bagin ginting

8
Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809 ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL Bagin Ginting Dosen Kopertis Wil. I Aceh Sumatera Utara Abstrak Rem adalah suatu komponen mesin yang berfungsi untukmengurangi atau menghentikan putaran mesin, dengan cara gesekan. Prinsip dasar pengereman adalah terjadi gesekan antara cakram dan kampas rem. Dalam pengereman trejadi persinggungan antara cakram dan kampas rem kemudian akan saling kehilangan sejumlah berat persatuan volume pada matrial yang saling bersinggungan(aus) . Bagaimana pada kendaraan niaga produk tahun 2008 secara subtansi gesekan cakram lebih kecil dibandingkan gesekan pada sepatu rem. Dalam penelitian ini untuk meningkatakan sifat mekanik bahan cakram dengan metode perlakuan panas heat treatment. Metodologi riset diterapkan bahan material cakram lokal A 22, kemudian digambarkan secara subtansi sebelum proses perlakuan panas karborizing dengan standart ASTM E 3-81. Proses Heat Treatment dilakukan pada temperatur 850 o C dengan waktu tahan 30,60, 90 dan 120 menit. Anlisa data yang digunakan adalah diskripsi statistik . Data dibuat lentur dalam bentuk grafik garis. Hasil riset nilai keausan setelah proses heat treatment dengan waktu tahan150 menit dan dicelup dalam air sebesar 0,6410x10 -6 [mm 2 /Kg],dan dicelup dalam oli1,8236x10 -6 [mm 2 /Kg] dan sebelum dikarborizing sebesar4,5934x10-6 [mm 2 /Kg].Nilai kekerasansetelah proses heat treatment dengan waktu tahan 150 menit dan dicelup dalam air mempunyai nilai sebesar 387,0468 [Kg/mm 2 ],dan dicelup dalam oli sebesar 349,8542 [Kg/mm 2 ]dan sebelum diproses karborizing sebesar191,6566 [Kg/mm 2 ]. Dari kesimpulan secara menyeluruh penelitian terjadi perbaikan nilai keausan dan nilai kekerasan setelah pelaksanaan proses heat treatment. Kata-kata Kunci: Heat Treatment, Keausan dan Kekerasan. Pendahuluan Mobil niaga merupakan salah satu jenis kendaraan yang digunakan untuk sarana transportasi pengangkutan barang maupun manusia di negara Indonesia. Sebagai alat angkut perlu dalam kondisi yang sangat prima agar dapat dirasakan nyaman dan aman bagi pengguna. Jaminan keamanan yang paling penting adalah masalah mekanisme pengereman. Mekanisme pengereman yang paling pokok adalah cakram dan kampas rem (pad). Dalam proses pengereman kampas rem dan cakram akan saling bersinggungan sehingga terjadi gesekan dan material akan saling kehilangan sejumlah beratnya (aus). Dalam elemen mesin karangan bapak Sularso bahan kampas rem harus Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan 10

Upload: pekanilmiah21

Post on 29-Nov-2015

129 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL

TRANSCRIPT

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

ANALISA SIFAT MEKANIK BAHAN CAKRAM MOBIL

Bagin Ginting

Dosen Kopertis Wil. I Aceh Sumatera Utara

Abstrak

Rem adalah suatu komponen mesin yang berfungsi untukmengurangi atau menghentikan putaran mesin, dengan cara gesekan. Prinsip dasar pengereman adalah terjadi gesekan antara cakram dan kampas rem. Dalam pengereman trejadi persinggungan antara cakram dan kampas rem kemudian akan saling kehilangan sejumlah berat persatuan volume pada matrial yang saling bersinggungan(aus) . Bagaimana pada kendaraan niaga produk tahun 2008 secara subtansi gesekan cakram lebih kecil dibandingkan gesekan pada sepatu rem. Dalam penelitian ini untuk meningkatakan sifat mekanik bahan cakram dengan metode perlakuan panas heat treatment. Metodologi riset diterapkan bahan material cakram lokal A 22, kemudian digambarkan secara subtansi sebelum proses perlakuan panas karborizing dengan standart ASTM E 3-81. Proses Heat Treatment dilakukan pada temperatur 850 o C dengan waktu tahan 30,60, 90 dan 120 menit. Anlisa data yang digunakan adalah diskripsi statistik . Data dibuat lentur dalam bentuk grafik garis. Hasil riset nilai keausan setelah proses heat treatment dengan waktu tahan150 menit dan dicelup dalam air sebesar 0,6410x10-6 [mm2/Kg],dan dicelup dalam oli1,8236x10-6 [mm2/Kg] dan sebelum dikarborizing sebesar4,5934x10-6 [mm2/Kg].Nilai kekerasansetelah proses heat treatment dengan waktu tahan 150 menit dan dicelup dalam air mempunyai nilai sebesar 387,0468 [Kg/mm2],dan dicelup dalam oli sebesar 349,8542 [Kg/mm2]dan sebelum diproses karborizing sebesar191,6566 [Kg/mm2]. Dari kesimpulan secara menyeluruh penelitian terjadi perbaikan nilai keausan dan nilai kekerasan setelah pelaksanaan proses heat treatment.

Kata-kata Kunci: Heat Treatment, Keausan dan Kekerasan.

Pendahuluan

Mobil niaga merupakan salah satu jenis kendaraan yang digunakan untuk sarana transportasi pengangkutan barang maupun manusia di negara Indonesia. Sebagai alat angkut perlu dalam kondisi yang sangat prima agar dapat dirasakan nyaman dan aman bagi pengguna. Jaminan keamanan yang paling penting adalah masalah mekanisme pengereman. Mekanisme pengereman yang paling pokok adalah cakram dan kampas rem (pad). Dalam proses pengereman kampas rem dan cakram akan saling bersinggungan sehingga terjadi gesekan dan material akan saling kehilangan sejumlah beratnya (aus). Dalam elemen mesin karangan bapak Sularso bahan kampas rem harus mempunyai sifat lebih lunak dari pada cakram. Akan tetapi pada mobil niaga X produk tahun 2008 awal sebagian besar cakram lebih lunak dari pada bahan kampas rem lokal. Pernah dilakukan pengukuran setelah mobil berjalan 1000 [km] permukaan sebelah dalam cakram berkurang

17 mikron dan permukaan luar berkurang 26 mikron. Pengurangan ini tidak merata di semua permukaan cakram, sehingga dalam keadaan berjalan mobil dalam keadaadaan tidak nyaman untuk dikendarakan, dan sering masih berjalan walaupun pedal rem sudah diinjak.

Dalam penelitian ini tujuan yang ingin dicapai adalah : Dapat meningkatkan sifat mekanik bahan cakram melalui perlakuan panas heat treatment. Dapat merekomendasikan ke masyarakat tentang peningkatan sifat mekanis hasil heat treatment.Berbagai penelitian telah banyak di lakukan untuk menelaah atau mengkaji bahan cakram dan bahan kampas rem pada produk orisinil. Pada produk lokal yang biasanya dipasok oleh vendor belum dilakukan penelitian produk lokal antara vendor cakram dan vendor kampas kampas rem. Maka di dalam penelitian permasalahan yang timbul adalah : Bagaimana peningkatan sifat mekanik bahan cakram lokal setelah mengalami perlakuan panas carburizing

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan

10

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

Heat treatment adalah cara pengerasan permukaan dengan memanaskan logam (baja) di atas suhu kritis dalam lingkungan yang mengandung karbon. Baja pada suhu sekitar suhu kritis mempunyai afinitas terhadap karbon. Karbon diabsorpsi kedalam logam membentuk larutan padat karbon-besi dan pada lapisan luar memiliki kadar karbon yang tinggi. Bila cukup waktu, atom karbon akan mempunyai kesempatan untuk berdifusi ke bagian-bagian sebelah dalam.

Pada temperatur austenite paduan besi karbon yang mempunyai bentuk kisi kristal kubik pemusatan sisi atau face centered cubik (FCC). Bentuk kisi ini mempunyai jarak atom yang lebih besar, sehingga intersisinya memungkinkan ditempati oleh atom karbon, dengan demikian permukaan baja akan mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi. Kandungan karbon akan bervariasi dalam arah menuju inti. Pada permukaan kandungan karbon tinggi, dan akan berkurang dalam arah menuju inti. Konsekuensinya struktur mikro akan berubah pula dari permukaan menuju inti.. Benda kerja di masukan dalam dapur pemanas (furnace) yang telah diatur dengan temperatur 850°C, lalu ditahan tiap 30, 60, 90, 120, 150 menit kemudian didinginkan dengan

media pendingin air dan oli yang di tempatkan dalam sebuah ember.

Gambar 1. Siklus Pemanasan Proses Heat Treatment

Gamgbar.2 Diagram Alir Penelitian

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan11

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

Uji keausan dilakukan dengan cara menghitung lebar keausan dari sampel benda uji setelah diauskan selama 10 detik. Sampel yang digunakan pada uji keausan yaitu 12 buah sampel. Hasil dari uji keausan keseluruhan sampel di sajikan dalam tabel di bawah ini :

Tabel 1. Hasil uji keausanB = 3 mm dan = 600 m

Contoh perhitungan : Pad

Gambar 3. Grafik Hubungan antara Nilai Keausan dengan Waktu Tahan

Setelah dilakukan uji keausan terhadap sampel, diperoleh nilai keausan quenching air adalah A1=2,1839x10-6 [mm2/Kg], A2=1,9347x10-6

[mm2/Kg], A3=1,8972x10-6 [mm2/Kg], A4=0,9841x10-6 [mm2/Kg], A5=0,6410x10-6

[mm2/Kg] dan nilai keausan quenching oli adalah O1=2,6195x10-6 [mm2/Kg], O2=2,2668x10-6 [mm2/Kg], O3=2,1839x10-6

[mm2/Kg], O4=2,0372x10-6 [mm2/Kg], O5=1,8236x10-6 [mm2/Kg]. Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa hasil nilai uji keausan mengalami peningkatan setelah mengalami proses karburisasi.

Uji Kekerasan

Untuk melihat kekuatan suatu benda uji maka digunakan pengujian dengan metode Hardness Brinell. Penetrator yang digunakan terbuat dari bola baja yang dikeraskan dengan diameter 3,2 [mm] dan beban yang diberikan adalah 150 [kg]. Untuk pengujian Haedness Brinell dilakukan dengan menggunakan alat uji (HOYTOM), dalam pengujian ini nilai Hardness Brinell sangat berpengaruh pada tingkat kualitas benda uji, semakin besar nilai Hardness Brinell yang dihasilkan maka kualitas benda uji semakin bagus begitu pula sebaliknya.

(a) (b)

(d) ( c )

Gambar 4. Foto Uji Kekerasan (a) Pad, (b) Awal, (c) O5, (d) A5

Uji Hardness Brinell dilakukan dengan cara menghitung diameter hasil penekanan dari bola baja. Sampel yang digunakan pada uji Hardness Brinell yaitu 12 buah sampel. Hasil dari uji hardness brinell keseluruhan sampel disajikan dalam Tabel 2.

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan

No.Sampel

[mm] [Kg]

Ws [mm2/Kg]

1. Pad 5,91 2,11 4,0763x10-6

2. Awal 6,15 2,11 4,5934x10-6

3. 4,80 2,11 2,1839x10-6

4. 4,61 2,11 1,9347x10-6

5. 4,58 2,11 1,8972x10-6

6. 3,68 2,11 0,9841x10-6

7. 3,19 2,11 0,6410x10-6

8. 5,10 2,11 2,6195x10-6

9. 4,86 2,11 2,2668x10-6

10. 4,80 2,11 2,1839x10-6

11. 4,69 2,11 2,0372x10-6

12. 4,52 2,11 1,8236x10-6

12

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

Tabel 2. Hasil Pengujian Hardness BrinellF = 150 Kg D = 3,2 mm

No. Sampel∆d

[mm]HB

[Kg/mm2]1. Pad 2,49 25,0886

2. Awal 0,986 191,6566

3. 0,744 340,2518

4. 0,736 347,7858

5. 0,724 359,5398

6. 0,714 369,7769

7. 0,698 387,0468

8. 0,798 295,1594

9. 0,792 299,6105

10. 0,77 317,1583

11. 0,754 331,1989

12. 0,734 349,8542

Contoh perhitungan : Pad

Gambar 5. Grafik Hubungan antara Nilai Kekerasan denganWaktu Tahan

Setelah dilakukan uji kekerasan terhadap sampel, diperoleh nilai kekerasan quenching air adalah A1=340,2518 [Kg/mm2], A2=347,7858 [Kg/mm2], A3=359,5398 , A4=369,7769 [Kg/mm2], A5=387,0468 [Kg/mm2] dan nilai kekerasan quenching oli adalah O1=295,1594 [Kg/mm2], O2=299,6105 [Kg/mm2], O3=317,1583 [Kg/mm2], O4=331,1989 [Kg/mm2], O5=349,8542 [Kg/mm2]. Dari data tersebut yang memiliki kekerasan tertinggi adalah sampel yang diquenching air, hal itu karena pendinginan yang cepat mengakibatkan terbentukya martensite.

Uji Komposisi

Berdasarkan uji komposisi pada penelitian ini dilakukan dengan metode sampel. Sampel pertama untuk uji komposisi adalah kondisi awal dari sampel uji, maka dapat di generalisasikan komposisi kimia seperti yang tercantum pada Tabel 3 dapat diklasifikasikan ke dalam jenis besi tuang kelabu.

Tabel 3. Uji Komposisi pada Kondisi Awal

Komposisi Kimia

UnsurPresentase

%Unsur Presentase %

C 3,73316 Cu 0,05710Si 0,32898 Mo 0,00017

Mn 0,40672 V 0,00027P 0,00192 W 0,00001S 0,00073 Al 0,00719Cr 0,11773 Ti 0,00003Ni 0,23798 Sn 0,00074Nb 0,00007 B 0,00006Pb 0,00000 Fe 82,45923

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan13

Tabel 4. Uji Komposisi Proses Karburisasi dengan Quenching Air

Komposisi Kimia

UnsurPresentase

%Unsur

Presentase %

C 4,20863 Cu 0,05748Si 0,30474 Mo 0,00009

Mn 0,40827 V 0,00019

P 0,00147 W 0,00000

S 0,00068 Al 0,00721

Cr 0,11947 Ti 0,00001

Ni 0,25387 Sn 0,00078

Nb 0,00006 B 0,00006

Pb 0,00001 Fe82,14872

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

Tabel 5. Uji Komposisi Proses Karburisasi dengan Quenching Oli

Pada hasil uji komposisi dengan quenching air unsur C meningkat 11,2975% dan pada hasil uji komposisi quenching oli unsur C meningkat 11,3908%. Uji komposisi kimia ini bertujuan untuk mengetahui penambahan unsur karbon setelah mengalami proses carburizing.

Pengamatan Struktur Mikro.

Dari hasil pengujian struktur mikro dapat dilihat adanya perbedaan antara sampel uji yang telah dilakukan proses carburizing dengan sampel awal. Pada gambar 10 ditunjukan struktur mikro untuk sampel awal. Fasa yang terdapat pada sampel awal terdiri dari ferrite (berwarna terang), grafite, dan pearlite. Adanya Semua sifat-sifat yang

dimiliki oleh baja dipengaruhi grafite yang berbentuk panjang (berwarna hitam) adalah bukti bahwa sampel uji terbuat dari besi tuang kelabu. Fasa ferrite mempunyai sifat lunak dan ulet. Banyaknya jumlah pearlite menunjukkan bahwa logam ini mempunyai kandungan karbon yang relatife tinggi.

Hasil struktur mikro dari pengujian karburisasi yang didinginkan dengan media celup oli adalah berupa fasa ferrite, cementite, dan bainite. Pada pendinginan media celup oli memliki fasa yang sama dengan pendinginan dengan media celup air yaitu fasa ferrite dan cementite. Perbedaan fasa yang timbul adalah terbentuknya fasa bainite pada sampel uji yang didinginkan pada media celup oli, sedangkan pada pendinginan dengan media celup air terbentuk fasa martensite. Hal itu disebabkan pada saat pendinginan dengan media celup oli sampel uji mengalami pendinginan yang lambat, lain halnya sampel uji yang didinginkan dengan media celup air sampel uji mengalami pendinginan yang cepat. Akan tetapi proses karburisasi pada sampel uji yang didinginkan dengan media celup oli dan air dapat dikatakan berhasil, karena terlihat pada struktur mikro masing-masing sampel uji terdapat matrik austenite. Matrik austenite pada struktur mikro adalah yang berwarna coklat, struktur inilah yang meningkatkan kekerasan sampel uji secara merata pada perm permukaan..

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan evaluasi data serta pembahasan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa :a. Nilai keausan yang dihasilkan setelah

mengalami proses karburisasi memiliki peningkatan, dari pada sampel yang belum mengalami proses karburisasi. Nilai keausan yang terendah pada quenching air adalah A5=0,6410x10-6

[mm2/kg], dan pada quenching oli adalah O5=1,8236x10-6 [mm2/kg], kami memilih yang paling rendah karena nilai keausan yang rendah diartikan sebagai tingginya kemampuan sampel uji untuk menahan gesekan/keausan.

b. Pengujian kekerasan dengan metode brinell terhadap sampel uji setelah

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan

14

Komposisi Kimia

Unsur

Presentase %

UnsurPresentase

%

C 4,21306 Cu 0,05829

Si 0,31010 Mo 0,00009

Mn 0,37045 V 0,00021

P 0,00153 W 0,00001

S 0,00068 Al 0,00782

Cr 0,09637 Ti 0,00002

Ni 0,24918 Sn 0,00071

Nb 0,00008 B 0,00005Pb 0,00002 Fe 82,12907

Seminar Sain dan Teknologi ISSN : 1693 – 6809

mengalami proses karburisasi mengalami peningkatan yang cukup

c. signifikan, semakin lama waktu tahan dalam proses karburisasi semakin tinggi nilai kekerasan sampel uji. Hasil kekerasan sampel uji yang tertinggi adalah A5 = 387,0468 [kg/mm2] pada quenching air dan pada quenching oli adalah O5=349,8542 [kg/mm2].

d. Peningkatan unsur C setelah mengalami proses karburisasi dengan quenching air adalah 11,2975% dan pada quenching oli mengalami peningkatan sebesar 11,3908%.

e. Sampel awal mempunyai struktur ferrite dan pearlite, struktur cementite pada bagian permukaan diperoleh setelah spesimen mengalami proses karburisasi. Pada proses karburisasi yang diqenching air terbentuk struktur martensite, sedangkan struktur bainite terbentuk karena diquenching oli.

Daftar Pustaka

Herman, Yuwono, Akhmad, Dr. Ir. M.Phil.Eng. 2009, Buku Panduan Praktikum Karakterisasi Material 1:

Pengujian Merusak (Destructive Testing). Metalurgi dan Material FTUI.

http://www.its.ac.id/personal/material.php?id=fahmi.

Saptono, Rahmat, 2008, Pengetahuan Bahan. Metalurgi dan Material FTUI.

Sularso, and Suga, Kiyokatsu, 2004, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.Widjatmaka, Tri, 1991, Pengantar

Metalografi untuk Jurusan Teknik Mesin Politeknik UI.

www.otomotif.web.id ”Sistem Pengereman”. 20 Juni 2009.

www.google.com “ Carburizing “. 20 Juni 2009.

www.google.com “ Heat Treatments “. 13 Juli 2009.

www.google.com “ Diagram TTT “. 12 Agustus 2009.

Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT. UISU Jl. SM.Raja Teladan Medan15