tugas akhir pengaruh proses laku panas … · latar belakang (lanjutan) baja pegas jis sup 9a dapat...
Post on 09-Mar-2019
263 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Oleh :Viego Kisnejaya Suizta
2104 100 043
Dosen Pembimbing :Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA
JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA
2010
TUGAS AKHIRPENGARUH PROSES LAKU PANAS QUENCHING AND
PARTITIONING TERHADAP UMUR LELAH BAJA PEGAS DAUN JIS SUP 9A DENGAN METODE
REVERSED BENDING
Latar Belakang
Fungsi Pegas : Membuat stabil kendaraan bermotor saat menerima beban statik dan dinamik untuk memberi kenyamanan pada pengendara.
Sifat Mekanik Yang DibutuhkanPegas Daun :
1. Kekuatan tarik 5. Kekakuan2. Ketangguhan 6. Impact strength3. Keuletan 7. kekerasan4. ketahanan korosi 8. Fatique strength
Latar Belakang (Lanjutan) Baja pegas JIS SUP 9A dapat dipakai sebagai material pegas
daun bila mendapatkan proses laku panas quenching dantempering (standar JIS dan SNI).
Proses laku panas quenching dan partitioning yang barubeberapa tahun ini dikembangkan dapat menjadi alternatifuntuk mendapatkan sifat mekanik lebih baik. (banyak dipakaiuntuk trip steel dan ADI).
Patah lelah merupakan salah satu penyebab utama kegagalanmaterial atau konstruksi.
Pegas daun rentan terhadap kerusakan akibat lelah karenamendapatkan beban dinamis (berulang-ulang).
Perumusan MasalahMencari pengaruh umur lelah baja pegas daun pada uji lelah
reversed bending, akibat proses laku panas quenching andpartitioning lalu membandingkan umur lelahnya dengan bajapegas daun awal (non treat) juga pada material hasil proses lakupanas quenching and tempering hasil penelitian ornag lain.
Batasan MasalahMaterial yang digunakan untuk penelitian ini sesuai standar dan sertifikat
material JIS SUP 9A dan memiliki struktur mikro yang homogen.
Pemanasan pada saat proses quenching dan partitioning sempurna dan meratadiseluruh material uji.
Waktu pemindahan spesimen uji dari dapur pemanas ke media pendingin dandari media pendingin ke media pendingin berikutnya adalah sama untuksemua spesimen uji.
Kondisi peralatan yang digunakan saat pengambilan data diasumsikanterkalibrasi.
Pengujian dilakukan pada frekuensi kerja dan mesin yang sama yaitu mesinuji lelah reversed bending model LFE 150 yang ada di laboratorium Metalurgi ITS.
Batasan Masalah (Lanjutan) Tidak terdapat cacat maupun retak visual.
Hasil pengujian mekanik, seperti data hasil uji tarik dan struktur mikro yangpernah dilakukan pada penelitian sebelumnya memiliki data yang valid.
Tujuan Penelitian1. Mengetahui pengaruh proses laku panas quenching and partitioning
terhadap umur lelah pegas daun.
2. Membandingkan umur lelah pegas daun proses laku panasquenching and partitioning dengan material awal (non treat).
3. Membandingkan umur lelah pegas daun proses laku panasquenching and partitioning dengan proses laku panasquenching and tempering hasil penelitian orang lain sebelumnya.
Dasar TeoriBaja pegas : baja karbon dan baja paduan yang biasa digunakan
oleh pabrik pembuat pegas dan pembuat komponen-komponen kendaraan yang digunakan untukmenerima beban statik dan dinamik.
JIS SUP 9A Pegas Daun
Dasar Teori (Lanjutan)Material Baja Pegas : Baja kadar karbon tinggi dalam bentuk koil/wire
Contoh : JIS SUP 10 dan JIS SUP 12
Baja kadar karbon tinggi dalam bentuk plat/stripContoh : JIS G 4801 (SUP 3, SUP 6, SUP 7, SUP 9A, SUP 9, SUP 11A, SUP 13)
Baja pegas paduanContoh : Chromium Vanadium, ASTM A231
Baja pegas stainless steelsContoh : Stainless Type 304, ASTM A313 (18% chromium, 8% nickel)
Baja pegas paduan dasar tembagaContoh : Spring Brass, ASTM B 134 (70% copper, 30% zinc)
Baja pegas paduan dasar nikelContoh : Monel* (67% nickel, 30% copper)
Baja pegas paduan dasar nikel dengan modulus elastisitas konstanContoh : Elinvar* (nickel, iron, chromium)
Dasar Teori (Lanjutan)Proses Laku Panas
Proses laku panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginandengan temperatur, waktu tahan dan laju pendinginantertentu untuk mendapatkan fase dan struktur mikro akhirtertentu dan sifat mekanik yang relatif lebih baik.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses laku panas:• Kadar karbon/unsur paduan• Temperatur austenisasi• Waktu penahanan (holding time)• Laju pendinginan• Kondisi permukaan• Ukuran benda kerja
Dasar Teori (Lanjutan)Pengerasan (hardening)
Pengerasan (hardening) adalah suatu proses laku panas untukmendapatkan kekerasan maksimum serta kekuatanyang lebih tinggi dari baja/paduan.
Pengerasan terdiri dari tiga tahap :1. Pemanasan sampai daerah austenisasi2. Holding time pada temperatur austenisasi3. Laju pendinginan yang relatif cepat
Dasar Teori (Lanjutan)Quenching
Quenching adalah suatu proses laku panas dan dingin dengan lajupendinginan yang cepat yang dilakukan pada suatu mediasemisal air, oli atau salt bath untuk memperoleh sifatmekanik yang lebih keras.
Media pendingin yang umum digunakan adalah1. Air 4. Air garam/brine2. Oli 5. Air dan minyak/emulei3. Salt bath
Dasar Teori (Lanjutan)Partitioning
Partitioning adalah:1. Suatu proses perlakuan panas yang dilakukan setelah proses quenching
dengan menahan pada temperatur diantara temperatur MS dan MF danmenaikan pada temperatur tertentu untuk memperoleh struktur akhirmartensit dan austenit sisa yang kaya karbon dan menstabilkan padatemperatur ruang dengan laju pendinginan cepat.[Speer, J.G., et. al., 2005]
2. Proses perlakuan panas yang dilakukan setelah proses quenching denganmenahan pada temperatur diantara MS dan MF dan menaikkan padatemperatur tertentu untuk mendapatkan struktur akhir martensit dan austenitsisa yang kaya karbon dengan menghambat pertumbuhan presipitasi karbidadengan laju pendinginan cepat.[Edmondsa, D.V., et. Al., 2005]
Dasar Teori (Lanjutan) Tujuan Partitioning adalah Membatasi kelarutan karbon dalam martensit dan memperkaya
karbon pada austenit sisa Memperoleh austenit sisa yang kaya akan karbon dan stabil
pada temperatur kamar Mencegah timbulnya presipitasi karbida
Perbedaan antara proses partitioning, austempering dan temperingberdasarkan struktur akhir yang dihasilkan adalah
Dasar Teori (Lanjutan)Menurut prosesnya Quenching dan Partitioning ada 2, yaitu:
1. One step treatment2. Two step treatment
One step treatment Two step Treatment
Dasar Teori (Lanjutan)Kelelahan (Fatique)
Mekanisme awal retakan :
•Goresan pada permukaan• Retakan pada permukaan/
dekat permukaan• Inklusi
Pemusatan teganganakibat adanya cacat Deformasi plastis setempat
Garis-garis slip padaPermukaan spesimen
Cacat permukaanRETAK AWAL
Dasar Teori (Lanjutan) Umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapai
material sampai material tersebut mengalami patah denganpembebanan tertentu.
Batas lelah (endurance limit/fatigue limit)didefinisikan sebagai besarnya beban maksimal yang menghasilkan
umur lelah tak terhingga.
Penelitian yang pernah dilakukan pada baja pegas daun JIS SUP 9A
Andika, Beny pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Pengaruh Temperatur DanWaktu Penahanan Saat Partitioning Pada Proses Quenching Dan Partitioning Terhadap SifatMekanik Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasil data yang didapatkan, diantaranya adalah
Material Awal (non treat)
SpesimenSifat Mekanik
0,2 % yield strength UTS Elongation
(N/mm2) (N/mm2) (%)
1 1171 1240 8,97
2 1200 1251 9,50
Rata-rata ± SD 1185 ± 14 1246 ± 6 9.235 ± 0,265
Penelitian yang pernah dilakukan pada baja pegas daun JIS SUP 9A (Lanjutan)
Andika, Beny pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Pengaruh Temperatur DanWaktu Penahanan Saat Partitioning Pada Proses Quenching Dan Partitioning Terhadap SifatMekanik Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasil data yang didapatkan, diantaranya adalah
Material Quencing 190°C and Partitioning 250°C dengan Holding Time 10 detik
Spesimen
Hasil Uji Tarik Rata-rata ± SD
Tensile
Strength
(N/mm2)
Elongation (%)
Tensile Strength ±
SD
(N/mm2)
Elongation ±
SD
(%)
1 1824 4,6491843 ± 19 5,705 ± 1,057
2 1861 6,762
Penelitian yang pernah dilakukan pada baja pegas daun JIS SUP 9A (Lanjutan)
Eko Juniardi, Romi pada tahun 2010 dengan judul penelitian tugas akhirnya Studi EksperimenPerbandingan Umur Lelah Material Baru Dan Rekondisi Pada Baja Pegas JIS SUP 9A. Dengan hasildata yang didapatkan, diantaranya adalah
Spesimen
Hasil Uji Tarik Rata-rata ± SD
Tensile
Strength
(psi)
Elongation (%)
Tensile
Strength ± SD
(psi)
Elongation
± SD (%)
1 156087,1 7,862 153406 ±
2681,1028,431 ± 0,569
2 150724,9 9
Metodologi Diagram alir penelitian :
M u la i
P e rs ia p a n m a te r ia l a w a l
B a ja J IS S U P 9 A
S tu d y l i te ra tu r
P e m o to n g a n d a n p e m b e n tu k a n S p e s im e n u ji
l e la h re v e rs e d b e n d in g
P ro s e s Q u e n c h in g a n d P a r t i t io n in gM a te r ia l u j i le la h re v e rs e d b e n d in g
P r o s e s Q u e n c h in g T e m p e ra tu r 8 6 0 ° C d a n H o ld in g T im e 3 0
m e n it la lu d i la k u k a n p e n d in g in a n s a m p a i
te m p e ra tu r 1 9 0 ° C d e n g a n S a lt B a th s e la m a 3 d e t ik
P ro s e s P a r t i t io n in g T e m p e ra tu r 2 5 0 °C d a n H o ld in g T im e 1 0 d e t ik
A
M a te r i a l A w a lu ji le la h re v e r s e d b e n d in g
Metodologi (Lanjutan)
U j i L e l a h M a t e r i a l A w a lT i n g k a t B e b a n :
0 , 5 S u ; 0 , 8 S u
S e l e s a i
U j i L e l a h M a t e r i a l Q u e n c h i n g a n d P a r t i t i o n i n g
T i n g k a t B e b a n :0 , 5 S u ; 0 , 6 5 S u ; 0 , 8 S u
A
K u r v a S - N :- H a s i l E k s p e r i m e n
- P e r h i t u n g a n T e o r i t i s
A n a l i s a D a t aD a n
P e m b a h a s a n
K e s i m p u l a n
U m u r L e l a h
Komposisi Kimia SUP 9A Komposisi kimia material SUP 9A pada JIS G 4801-1984
(Spring Steel) dan sertifikat material :
Uji Kelelahan Dilakukan pada spesimen yang telah diberi perlakuan panas
quenching and partitioning dan material awal (non treat).
Pengujian kelelahan yang dilakukan adalah fatique reversedbending test dengan menggunakan mesin LFE-150 diLaboratorium Metalurgi Teknik Mesin ITS.
Pengujian dilakukan dengan tingkat beban pada :
Material awal (non treat) : 0,5σu ; 0,8σu
Material quenching and partitioning : 0,5σu ; 0,65σu ; 0,8σu
Spesimen Uji Lelah Spesimen uji lelah dibentuk sesuai dengan manual handbook
operational for LFE-150 fatique machine test.
Gambar Spesimen Uji Lelah Reversed Bending LFE-150
Rancangan Tabel Uji Lelah Contoh tabel uji lelah penelitian:
Catatan :σu = tegangan ultimate material Baja Pegas Daun JIS SUP 9A
No Kode Spesimen Tingkat BebanDefleksi, D
(in)
Umur Lelah, NF
(Siklus)
Nf
Rata-rata
1.A1
0,8 σuB1
2.A2
0,65 σuB2
3.A3
0,5 σuB3
Data Uji Lelah Tabel hasil uji lelah material baja pegas awal (non treat)
Kondisi material awal (non treat ) setelah uji lelah reversed bending
No Kode SpesimenTingkat Beban
(psi)
Defleksi, D
(in)
Umur Lelah, Nf
(Siklus)
Nf
Rata-rata
1.
A1
0,8 σu 144566,392 1,235
1719919649
(2,0x104)B1 22099
2.
A2
0,5 σu 90353,995 0,772
127399524699
(5,2x105)B2 921999
0,8σu 0,5σu
Data Uji Lelah (Lanjutan) Tabel hasil uji lelah material baja pegas dengan laku panas
quenching and partitioning
No Kode SpesimenTingkat Beban
(psi)
Defleksi, D
(in)
Umur Lelah, Nf
(Siklus)
Nf
Rata-rata
3.
A3
0,8 σu 213832,952 1,827
1509913349
(1,3x104)B3 11599
4.
A4
0,65 σu 173739,273 1,485
2789926549
(2,6x104)B4 25199
5. A5 0,5 σu 133645,595 1,142 7819968249
(6,8x104)
Data Uji Lelah (Lanjutan) Kondisi material quenching and partitioning setelah uji lelah reversed bending
0,5σu
0,65σu0,8σu
Data Uji Lelah (Lanjutan) Kurva S-N Gabungan hasil percobaan material quenching and partitioning, material
awal (non treat), serta material quenching and tempering
top related