapangan, studi lapangan dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa yang bertujuan untuk mendalami materi pada area penelitian, sehingga penelitian dapat dilakukan sesuai dengan kondisi yang ada di lapangan. Studi lapangan yang dilakukan antara lain untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang dapat diterapkan dalam penelitian sesuai dengan kondisi di lapangan untuk dapat menghasilkan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray double wire SS 316 sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum, sehingga hasil penelitian dapat diterapkan pada kondisi nyata.

3.3 Perencanaan EksperimenTahap perencanaan eksperimen dimulai dengan mengidentifikasi karakteristik kualitas yang terdiri dari penentuan karakteristik kualitas dan penentuan sistem pengukuran untuk masing-masing karakteristik kualitas untuk menghitung hasil eksperimen. Tahap ini dilakukan untuk menentukan faktor-faktor berpengaruh dan levelnya yang akan dilibatkan dalam eksperimen, kemudian dijelaskan dalam susunan orthogonal array. Langkah-langkah yang dilakukan dalam tahap ini sebagai berikut:

1. Identifikasi karakteristik kualitas, langkah ini meliputi penentuan karakteristik kualitas yang akan diukur dan sistem pengukurannya. menurut Bondan T.Sofyan (literature Variasi Kekasaran Permukaan FT UI),Studi menunjukkan udara grit blasting akan meningkatkan kekasaran permukaan dari 4,54 pm sebelum gri blasitng menjadi 5,72 pm dengan tekanan udara grit blasting 6 bar. Kekerasan mikro rata-rata lapisan adalah 631 VHN300. Kekuatan tertinggi sebesar 44 Mpa dimiliki lapisan yang diaplikasikan pada permukaan dengan kekasaran 5,42 pm hasil grit blasting tekanan udara 4 bar. Analisis struktur mikro menggunakan mikroskop optik san scaning elektron microscope (SEM) menunjukkan bahwa lapisan tersusun atas lamel yang relatif padat dengan komposisi bervariasi pada daerah berbeda. Penguncian mekanis (mechanical interlocking) antara lapisan dan substrat merupakan mekanisme utama yang berkontribusi pada kekuatan lekat lapisan.

Dalam proses tersebut diperlukan setting variasi dan level yang optimal sehingga dapat diketahui besaran optimum kekuatan lekat dan kekerasan hasil thermal arc spray dan pengujian yang tepat untuk mengetahui nilai kekerasan ini adalah uji macrohardness Vicker karena lapisan stainless steel yang terbentuk tidak terlalu tipis dan tidak dimungkinkan menggunakan alat uji kekerasan berukuran mikro, dan pengujian yang tepat untuk mengetahui nilai Adhesion adalah uji Bonding tester sesuai ASTM C 633-79. Semakin tinggi nilai kekerasan dan kekuatan lekat Stainless steel hasil pelaisan maka semakin baik kualitasnya, sehingga karakteritik kualitas yang digunakan yaitu larger the better.

2. Penentuan faktor berpengaruh, faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik kualitas diklasifikasikan menjadi faktor kendali (terkendali) dan faktor noise (tidak terkendali). 3. Identifikasi faktor terkendali, faktor kendali merupakan faktor utama yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap respon. Faktor-faktor kendali diidentifikasi melalui studi pustaka dan penelitian-penelitian sebelumnya. Langkah selanjutnya setelah penetapan faktor berpengaruh yaitu penetapan level-level faktor yang diidentifikasi menjadi faktor terkendali.

Adapun faktor-faktor kendali dalam proses Thermal arc spray double wire adalah :

a. Tekanan dalam (bar)Tekanan yang dimaksud adalah tekanan pada saat proses spray.b. Jarak dalam milimeter (mm)

Adalah jarak yang dijaga konstan sesuai level pada saat proses spray.

c. Arus dalam ampere (A)Adalah arus yang dijaga konstan sesuai level pada saat proses spray.

d. Kekasaran permukaan hasil grinding substrat dalam mesh (Ra)Adalah kekasaran permukaan substrat sebelum proses spray dilakukan Sesuai setting faktor.4. Identifikasi faktor noise, faktor noise merupakan faktor yang baik secara teknis maupun ekonomi sulit dikontrol. Level dari faktor-faktor noise ini dapat berubah-ubah dari suatu unit ke unit lainnya, dari suatu lingkungan ke lingkungan bahkan dari waktu ke waktu.

Adapun faktor-faktor noise yang akan diteliti adalah nilai kekuatan lekat dan kekerasan pelapisan dari stainless steel hasil thermal arc spray, dimana nilai yang dicari dari faktor noise ini adalah larger the better atau semakin besar nilainya semakin baik. Larger the better memiliki karakteristik kualitas yang kontinu dan non negatif yang mempunyai nilai 0 sampai ~ dimana nilai target yang diharapkan adalah selain 0 atau dengan kata lain mempunyai nilai sebesar mungkin.

5. Penentuan setting level faktor, setelah faktor-faktor terkendali diidentifikasi, kemudian menetapkan level-level dari masing-masing faktor terkendali. Penetapan level ini didasarkan studi putaka, literatur penelitian sebelumnya serta berdasarkan kondisi di perusahaan.

1. Adapun setting level faktor yang dilakukan pada eksperimen awal adalah sebagai berikut: Tabel 3.1. Setting level faktorFaktorLevel

12

A. Tekanan (bar)68

B. Jarak (mm)200300

C. Arus (A)100150

D. Kekasaran permukaan hasil grinding (Ra)Grinding 80 meshGrinding 1000 mesh

6. Penentuan orthogonal array, Pada penelitian ini ada 4 faktor kendali yang masing-masing mempunyai 2 level. Untuk menentukan penggunaan matriks orthogonal yang nantinya akan dipakai dalam percobaan maka perlu dihitung derajat bebas tiap faktor, sesuai dengan persamaan (2.16) yaitu:Vf = 4 x (3-1) = 8

Karena VOA > VF maka derajat bebas matriks orthogonal yang sesuai harus lebih besar atau sama dengan 8. Maka matriks orthogonal yang sesuai dalam penelitian ini adalah L8 (24). Tabel 3.2. Matriks orthogonal L8 (24) dari faktor kendali

Dimana 1,2. (faktor kendali) merupakan level-level dari faktor kendali.Setelah matriks orthogonal yang sesuai dipilih, lalu dilanjutkan dengan perencanaan eksperimen dengan membuat matriks kombinasi faktor kendali dengan faktor noise yang telah berisi level-level tiap faktor.Tabel 3.3. Matriks kombinasi faktor kendali dan faktor noiseEksperimen No.Faktor KendaliFaktor Noise

(Nilai Kekuatan Lekat dan kekerasan )

ABCD12

11111

21122

31212

41221

52111

62122

72212

82221

3.4 Tahap Pelaksanaan EksperimenEksperimen dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa Plating di daerah Tigaraksa-Tangerang pada tanggal 29-30 agustus 2013. Eksperimen dilaksanakan berdasarkan orthogonal array yang telah dibuat dan disesuaikan dengan kondisi operasional perusahaan. Alat dan bahan yang akan digunakan dalam pelaksanaan eksperimen adalah:

3.4.1 Alat-alat dan Bahan Eksperimen

a. Benda kerja, Benda kerja dari baja AISI 4140 yang akan dilapisi dengan kawat Stainless steel 730 dengan proses Thermal arc spray double wire. Pada tiap eksperimen menggunakan baja dengan panjang 20 mm dan berdiameter 30 mm sehingga total material uji yang digunakan untuk eksperimen berdasarkan matriks orthogonal pada metode taguchi adalah 8 sampel atau 8 kali eksperimen. Semua sample tersebut mempunyai kondisi awal dan dimensi yang sama untuk menghindari penyimpangan pada hasil eksperimen. Fungsi:

Sebagai elektroda positif.

Tempat terjadi reaksi oksidasi.

Sumber logam yang akan dilapiskan.

Gambar 3.2. Sample baja 4140 sebelum di Coating thermal arc sprayb. AmplasDigunakan untuk menghaluskan permukaan atau pemberian profil kekasaran permukaan sebelum proses thermal arc spray sesuai grit yang yang sudah ditentukan yaitu grit 80 dan grit 1000. Dan dilanjut proses Grinding.

(a)

(b)Gambar 3.3.(a) Amplas dan (b) Mesin Grinding.Sumber : Laboratorium Metalurgi BLD PT.Krakatau Steel. 2013a. Thiner sak/asetonUntuk membersihkan permukaan dari sisa air atau pelumas hasil proses grinding, Permukaan benda kerja yang telah dibersihkan tidak boleh disentuh dengan tangan kosong atau perkakas apa pun karena dapat mengotori permukaanb. MaskingProses ini bertujuan untuk melindungi bagian yang tidak dilakukan pelapisan. Biasanya menggunakan seal-tape atau bahan lainnya yang dapat melindungi bagian yang tidak dilakukan pelapisan.c. Kawat PMET 730 ( Stainless steel )Kawat PMET 885 (95Ni5Al), merupakan material yang digunakan sebagai pengikat antara pelapis dan substrat. Diameter kawat tersebut yaitu 1,6 mm.Kawat PMET 730 (stainless steel 316), merupakan material yang digunakan sebagai pelapis pada material substrat. Diameter kawat tersebut yaitu 1,6 mm.

Gambar 3.4 Kawat PMET 730 (SS 316)

Sumber : Work shop PT.Mulya Bangun Sentosa Platingl. 2013d. Proses Pelapisan Electric Arc Spray

Proses pelapisan menggunakan metode electric arc spray ini dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa, Tigaraksa - Tangerang. Sebelum dilakukan proses pelapisan, terlebih setting level faktor sesuai orthogonal array L8(2)4. Gambar 3.5 Mesin electric arc spray model AT-400 produksi Thermach Inc Sumber : Work shop PT.Mulya Bangun Sentosa Platingl. 20133.4.2 Pengujian Kekerasan VickersSetelah eksperimen terlaksana maka dilanjutkan dengan pengujian kekerasan untuk mengetahui nilai kekerasan stainless steel hasil thermal arc spray, pengujian kekerasan menggunakan alat macrohardness tester merk Wolpert Dia-2-RC. Proses pengujian ini dilakukan di Laboratorium Cold Rolling Mill PT. Krakatau Steel - Divisi Quality control Seksi Lab. Metalurgi BLD. Uji Vickers dilakukan dengan penekanan sebuah indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136 oleh gaya tekan secara statis ke permukaan logam yang akan diuji dimana permukaan tersebut harus rata dan bersih. Dalam pengujian ini beban yang digunakan sebesar 10 kg.Langkah-langkah dalam melakukan pengujian kekerasan yaitu:

1. Menyiapkan spesimen untuk uji kekerasan.2. Permukaan spesimen dilakukan pengampelasan dengan mengunakan kertas amplas nomor 80, 120, 220, 320, 500 dan 1000.3. Setelah permukaan spesimen halus, dilakukan pemolesan hingga terlihat seperti cermin.4. Memeriksa alat uji yang akan digunakan dengan standar ASTM E92-82.

5. Pemeriksaan pembebanan dan indentor intan yang digunakan.6. Dilakukan penekanan pada permukaan spesimen.7. Melepaskan beban tekan dan mengeluarkan indentor intan dari jejakan.

8. Memasang alat optis untuk melihat jejak dan mengukur diagonal jejak secara teliti menggunakan mikrometer pada mikroskop. Pengukuran panjang diagonal dilakukan pada kedua diagonal yang terbentuk dan diambil nilai rata-ratanya. Untuk mendapatkan nilai kekerasan vickers, lihat pada tabel sesuai dengan nilai panjang diagonal rata-rata dan beban yang digunakan.9. Pengujian dilakukan sebanyak lima kali pada setiap spesimen uji kemudian diambil nilai rata-ratanya.Gambar 3.6. Alat uji kekerasan vickersSumber : Laboratorium Metalurgi BLD PT.Krakatau Steel. 20133.4.3 Pengujian kekuatan lekat

Pengujian kekuatan lekat dilakukan menggunakan alat UTM (Universal Testing Machine) Kristal Elmec 100k di Laboratorium Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan indonesia (LIPI) serpong. Sampel yang akan diuji tersusun atas dua bagian yaitu top part dan bottom part, dimana top part merupakan material utama yaitu AISI 4140 dan bottom part merupakan material SS 316. Prosedur pengujian ini sebagai berikut :a) Menyiapkan preparasi sampel untuk bagian top part dengan material utama yaitu AISI 4140 kemudian lubang ulir yang akan digunakan untuk handle poros yang berulir. Berukuran M10x1.5 sedalam 15 mm pada top part maupun bottom part.b) Sebelum melakukan pengeleman, Pada permukaan top part dan bottom part dibersihkan dengan thiner sak/aseton.c) Melakukan pengeleman pada permukaan yang akan di sambungkan antara top part dan bottom part dengan menggunakan bahan Epoxy Araldite AV 138M-1 yang dicampurkan dengan Hardener HV 998 dengan perbandingan 10:4. Setelah tercampur merata kemudian bahan adhesive tersebut dioleskan pada salah satu bagian top part maupun bottom part. Gambar 3.7. Proses Pengelemand) Setelah terhubung menjadi satu antara kedua material, melanjutkan dengan penjepitan spesimen agar lebih presisi dan bahan adhesive menempel merata pada kedua permukaan spesimen,(proses pengeringan adhesive setelah pengeleman selama 16 jam pada suhu 40c). Gambar 3.8. Penjepitan sampel untuk memastikan pelekatan epoxy Secara merata.

e) Sampel di pasang dengan poros ulir berukuran M10x1.5. Kemudian disambungkan pada top part dan bottom part yang sebelumnya sudah sudah terpasang di grip pencekam sampel.

Gambar 3.9. Sebelum diuji Kekuatan Lekat.f) Memasukkan data sampel yang akan diuji kedalam software alat uji dengan Head Cross Speed yang digunakan berkecepatan 30 mm/ming) Mencatat nilai maximum load pada saat kedua bagian sampel terpisah.

Gambar 3.10. Setelah diuji Kekuatan Lekat.

Sumber : Laboratorium Fisika LIPI. 2013

3.5 Pelaksanaan Eksperimen Setting Faktor Dan Level Faktor

Pelaksanaan eksperimen dimaksudkan untuk mengetahui apakah proses telah sesuai dengan spesifikasi atau tidak. Proses eksperimen pelapisan seperti pada tahapan proses thermal arc spray yang telah dijelaskan pada subbab 2.2.7. Eksperimen ini dilakukan sesuai dengan matriks orthogonal dan level faktor yang telah ditentukan terlebih dahulu. Pelaksanaan eksperimen I ini dengan menggunakan setting level faktor terkecil dan terbesar dalam proses thermal arc spray . Fungsi dari eksperimen I ini adalah untuk melihat secara visual permukaan aluminium hasil thermal arc spray sesuai dengan standar perusahaan atau tidak. Adapun setting level faktor yang dilakukan pada eksperimen awal sebagai berikut:

Tabel 3.4. Setting level faktorFaktorLevel

12

A. Tekanan (bar)68

B. Jarak (mm)200300

C. Arus (A)100150

D. Kekasaran permukaan (Ra)Grinding 80 meshGrinding 1000 mesh

Tabel 3.5. Matriks eksperimen untuk faktor kendali

Eksperimen No.FaktorFaktor Kendali

ABCDTekanan(Bar)Jarak(mm)Arus(mm)Mesh(Ra)

11111620010080

2112262001501000

3121263001001000

41221630015080

52111820010080

6212282001501000

7221283001001000

82221830015080

3.6 Tahap Pengolahan Data

Tahap selanjutnya adalah pengolahan data untuk mendapatkan hasil sesuai dengan tujuannya. Langkah-langkah pengolahan data dijelaskan dalam uraian berikut:

1.Perhitungan rata rata dan SNR eksperimen taguchi, Perhitungan rata rata dilakukan untuk mengetahui rata rata hasil pengujian kekuatan lekat dan kekerasan dari dua replikasi yang dilakukan, Sedangkan perhitungan SNR untuk mendapatkan gambaran seberapa besar variansi yang ada.

2. Perhitungan analysis of variance (anova), analisa variansi dapat digunakan sebagai kriteria pemilihan faktor-faktor yang diperkirakan paling berpengaruh terhadap rataan dan variansi karakteristik kualitas. 3.Penentuan Setting level Optimal, Optimasi dilakukan dengan memaksimalkan nilai rata-rata dan meminimalkan nilai variansi. Hasil optimasi adalah setting level optimal dari masing-masing faktor.

3.7 Analisis dan Interpretasi Hasil

Pada bagian ini dijelaskan hasil perhitungan metode Taguchi mulai dari identifikasi masalah dalam perusahaan sebelum diterapkannya metode Taguchi, penentuan setting level optimal sampai pada saat setting optimal diterapkan dalam eksperimen konfirmasi sehingga dapat terlihat jelas sejauh mana keefektifan dari pembahasan masalah tersebut dan manfaat diterapkannya metode Taguchi.3.8 Kesimpulan dan Saran

Berisi tentang hal-hal yang dapat disimpulkan dari pengolahan yang telah dilakukan seperti mengenai faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses pelapisan thermal arc spray dan setting optimal yang dihasilkan. Sedangkan saran menjelaskan mengenai perbaikan dan pengembangan penelitian lebih lanjut, serta hal-hal yang harus dipertimbangkan agar hasil penelitian dapat menjadi tolak ukur kekuatan lekat dan nilai kekerasan yang dihasilkan agar kualitas produk yang dihasilkan dapat lebih ditingkatkan.Latar belakang dan perumusan masalah

Pelaksanaan eksperimen anodizing

Penentuan ulang orthogonal array

Identifikasi masalah

Tujuan dan manfaat penelitian

Studi lapangan tentang thermal spray dan pengujian kekuatan lekat dan kekerasan

Studi pustaka tentang thermal arc spray dan metode taguchi

Identifikasi faktor yang berpengaruh terhadap kekuatan lekat dan kekerasan proses thermal srpay

Penentuan level faktor awal

Tahap perencanaan eksperimen

Penentuan setting level faktor

Penentuan orthogonal array

A

A

Persiapan sample dengan perbedaan kekasaran permukaan sesuai setting level faktor sebelum proses pelapisan thermal arc spray

Persiapan eksperimen pelapisan thermal arc spray menggunakan setting level faktor teringgi dan terendah

Tahap pelaksanaan eksperimen

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal arc spray sesuai setting level faktor

Pengujian kekuatan lekat

Pengujian kekerasan

Identifikasi hasil pengujian

Perhitungan Mean & Signal to Noise Ratio

(Anova)

Tahap pengolahan data

Perhitungan Analisis of variance (ANOVA)

Analisis interprestasi hasil

Kesimpulan dan saran

57

_1379683457.unknown