karakterisasi material paduan super pada sudu … · turbin pesawat terbang dengan menggunakan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER

PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG

SKRIPSI

Oleh:

HERLINA OKY YULIATI

K2512042

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

JULI 2016


commit to user



SKRIPSI

Oleh:

HERLINA OKY YULIATI

K2512042



SURAKARTA

JULI 2016

i


commit to user

PERNYATAAN KEASLIAN TULIASAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Herlina Oky Yuliati

NIM : K2512042

Jurusan/ Prodi : Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan/ Pendidikan Teknik

Mesin

Menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “KARAKTERISASI MATERIAL

PADUAN SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG” ini benar-

benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang

dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan tercantum dalam daftar

pustaka.

Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil

jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.

Surakarta, 18 Juni 2016

Yang membuat pernyataan

Herlina Oky Yuliati

ii


commit to user



Oleh:

Herlina Oky Yuliati

K2512042

Skripsi

diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin



SURAKARTA

JULI 2016

iii


commit to user

PERSETUJUAN


NIM : K2512042

Judul Skripsi : Karakterisasi Material Paduan Super Pada Sudu Turbin

Pesawat Terbang

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji

Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Persetujuan Pembimbing

Pembimbing I, Pembimbing II,

Dr. Suharno, S.T., M.T. Yuyun Estrianto, S.T., M.T.

NIP. 19710603 200604 1 001 NIP. 19780113 200212 1 009

iv


commit to user

PENGESAHAN SKRIPSI


NIM : K2512042

Judul Skripsi : Karakterisasi Material Sudu Turbin Pesawat Terbang

Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas

Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta pada hari

Senin, tanggal 25 Juli 2016 dengan hasil LULUS dan revisi maksimal 2 bulan.

Skripsi telah direvisi dan mendapat persetujuan dari Tim Penguji.

Persetujuan hasil revisi oleh Tim Penguji:

Nama Penguji

Tanda Tangan Tanggal

Ketua : Budi Harjanto, S.T., M. Eng ................. .............

Sekretaris : Dr. Eng. Nyeyep Sriwardani, S.T., M.T. ................. ............

Anggota I : Dr. Suharno, S.T., M.T. ................. .............

Anggota II : Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. ................. ............

Mengesahkan,

Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Prof. Joko Nurkamto, M. Pd. NIP. 19610124 198702 1 001

Kepala Program Studi

Pendidikan Teknik Mesin

Dr. Suharno, S. T., M. T. NIP. 19710603 200604 1 001

v


commit to user

ABSTRAK Herlina Oky Yuliati. K2512042. KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER PADA SUDU TURBIN PESAWAT TERBANG. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juni 2016.

Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui komposisi kimia dari material sudu turbin pesawat terbang; (2) mengetahui struktur mikro dari material sudu turbin pesawat terbang; (3) mengetahui tingkat kekerasan pada material sudu turbin pesawat terbang dengan menggunakan pengujian kekerasan Vickers; dan (4) mengetahui material standar apa yang digunakan pada sudu turbin pesawat terbang.

Populasi dalam penelitian ini adalah sudu turbin pesawat terbang yang sudah terpakai. Sampel dalam penelitian ini adalah potongan dari sudu turbin dengan teknik pengambilan sampel purposive sampling. Jumlah sampel dalam penelitian ini ada 1 buah sampel untuk pengujian komposisi kimia, 1 buah sampel untuk pengujian kekerasanVickers, dan 1 buah sampel untuk pengamatan struktur mikro. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Teknik pengumpulan data dalam penelitian ini dengan menggunakan metode dokumentasi yang berupa data nilai kekerasan dan gambar struktur mikro dan observasi yang dilakukan dengan cara pengamatan langsung saat dilakukannya pengujian. Analisis data pada uji komposisi kimia menggunakan alat uji spektrometri, uji struktur mikro dengan alat uji metalografi dengan pembesaran 200x, dan uji kekerasan dengan alat uji kekerasan makro Vickers.

Hasil penelitian adalah sebagai berikut, pertama hasil uji komposisi kimia dengan dominasi unsur Ni mencapai 63.65%, Cr 12.49%, dan Co 9.07% menunjukkan bahwa specimen uji termasuk material paduan super berbasis nikel. Kedua, material paduan super dengan kandungan Ni mencapai 63.65%, Cr 12.49%, dan Co 9.07%, diduga kuat merupakan material metal Rene 95 nickel based superalloy. Ketiga, pengujian komposisi kimia menunjukkan struktur fasa yang terdapat pada material sudu turbin pesawat adalah fasa ɣ dan fasa ɣ’ yang memiliki mekanisme penguatan yang sama dengan komposit dimana fasa ɣ sebagai matriks dan fasa ɣ’ sebagai penguat. Fasa ɣ’ merupakan Ni3Al atau Ni3Nb dan Ni3Ti. Keempat, hasil uji kekerasan dari ujung ke pangkal spesimen dengan jarak masing-masing titik 3,5 mm adalah 623 VHN, 297 VHN , 297 VHN, 309 VHN ,366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, dan 322 VHN. Angka kekerasan dari 8 titik uji menunjukan adanya perbedaan yang signifikan pada bagian tepi dengan yang lain. Diidentifikasi hasil uji kekerasan pada material sudu turbin pesawat menunjukkan adanya anomali permukaan, karena angka kekerasan pada bagian permukaan hampir mencapai dua kali lipat dari bagian yang lain. Diduga pada bagian permukaan sudu turbin telah mengalami pengerasan permukaan. Kata Kunci : paduan super, nikel, Rene 95, komposisi kimia, Vickers, metalografi

vi


commit to user

ABSTRACT

Herlina Oky Yuliati. K2512042. CHARACTERIZATION OF SUPER ALLOY MATERIAL IN AIRCRAFT TURBINE BLADE. Mini-Thesis, Surakarta: Faculty of Teacher Training and Education, Sebelas Maret University, June 2016.

This study aims to (1) determine the chemical composition of the material aircraft turbine blades; (2) to investigate the microstructure of the material aircraft turbine blades; (3) determine the level of hardness on the aircraft turbine blade material using Vickers hardness testing; and (4) determine what standard material used in aircraft turbine blades.

The population in this study is the aircraft turbine blades which have been already used. The sample in this study is pieces of the turbine blades with a purposive sample technique. The number of the sample in this study is 1 sample for chemical composition testing, 1 sample for Vickers hardness testing, and 1 sample for microstructure observation. This research used experimental method. The data collection technique in this study is using data in the form of documentation that contains of the hardness scores and microstructure images and observation made by direct observation when the testing were performed. Analysis of data on the chemical composition testing using spectrometry test equipment, microstructure testing is using metallographic test instrument with 200x magnification, and a hardness test with macro Vickers hardness tester.

The result of the study are as follows: First, the result of the chemical composition test with the dominant element Ni reached 63.65%, Cr 12:49%, and Co 9:07% indicated that the test specimen including material nickel-based super alloys. Second, the super alloys material with containing element Ni reached 63.65%, Cr 12:49%, and Co 9:07%, were thought that were 95 metal material nickel-based super alloys. Third, the chemical composition test showed the phase structure contained in aircraft turbine blade material is ɣ phase (gamma phase) and ɣ' phase (gamma prime phase) which has the same mechanism as the composite where ɣ as matrix phase and phase ɣ' as a reinforcement. ɣ’ phase was alleged as an Ni3Al or Ni3Ti or Ni3Nb. Fourth, the hardness test results from the tip to the base of the specimen with the distance to each point of 3.5 mm is 623 VHN, 297 VHN, 297 VHN, 309 VHN, 366 VHN, 336 VHN, 366 VHN, and 322 VHN. The number of hardness of 8 test points showed that there were significant differences on the edge with the other. Being identified the hardness test results on the aircraft turbine blade material showed a surface anomaly, because the level of the hardness on the part of the surface of nearly twice that of the other. It was thought that on the surface of the turbine blade has undergone a hardening surface.

Keywords : superalloy, nickel, Rene 95, chemical composition, Vickers, metallography

vii


commit to user

MOTTO

Sesungguhnya sesudah kesulitan akan datang kemudahan

Maka kerjakanlah urusanmu dengan sungguh-sungguh

Dan hanya kepada Allah kamu berharap (QS. Al-Insyrah: 6-8)

There is an effort there is a chance.

viii


commit to user

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan untuk:

Allah SWT

Alhamdulillah, terimakasih untuk segala ilmu dan motivasi yang terus menerus

tercurah.

Ibu dan almarhum Bapak

Terimakasih untuk selalu memberikan kasih sayang dan support dalam segala

bentuk yang tidak pernah berhenti. Terimakasih sudah selalu menjadi orang tua

terhebat yang saya punya.

Nurul Agustin Widasmara, Hanafiah Widhiatmoko, Azaria Nafilla

Alamsyah

Terimakasih karena keberisikan kalian secara tidak langsung sangat memotivasi

saya untuk segera mengakhiri masa-masa ini. I love you most!

Desy Dwi Haryanti, Riska Putri, dan Dety Pratama

Terimakasih atas semangat yang telah kalian berikan selama ini. Terimaksih untuk

waktu main-main dan begadang barengnya. Semangat buat dapet predikat

HALAL girls!

Hafiidhiya Janata Areisy

Terimaksih untuk kebersamaannya, terimakasih untuk bantuan dan dukungannya

dalam penulisan skripsi ini, sahabat.

Agus, Aping, Yahya.

Terimakasih telah banyak membantu mulai dari awal penelitian sampai dengan

berakhirnya skripsi ini.

ix


commit to user

Kamu

Terimakasih untuk dukungan yang tidak pernah terputus. Terimakasih sudah

membuktikan bahwa jarak bukanlah halangan untuk menjadikan dukungan itu

berhenti mengalir. Terimakasih, semoga Allah senantiasa menjagamu.

Teman-teman PTM 2012.

x


commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Allah SWT, karena telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya berupa ilmu, inspirasi, kesehatan, dan

keselamatan. Atas kehendak-Nya peneliti dapat menyelesaikan skripsi dengan

judul “KARAKTERISASI MATERIAL PADUAN SUPER PADA SUDU

TURBIN PESAWAT TERBANG”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk

mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan,

bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti menyampaikan

terimakasih kepada:

1. Prof. Dr. Joko Nur Kamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu

Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Dr. Suharno, S.T., M.T., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Dr. Suharno, S.T., M.T., selaku pembimbing I yang selalu memberikan

bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.

4. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang selalu memberikan

motivasi dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.

5. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T., selaku Staff Lab Bahan Teknik D3 Universitas

Gajah Mada yang telah memberi kesempatan dan juga bantuan guna

terlaksananya penelitian.

Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan hal

ini antara lain karena keterbatasan peneliti. Meskipun demikian, peneliti berharap

semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu.

Surakarta, 18 Juni 2016

Peneliti

xi


commit to user

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ ii

HALAMAN PENGAJUAN ................................................................................ iii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iv

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. v

HALAMAN ABSTRAK ..................................................................................... vi

HALAMAN ABSTRACT .................................................................................... vii

HALAMAN MOTTO ......................................................................................... viii

HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................ xi

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1

B. Identifikasi Masalah ................................................................................ 4

C. Pembatasan Masalah ............................................................................... 4

D. Rumusan Masalah ................................................................................... 5

E. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5

F. Manfaat Penelitian .................................................................................. 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESIS

A. Kajian Pustaka ......................................................................................... 7

1. Sifat Fisik dan Mekanik Bahan ......................................................... 7

2. Struktur Kristal .................................................................................. 8

3. Diagram Fasa .................................................................................... 11

4. Turbin Gas ......................................................................................... 15

xii


commit to user

5. Material Paduan Super ...................................................................... 16

6. Pengujian Komposisi Kimia ............................................................. 21

7. Pengujian Struktur Mikro ................................................................. 22

8. Pengujian Kekerasan ......................................................................... 24

9. Uji Kekerasan Vickers ....................................................................... 26

B. Kerangka Berpikir ................................................................................... 27

C. Hipotesis .................................................................................................. 28

BAB III METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 29

1. Tempat Penelitian.............................................................................. 29

2. Waktu Penelitian ............................................................................... 29

B. Desain Penelitian ..................................................................................... 30

C. Populasi dan Sampel ............................................................................... 30

D. Teknik Pengambilan Sampel................................................................... 31

E. Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 31

1. Sumber data ....................................................................................... 31

2. Pelaksanaan Eksperimen ................................................................... 31

F. Teknik Analisis Data ............................................................................... 32

1. Analisis Komposisi Kimia ................................................................ 32

2. Analisis Struktur Mikro .................................................................... 32

3. Analisis Kekerasan ............................................................................ 32

G. Prosedur Penelitian.................................................................................. 33

1. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33

2. Urutan Langkah penelitian ................................................................ 33

a. Tahap Studi Awal Penelitian ....................................................... 33

b. Pembuatan Spesimen Uji ............................................................ 34

c. Pengujian Spesimen .................................................................... 35

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian ...................................................................................... 38

xiii


commit to user

1. Deskripsi Data ................................................................................... 38

a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 38

b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 39

c. Uji Kekerasan .............................................................................. 40

2. Hasil Uji Hipotesis ............................................................................ 41

a. Uji Komposisi Kimia .................................................................. 41

b. Uji Struktur Mikro ...................................................................... 41

c. Uji Kekerasan .............................................................................. 42

B. Pembahsan .............................................................................................. 42

1. Hasil Analisis Data Uji Komposisi Kimia ........................................ 42

2. Hasil Analisis Data Uji Struktur Mikro ............................................ 45

3. Hasil Analisis Uji Kekerasan ............................................................ 52

BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN

A. Simpulan ................................................................................................. 56

B. Implikasi .................................................................................................. 57

C. Saran ........................................................................................................ 57

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 59

LAMPIRAN ........................................................................................................ 61

xiv


commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 29

4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 39

4.2 Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 41

4.3 Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 43

4.4 Spesifikasi Material Rene 95 ......................................................................... 44

4.5 Diagonal Rata-Rata Titik Uji ........................................................................ 53

4.6 Hasil Angka Kekerasan Sudu ....................................................................... 53

xv


commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Struktur Krisrtal dalam Sistem Sumbu X,Y, dan Z ................................... 8

2.2 Struktur Kristal BCC.................................................................................. 9

2.3 Struktur Kristal FCC.................................................................................. 10

2.4 Struktur Kristal HCP ................................................................................. 11

2.5 Diagram Terner .......................................................................................... 12

2.6 Diagram Terner .......................................................................................... 13

2.7 Contoh Diagram Fasa Terner untuk Ni, Co, Cr ......................................... 15

2.8 Turbin Gas ................................................................................................. 15

2.9 Komposisi Kimia Sudu Turbin .................................................................. 17

2.10 Kekuatan Stress-pecah Paduan Super ........................................................ 18

2.11 Struktur Kristal Beberapa Jenis Logam Paduan ........................................ 20

2.12 Struktur Mikro Super Alloy Setelah Di Aging ........................................... 23

2.13 Prinsip Pengujian Kekerasan Vickers ......................................................... 25

2.14 Skema Indentasi Vickers ............................................................................. 27

2.15 Paradigma Penelitian ................................................................................... 28

3.1 Diagram Alir Tahapan Penelitian.................................................................. 33

3.2 Alat Uji Metalografi ...................................................................................... 36

3.3. Alat Uji Macro Hardness Vickers ................................................................ 37

4.1 Posisi Pengambilan Foto Mikro pada Spesimen ........................................... 46

4.2 Foto Mikro pada Bagian Ujung 1.................................................................. 46

4.3 Foto Mikro pada Bagian Ujung 2.................................................................. 47

4.4 Foto Mikro pada Bagian Tengah 1................................................................ 49

4.5 Foto Mikro pada Bagian Tengah 2................................................................ 49

4.6 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 1 .............................................................. 50

4.7 Foto Mikro pada Bagian Pangkal 2 ............................................................... 51

4.8 Spesimen Uji Kekerasan Vickers .................................................................. 52

4.9 Histogram Kekerasan Makro Vickers ........................................................... 54

xvi


commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Hasil Uji Komposisi Kimia ........................................................................... 61

2. Hasil Perhitungan Uji Kekerasan .................................................................. 62

3. Hasil Uji Kekerasan ...................................................................................... 64

4. Hasil Pengamatan Struktur Mikro ................................................................. 65

5. Foto Pemotongan Spesimen .......................................................................... 66

6. Foto Pengujian Struktur Mikro ..................................................................... 67

7. Permohonan Izin Menyusun Skripsi ............................................................. 68

8. Permohonan Izin Penelitian .......................................................................... 69

9. Surat Keputusan Menyusun Skripsi .............................................................. 70

10. Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian ........................................ 71

11. Daftar Hadir Seminar Proposal ..................................................................... 72

xvii

karakterisasi material paduan super pada sudu … · turbin pesawat terbang dengan menggunakan...

Documents