karakterisasi material komponen katup hisap & buang

Vol 9 No. 2 Oktober 2014 45

KARAKTERISASI MATERIAL KOMPONEN KATUP HISAP & BUANGORIGINAL DENGAN LOKAL SEPEDA MOTOR HONDA ASTREA GRAND

1)W. Djoko Yudisworo 2) Junial Heri1).2). Dosen Program Studi Teknik Mesin Untag Cirebon

ABSTRAK

Penyelidikan mengenai struktur suatu material logam dengan menggunakan peralatanoptic (microskop optic) di kategorikan ke dalam pengujian metalografi.Dengan jalan inistruktur dan sifat logam dapat diketahui, pengujian metalografi memegang peranan pentingdalam pengelolahan logam, karena dari pengujian ini dapat diketahui proses pembuatanmaterial logam yang cocok untuk setiap konstruksi elemen mesin. Material logamyang akan di uji dalam percobaan di laboratirium metallurgi I.S.T.N berupa baja karbon danbesi murni. Proses pengujian metalografi yang di lakukan meliputi: cutting ,mounting,grinding (pengampelasan), polising (pemolesan) dan pengetesaan terhadap permukaanbenda uji kemudian di lakukan pengujian lewat microscope dan untuk kemudian diabadikanlewat pemotretan. Jadi pengujian metalorgrafi memberikan gambaran yang pasti tentangstruktur dan sifat dari material logam.Kata Kunci : Struktur Mikro, Katup, Metalografi, Microscope Metalurgi

PENDAHULUANLatar Belakang

Katup merupakan suatu komponenpenting khususnya pada sepeda motor,Katup atau klep berada pada kepala silinderpada setiap kendaraan yang berbentukseperti payung, Katup hanya terdapat padamotor empat langkah, sedangkan motordua langkah umumnya tidak memakaikatup. Katup pada motor empat langkahterpasang pada kepala silinder. Setiapsilinder dilengkapi dengan dua jenis katup(isap dan buang), Fungsi katup sebenarnyauntuk memutuskan dan menghubungkanruang silinder di atas piston dengan udaraluar pada saat yang dibutuhkan.

Katup dibuat dari bahan yang kerasdan mudah menghantarkan panas, Katupmenerima panas dan tekanan yang tinggidan selalu bergerak naik dan turun,sehingga memerlukan kekuatan yangtinggi. Selain itu hendaknya katup tahanterhadap panas dan gesekan.

Material yang di gunakan olehpabrikan umumnya untuk klep isapmenggunakan material logam SUH 11sedang klep buang menggunakan SUH 35.SUH 35 lebih tahan panas, bisa tahan padasuhu sampai 700 derajat celcius, Sumber

material (Product Development Indopart)tentunya langkah-langkah di atasmerupakan proses langkah awal pembuatanklep karna masih di perlukan prosesfinising agar klep siap di edarkan dipasaran salah satunya prosesnnya adalahhardening.

Untuk melakukan analisa mikro,maka diperlukan proses metalografi. Prosesmetalografi bertujuan untuk melihatstruktur mikro suatu bahan ada beberapatahap yang harus dilakukan. Tahapan yangharus dilalui adalah cutting, mounting,grinding, polishing, etching dan setelah itubaru observasi menggunakan metallurgimikroskop. Dari keenam proses tersebut,proses grinding dan polishing merupakanproses yang penting untuk membuatpermukaan sampel menjadi benar-benarhalus agar dapat dilakukan observasi. Padaproses ini biasa digunakan sebuah mesinpoles yang memiliki komponen utamaberupa motor penggerak, piringan logam,dan keran air.

46 Vol 9 No. 2 Oktober 2014

Tujuan PenelitianTujuan penelitian dari menganalisa

struktur logam katup sepeda motor iniadalah sebagai berikut:1. Untuk mengetahui struktur micro dari

komponen katup sepeda motor hondaastrea grand yang di hubungkan denganproses apa yang telah dilakukan katupitu.

2. Untuk membandingkan struktur microdari komponen katup original denganlokal

Perumusan MasalahAdapun perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut :1. Untuk menguji atau mengamati struktur

mikro dengan cara di uji metalorgrafi2. Contoh bahan yang di uji di

ambildari komponen yang belum digunakan.

Batasan MasalahPerlu diberikan beberapa batasan

permasalahan agar pembahasan tidakmeluas dan menyimpang dari tujuan.Adapun batasan permasalahan dari analisastruktur micro pada katup sepeda motorhonda astrea grand adalah:1. Komponen yang dianalisis adalah katup

sepeda motor honda astrea grand.2. Jumlah komponen terdiri dari 4 katup, 2

original dan 2 lokal.3. Bagian dari katup yang dianalisis

diambil dari bagian 2 sisi kepala katupyang berbentuk payung dan bagianbatang.

LANDASAN TEORIMickroskop Metalurgi

Mikroskop metalurgi merupakansuatu alat yang digunakan untukmengamati dan mempelajari mikrostrukturdari suatu objek cuplikan seperti keadaanmikrostruktur pada butiran atau batas butirsuatu logam, fasa serta distribusi fasanya,microskop metalurgi memiliki pembesaran50x – 1000x dan resolusi 2592 x 1944.Pengamatan metalografi menggunakanmikroskop metalurgi pada dasarnya

menggunakan bantuan cahaya refleksi ataucahaya polarisasi.

Mikroskop metalurgi terdiri daribeberapa bagian komponen yang sangatpenting seperti lensa obyektif, okuler,kondensor, filter cahaya dan daya resolusi.Lensa objektif terletak dibagian bawahberdekatan dengan benda yang akandiamati, sedangkan lensa okuler terletakdibagian atas yang berdekatan denganmata. Apabila sebuah benda yang akandiamati diletakkan dengan lensa objektif,maka akan membentuk bayangan nyatayang diperbesar.

Microscope Metalurgi

Gambar 2.1 Mikroskop metalurgi

Gambar 1 Mikroskop metalurgi

KatupKatup atau klep berada pada kepala

silinder pada setiap kendaraan yangberbentuk seperti payung, Katup hanyaterdapat pada motor empat langkah,sedangkan motor dua langkah umumnyatidak memakai katup. Katup pada motorempat langkah terpasang pada kepalasilinder. Tugas katup untuk membuka danmenutup ruang bakar.

Gambar 2 katup motor honda astrea grand


Prinsip Kerja Katup

.

Gambar 3 prinsip kerja katup

Saat sedang melakukan kompresi,katup berfungsi menutup lubang atausaluran pada silinder. Pada saatpembakaran berakhir, klep buang segeramembuka untuk mengalirkan gas sisa hasilpembakaran menuju exhaust manifold.Setelah proses pembuangan selesai, makapiston akan melakukan langkah isap danklep isap-pun membuka untukmemasukkan campuran udara dan bensinyang sudah mengabut menuju silindermesin. Setiap katup dari sebuah silindermelakukan gerakan membuka dan menutupsatu kali untuk setiap dua kali putaranporos engkol (Crankshaft)

Diagram Pembukaan Katup (Valvetiming diagram)

Pembukaan dan penutup katup harussesuai dengan proses kerja motor. Sepertidijelaskan pada prinsip kerja motor 4 tak,waktu pembukaan dan penutupan katupadalah sebagai berikut.

Tabel 1. Posisi katup hisap dan katupbuang tiap langkah piston

Dari tabel tersebut katup hisap terbuka saatTMA langkah hisap dan tertutup di TMB,namun dalam perencanaan sesungguhnya

katup hisap terbuka beberapa derajatsebelum TMA dan tertutup beberapaderajat setelah TMB. Pembukaan katuplebih awal dari TMA disebut pembukaanawal, sedangkan penutupan yang lebihlambat dari seharusnya yaitu di TMBdisebut penutupan susulan

Data sepeda motor Honda AstreaGrand tercatat, katup masuk terbuka 2 ºsebelum TMA dan tertutup 25º setelahTMB. Katup buang terbuka 33º sebelumTMB dan tertutup 0 º setelah TMA. Daridata tersebut dapat dibuat diagram timingvalve sebagai berikut:

Dari diagram di atas dapat diketahuilama katup terbuka (durasi katup), yaitu:Katup masuk = 2º+ 180º+ 25º = 207ºKatup buang = 33º+ 180º+ 0º = 213ºOverlapping = 2º+ 0º = 2º

METODE PENELITIAN

Pemilihan Bahan/Benda KerjaSebelum melakukan pengujian

mikroskop metallurgrafi terlebih dahulu

Pemilihan Bahan/Benda Kerja

Proses Pemotongan Benda Kerja

Proses Mounting

Proses Grinding

Proses Polishing

Mulai

Proses Etching

Pengamatan Microscope

MetallurgrafiSelesai


menyiapkan benda kerja yaitu katup sepedamotor Honda Astrea Grand 110cc dalamhal ini benda harus di potong untukmelakukan proses mounting lihat gambardibawah ini tersebut

Gambar 3.2 katup original dan lokalsepeda motor Honda AstreaGrand

CuttingSetelah menyiapkan benda kerja ada

beberapa bagian benda yang harus dipotong untuk melakukan proses cetakanseperti bentuk semple yang akan di ujipada mikroskop metallurgy lihat gambardibawah ini.

Gambar 3. letak bagian katup yangakandipotong

MountingDalam melakukan mounting pada

katup, penguji menggunakan resin dankatalis sebagai bahan baku mounting. Padadasarnya, sampel yang diuji berukuransangat kecil atau memiliki bentuk yangtidak beraturan sehingga sangat sulituntuk ditangani khususnya ketikadilakukan pengamplasan dan pemolesanakhir. Sebagai contoh adalah spesimenyang berupa kawat, spesimen lembaranlogam tipis, potongan yang tipis, dll.Untuk memudahkan penanganannya,maka spesimen – spesimen tersebut

harus ditempatkan pada suatu media(media mounting).

Prosedur Kerja Untuk MelakukanMounting Terhadap Katup

Siapkan benda/ spesiemen uji,potongbenda dengan gergaji sesuai titik yang ditentukan,Ratakan benda yang telah dipotong dengan amplas agar dapat bediridengan baik, atur benda di dalam cetakanyang akan di mounting, tutup celah – celahdi dasar cetakan menggunakan malam agartidak bocor.

Kemudian tuangkan ¼ resin kedalamwadah dan katalis 6 tetes untuk 4 spesimen

Aduk resin dan katalis hinggatercampur dengan rata. KemudianTuangkan ke dalam cetakan secaraperlahan.Setelah di tuangkan tungguhingga 25 – 30 menitSetelah mengeraskeluarkan hasil pengecoran mountingnya

Gambar 4. Proses mounting

Alat Dan BahanAlatdanbahan yang digunakan yaituSampel, Ampelas ( 80, 200, 400,800, 1000), Mesin ampelas,Air

Prosedur Kerja Untuk MelakukanGrinding Pada Spesimen Sediakan ampelas ukuran 80, 200,

400, 800, 1000 Potong kertas ampelas dan pasang

pada disk mesin Nyalakan mesin sambil di tuangkan

air agar kertas ampelas tetapmenempel.

Pengamplasan lakukan dari yangpaling kasar yaitu 80, 200, 400, 800,1000.


Alat Dan BahanAlat dan bahan yang digunakan yaitu

Sampel, Mesin poles, Kain bludru,Alumina / odol dan Air

Prosedur Kerja Untuk MelakukanPolising Pada Spesimen

Pasang kain bludru pada mesinpolishing,tuangkan alumina/odol padapermukaan kainn, yalakan mesin polishing,letakan spesimen pada permukaan kainhingga spesimen mengkilat seperti kacatanpa gores, pemolesan (tambahkanalumina /odol bila perlu)

Gambar 5. proses polising

EtsaMerupakan proses pengetsaan

dengan menggunakan larutan kimiadimana zat etsa yang digunakan inimemiliki karakteristik tersendiri sehinggapemilihannya disesuaikan dengan sampelyang akan diamati. Berikut ini adalahcontoh etsa yang digunakan untukberbagai material.Dalam proses pengetsaanperlu diperhatikan waktu etsa, hindariwaktu etsa yang terlalu lama (umumnyasekitar 3 – 10 detik saja). Kemudiansetelah di etsa, sampel harus segeradicuci dengan air mengalir lalu denganalkohol dan dikeringkan dengan kapas.

Alat Dan BahanGelas ukur, Pisin, Pipet, HNO3, Alkohol95%, air, kapas

Prosedur Kerja Untuk Melakukan EtsaPada Spesimen

Bersihkan spesimen dengan air +alkhohol,Tuangkan alkohol ke dalam gelasukur sebanyak 25 cc, Kemudian tambahkan

HNO3 sebanyak 0,7 ML menggunakanpipet ,Tuangkan Hasil pencampuranalkohol + HNO3 kedalam pisin, Celupkanspesimen pada etsa selama 5 detik,Bersikansample dengan air mengalir ,Keringakanspesimen dengan kapas

Gambar 6. Proses Etsa

Pengamatan Dengan MikroskopMetalurgi

Setelah melakukan prosespolishing melanjutkan pengamatan strukturmikro tujuannya untuk mengetahui prosespengambilan foto mikro struktur,menganalisa struktur mikro dan sifat-sifatnya dan mengenali fasa-fasa dalamstruktur mikro dalampengamatan ini menggunakan pembesaran100x, 400x, 600x dan 1000x hal yangharus untuk diamati adalah fasa dan besarbutir. Dengan ini alat yang di gunakanadalah mikroskop optik/scanning electronmikroskop.

Gambar 7. Pengamatan dengan mikroskopmetallurgy

PENELITIAN YANG DILAKUKANPenelitian yang dilakukan adalah

membandingkan hasil pengamatan padakatup hisap original dengan katup hisap


lokal dan katup buang original dengankatup buang lokal pada bagian dari katupyang diambil dari bagian 2 sisi kepalakatup yang berbentuk payung dan bagianbatang.

Letak Potongan Dan Bagian KatupHisap Original Dengan Katup HisapLokal Yang Dianalisa

Pada katup hisap original dan katuphisap lokal terdapat 3 potongan yang akandianalisa yaitu 2 sisi piringan katup dan 1bagian batang. Pada setiap potongandilakuan 4 pembesaran yaitu pembesaran100x, 400x, 600x, 1000x.

Gambar 8.letak potongan dan bagiankatup hisap original dan katup buang lokalyang dianalisa

Gambar 9. Foto micro potongan piringankatup hisap original dan lokal bagian no 1pembesaran 1000x

Hasil Perbandingan Dari Katup HisapOriginal Dengan Lokal Pada PotonganNo 1 Pada Pembesaran 100x s/d 1000x

Pada foto micro katup hisap originalstruktur pearlite lebih banyak sedangkanpearlite pada foto micro katup hisap yanglokal jumlahnya lebih sedikit dibandingkandengan yang original dan butiran pearlite

padafoto micro katup original lebih halusdibandingkan dengan butiran pearlite yanglokal, sedangkan struktur ferrite pada fotomicro katup hisap yang original jumlahnyasedikit di bandingkan dengan strukturferrite yang lokal dan butirannya yangoriginal lebih halus dibandignkan denganbutiran ferrite yang lokal, dan pada fotomicro katup original terdapat beberapastruktur martensite sedangkan foto microkatup yang lokal tidak terdapat strukturmartensite.

Gambar 10: Foto micro potongan batangkatup hisap original dan lokal bagian no 2pembesaran 1000x

Hasil Perbandingan Dari Katup HisapOriginal Dengan Lokal Pada PotonganNo 2 Pada Pembesaran 100x s/d 1000x:

Pada foto micro katup hisaporiginal struktur pearlite lebih banyaksedangkan pearlite pada foto micro katuphisap yang lokal jumlahnya lebih sedikitdibandingkan dengan yang original danbutiran pearlite pada foto micro katuporiginal lebih halus dibandingkan denganbutiran pearlite yang lokal lebih kasar,sedangkan struktur ferrite pada foto microkatup hisap yang original jumlahnyasedikit di bandingkan dengan strukturferrite yang lokal dan butirannya yangoriginal lebih halus dibandignkan denganbutiran ferrite yang local

Gambar11. :Foto micro potongan piringankatup hisap original dan lokal bagian no 3pembesaran 1000x


Hasil Perbandingan Dari Katup HisapOriginal Dengan Lokal Pada PotonganNo 3 Pada Pembesaran 100 s/d 1000x

Pada foto micro katup hisap originalstruktur pearlite lebih banyak sedangkanpearlite pada foto micro katup hisap yanglokal jumlahnya lebih sedikit dibandingkandengan yang original dan butiran pearlitepada foto micro katup original lebih halusdibandingkan dengan butiran pearlite yanglokal lebih kasar, sedangkan struktur ferritepada foto micro katup hisap yang originaljumlahnya lebih sedikit di bandingkandengan struktur ferrite yang lokal danbutirannya yang original lebih kecil danhalus dibandignkan dengan butiran ferriteyang lokal lebih besar butirannya.

Letak Potongan Dan Bagian KatupBuang Original Dengan Katup BuangLokal Yang DianalisaPada katup buang original dan katup buanglokal terdapat 3 potongan yang akandianalisa yaitu 2 sisi piringan katup dan 1bagian batang. Pada setiap potongandilakuan 4 pembesaran yaitu pembesaran100x, 400x, 600x, 1000x.

Gambar12: letak potongan dan bagiankatup buang original dan katup buang lokalyang dianalisa

Gambar 13 : Foto micro potonganpiringan katup buang original dan lokalbagian no 1 pembesaran 1000x

Hasil Perbandingan Dari KatupHisaOriginal Dengan Lokal PadaPotongan No 1 Pada Pembesaran 100s/d 1000x

Pada foto micro katup buangoriginal bentuk strukturnya lebih jelasdibandingkan dengan bentuk dari fotomikro yang lokal dan struktur pearlite padafoto micro pada katup buang yang originallebih sedikit dibandingkan dengan pearlitepada foto micro katup buang yang lokaldan butiran pearlite pada foto micro katuporiginal lebih halus dibandingkan denganbutiran pearlite yang lokal lebih kasar,sedangkan struktur ferrite pada foto microkatup buang yang original jumlahnya lebihbanyak di bandingkan dengan strukturferrite yang lokal dan butirannya yangoriginal lebih besar dibandignkan denganbutiran ferrite yang lokal lebih kecilbutirannya,

Gambar14: Foto micro potongan batangkatup buang original dan lokal bagian no 2

pembesaran 1000x

Hasil Perbandingan Dari Katup HisapOriginal Dengan Lokal Pada PotonganNo 2 Pada Pembesaran 100 s/d 1000x

Pada foto micro katup buangoriginal bentuk strukturnya lebih jelasdibandingkan dengan bentuk dari fotomikro yang lokal dan struktur pearlite padafoto micro pada katup buang yang original


lebih sedikit dibandingkan dengan pearlitepada foto micro katup buang yang lokaldan butiran pearlite pada foto micro katuporiginal lebih halus dibandingkan denganbutiran pearlite yang lokal lebih kasar,sedangkan struktur ferrite pada foto microkatup buang yang original jumlahnya lebihbanyak di bandingkan dengan strukturferrite yang lokal dan butirannya yangoriginal lebih besar dibandignkan denganbutiran ferrite yang lokal lebih kecilbutirannya.

Gambar 15: Foto micro potongan piringankatup buang original dan lokal bagian no 3pembesaran 1000x

KESIMPULANKesimpulan1. Proses yang dilakukan pada katup

sebelum dilakukan proses mikro:a. awalnya katup hanya berupa besi

panjang seperti pensil yang di jepitpada dudukan dan di panaskan padabagian kepalanya yang ingin dijadikan payung katup sampaimemerah atau mendekati titik didihagar mudah di bentuk.

b. Kemudian setelah bagian yang dipanaskan tadi mulai memerah ditekan dengan beban benda berat agarmenjadi pipih/gepeng sepertipayung.

c. Agar pada bagian belakang payungkatup melengkung sebelumnyamemang sudah di sediakancetakannya agar sesuai dengan yangdi inginkan tentunya setelah lepasdari cetakan tersebut masi butuhlangkah-langkah proses finisinglainya jadi belum bisa langsung dipakai

2. hasil pengamatan dengan microskopmetalurgi pada perbandingan katup

hisap original dengan katup hisap lokal,sama – sama merupakan baja karbonsedang karena jumlah pearlitenyabanyak tapi yang lokal jumlahpearlitenya tidak sebanyak ori danbutirannya katup in original kecil dankatup in lokal besar. Sedangkan untukhasil perbandingan pada katup buangoriginal dengan katup buang lokal sama–sama merupakan baja karbon rendahkarena jumlah ferritnya banyak tapiyang lokal jumlah ferritnya lebih sedikitdari yang original dan butirannya katupbuang original besar namun halusdibandingkan dengan yang lokal keciltapi kasar. ini membuktikan bahwakatup original lebih bai dari pada katupyang lokal.

SaranDengan Melakukan pengujian ini

maka dapat diketahui kualitas dari suatubenda atau komponen untuk mesin.Dengan memilih bahan yang memilikikualitas lebih baik maka akan memiikikekuatan atau ketahanan yang lebih baik,dan usia pakai benda atau mesin tersebutakan lebih panjang daripada kualitas bahanyang local

DAFTAR PUSTAKADaryono, Proses Pengolahan Besi Dan

Baja (Ilmu Metalurgi )Drs.Bagyo Sucahyo, Ilmu Logamhttp://infobalapliarjakarta.blogspot.com/20

13/02/cara-bikin-klep-mesin-4-tak.html

http://tehnikmesinindustri.wordpress.com/2010/05/19/pengaruh-element-paduan-padabaja/ml.scribd.com/doc/67615757/40501433

http://tehnikmesinindustri.wordpress.com/metallurgiilmu-logam/Kewrence H. Van Vlack, Elemen –elemen

Ilmu Dan rekayasa MaterialR.E. Smallman R.J. BishopSolih Rohyana, Pekerjaan Logam Dasar

karakterisasi material komponen katup hisap & buang

Documents