ANALISA KEKUATAN PUNTIR DAN UJI KEKERASAN BAJA ST 37 MENGGUNAKAN SUHU YANG BERBEDA

SKRIPSIDi Ajukan Sebagai Persyaratan Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana (S1) Teknik MesinDi susun oleh :Nama: I Nyoman SukawanNPM: 11.62.0081Program Studi: Teknik MesinJenjang: Sarjana (S-1)

13

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS ISLAM KALIMANTAN (UNISKA)MUHAMMAD ARSYAD AL BANJARYBANJARMASIN201517

2

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPembebanan utama poros adalah puntiran yang terjadi pada elemen mesin ataupun beban gabungan. Kekuatan poros haruslah diketahui menggunakan alat uji puntir.Alat uji puntir merupakan suatu alat yang dirancang untuk mengukur seberapa besar kekuatan puntir yang dapat dilakukan pada saat pengujian poros. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memuntir batang uji terus-menerus sampai batang uji patah/putus. Alat uji puntir digunakan industri untuk pengukuran dan mendapatkan data kekuatan puntir, sehingga kekuatan yang ingin diketahui dapat diterima dan diketahui. Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material. Dalam batas elastis tegangan geser bervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga perangkat model uji torsi digunakan untuk melakukan simulasi terhadap berbagai perubahan parameter dalam puntiran dan nilai menentukan sifat-sifat seperti modulus. elastisitas geser secara eksperimental, dengan asumsi-asumsi dasar yang digunakan dalam proses punter seperti: Poros lurus dengan penampang lingkaran, Torsi bekerja konstan sepanjang batang pada sumbu polar, Pemantang lintang akan kembali lagi pada posisi semula setelah kembali. Uji puntir pada suatu bahan teknik dilakukan untuk menentukan sifat-sifat seperti modulus geser, kekuatan luluh puntir, dan modulus pecah. Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas. Deformasi yang terjadi pada benda uji diukur dari perpindahan sudut puntir suatu titik didekan ujung suatu benda, dibandingkan pada suatu titik pada elemen memanjang yang sama pada arah berlawanan.Dalam pengujian puntir biasanya digunakan benda dengan penampang bulat, dikarenakan hal tersebut merupakan geometri paling sederhana dalam perhitungan tegangan yang terjadi ST 37 adalah jenis baja konstruksi yang mempunyai kekuatan tarik minimal 37 kg/mm2 atau 370 N/mm2 besi ini tergolong baja lunak (mild steel ) karena memiliki kandungan karbon (c) 0.16% Jadi ST 37 termasuk dalam baja karbon rendah, yang merupakan baja natural yang banyak digunakan dalam suatu konstruksi mesin,karena memiliki sifat ulet, mudah dibentuk, kuat maupun keras. ST 90 adalah jenis baja konstruksi yang mempunyai kekuatan tarik minimal 90 kg/mm2 atau 900N/mm2.1.2 Identefikasi MasalahDari latar belakang diatas penulis mencoba mengangkat topik analisa kekuatan puntir dan uji kekerasan Baja st 37 menggunakan suhu yng berbeda. Tujun pada penelitian ini ingin mengetahui kekuatan puntir dengan melakukan uji kekerasan dan suhu yang berbeda.1.3 Perumusan Masalah Dengan dilakukan perlakuan panas pada material baja st 37 yang bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan dan berbagai jenis beban yang terjadi , maka di dapat beberapa masalah yang dapat diuraikan :1. Berapa pengruh beban puntir setelah dilakukan uji kekerasan dibandingkan tanpa perlakuan panas dengan menggunakan baja st 37?2. Bagaimana pengaruh suhu perlakuan panas yang di uji puntir terhadap material baja st 37 ?3. Berapa suhu yang diperlukan untuk mendapatkan hasil yang memenuhi standar dengan baja st 37?

1.4 Batasan MasalahBatasan masalah dalam skripsi ini adalah:1. Hanya menggunakan 1 media pendingin yaitu Oli.2. Bahan yang digunakan adalah St 371.5 Tujuan PenelitianTujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan skripsi ini yaitu diantaranya adalah sebagai berikut:1. Membandingkan hasil dari beban puntir terhadap kekuatan material baja st 37 setelah dilakukanya perlakuan panas.2. Membandingkan jenis hasil perlakuan paling baik yang diberikan kepada material logam dengan menggunakan suhu yang berbeda.3. Mendaptkan hasil pada saat suhu berapa perlakuan standar akan mendapatkan hasil yang memenuhi standar.1.6 Manfaat PenelitianManfaat dalam pembuatan tugas akhir ini adalah:1. Mengetahui hasil dari beban puntir terhadap kekuatan material baja st 37 setelah dilakukanya perlakuan panas.2. Mengetahui jenis hasil perlakuan paling baik yang diberikan kepada material logam dengan menggunakan suhu yang berbeda.3. Mengetahui hasil pada saat suhu berapa perlakuan standar akan mendapatkan hasil yang memenuhi standar.1.7 Parameter PenelitianParameter penelitian ini adalah menggunakan alat uji kekerasan dan uji puntir menggunakan bahan baja St 37, sehingga didapatkan hasil yaitu pengaruh dari beban puntir, hasil jenis perlakuan paling baik dan mendapatkan hasil dari pengaruh suhu yang digunakan. Adapun parameter yang di ukur adalah: SuhuVariabel Tetap: Jenis Bahan St 37Media pendingin OliVariabel Bebas: Tempratur

BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 Dasar Teori2.1.1 Pengertian Baja Baja merupakan paduan, yang terdiri dari besi, karbon dan unsur lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian atau penempaan. Karena penggunaannya sangat luas maka berbagai pihak sering mengklasifikasikan baja antara lain menurut cara pembuatannya, penggunaannya, kekuatannya, menurut struktur mikronya dan menurut komposisi kimianya. Menurut komposisi kimianya baja dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu baja karbon dan baja paduan. Baja karbon juga mengandung unsur lain selain besi dan karbon, seperti mangan, silikon, dan unsur-unsur lainnya seperti fosfor dan sulfur. Secara garis besar baja karbon dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Baja karbon rendah : Kadar karbon (C) < 0.30% 2. Baja karbon sedang : Kadar karbon (C) < 0.30 0.70 % 3. Baja karbon tinggi : Kadar karbon (C) < 0.70 1.40%Baja paduan adalah baja yang dibentuk sesuai dengan tujuan yang diinginkan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik ataupun sifat dasar pada baja tersebut yang disesuaikan dengan unsur dasar pada baja tersebut. Pada baja paduan ini terbagi menjadi 2 jenis, yakni:Baja paduan rendah (unsur paduan khusus < 8.0 %),Baja paduan tinggi ( unsur paduan khusus > 8.0 %).2.1. 2 Pengertian PuntirApabila suatu batang atau poros yang salah satu ujungnya dijepit dan ujung lainnya diberi gaya kopel atau pada dua tempat disepanjang poros diberi gaya kopel yang tegak lurus sumbu batang maka batang atau poros itu dipuntir. Pembebanan seperti ini terjadi, misalnya pada poros yang harus meneruskan tenang dan pada batang torsi, penampang batang berputar. Besarnya puntiran tergantung pada gaya puntir dan pada jarak antara gaya dengan sumbu batang.

Gambar 1. Gaya Puntir(Sumber: Gere dan Timosbenko, Mekanika bahan hal 37 )

Gambar 1. Momen Puntir(Sumber: Gere dan Timosbenko, Mekanika bahan hal 38 )

2.1.3 Puntiran Batang Bundarkita tinjau sebuah batang atau poros (shaft) berpenampang lingkaran yang mengalami pemuntiran, maka yang terjadi perputaran terhadap sumbu longitudinal dari salah satu ujung batang terhadap yang lainnya. Dimana:r= Jari Jari (cm)= Sudut Puntir () =Regangan geser (%)=Panjang Poros(m)t=Waktu(m/s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)(Sumber:Umar Jalaludin Hal 19)Dari suatu bahan elastis linier, maka tegangan geser ini berhubungan dengan regangan geser. Dengan demikian maka diperoleh hubungan : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2)Dari sebuah busur kecil berjari-jari r dan sebuah elemen seluas dA, maka timbul laju perubahan tegangan geser sebesar dA. Dengan demikian maka momen puntir total Mt adalah jumlah terhadap seluruh luas penampang dari elemen-elemen momen.Jadi : . . . . . . . (2.3)Dimana: Ip : momen lembam (k) GIp :ketegangan puntir (t) Substitusikan persamaan (2.2),(2.3) terhadap maka diperoleh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.4)(Sumber:Umar Jalaludin Hal 25))

Momen lembam kutub dari penampang bulat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)(Sumber:Umar Jalaludin Hal 25))

Momen lembam kutub dari batang berongga . . . . . . . . . . . (2.6)Untuk menghitung tegangan geser sesuai dengan bentuk penampangnya masing-masing maka untuk penampang yang bulat adalah : Dan untuk penampang yang berongga adalah. . . (2.7) Persamaan (2.2),(2.4) disubstitusikan terhadap kemudian juga , sehingga sudut puntir adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.8)2.1.4 Puntiran, Tegangan Aksial Dan PembengkokanDalam penjelasan secara praktis sering adanya muncul persoalan-persoalan dimana dalam kombinasi kerjanya momen putar (torque) dengan tegangan atau dengan momen puntir selalu kita jumpai.Dimana :Mt : momen puntirMb : momen bengkokb : tegangan bengkok- adalah sumbu poros (shaft) dimana tegangan bengkok dan tegangan geser bekerja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.9)Lihat ke persamaan untuk tegangan maksimum . . . . . . . . . (2.10)Momen bengkok equivalent . . . . . .. . . . . (2.11)Gunakan persamaan ( ) untuk menghitung tegangan geser maksimum max. . . . . . . . . .. . (2.12)(Sumber:Umar Jalaludin Hal 25)

Kemudian untuk mendapatkan momen puntir equivalent maka digunakaan persamaan ( ) untuk pemecahannya sehingga diperoleh : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.13)2.1.5 Batang Puntir Berpenampang Bundar Sebuah batang atau poros (shaft) berpenampang lingkaaran yang panjangnya , dikenakan momen puntir Mt. Oleh karena itu, kita peroleh sudut puntir . Dan G adalah modulus geser elastic.Tegangan geser dalam batang bundar yang memiliki diameter d. . . . . . . . . . . . . (2.15)2.1.6 Pengaruh TemperaturBila struktur adalah statis tak tentu, maka pemuaian dan penyusunan bebas tidak mungkin akan terjadi, akan tetapi biasanya menghasilkan tegangan dalam batang-batang yang disebut dengan tegangan termal (thermal stress).Batang statis tak tentu dengan panjang dan kedua ujung dijepit. Batang mula-mula lurus dan pada temperatur yang merata o0C, kemudian temperatur berubah t0C dan koefisien muai panjang batang .Karena batang dalam keadaan terjepit, maka tidak bisa memanjang dengan bebas.Dimana: :Panjang batang (cm)o:Tempratur Merata(C)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.16)(Sumber:Umar Jalaludin Hal 25))

2.2.7 Uji Kekerasan Hardness test merupakan uji NDT (Non Destructive test) dimana pada pengujian ini dapat diketahui suatu nilai kekerasan pada sebuah material/spesimen uji. cara pengujian hardnes ini dilakukan dengan metode hardness vickers, rockwell dan brinell. Metode uji kekerasn yang diajukan oleh J.A Brinell pada tahun 1900 ini merupakan uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta disusun pembakuanya (dieter, 1987). Uji kekerasan ini berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan kemudian ditekan dengan beban tertentu. Beban diterapkan pada wktu tertentu, biasanya 30 detik, dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop, setelah beban dihilangkan. Permukaan harus relatif halus, rata, bersih dari debu atau kerak.Angak kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut : . . . . . . . . . . . . . . . .. . . (2.17) Dengan : P = beban yang digunakan (kg) D = diameter bola baja (mm) d = diameter lekukan (mm)jejak penekanan yang relatif besar pada uji kekerasan brinell memberikan keuntungan dalam membagikan secara pukul rata ketidak seragaman lokal. Selain itu, uji brinell tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekerasan permukaan dibandingkan dengan uji kekerasan yang lain. Di sisi lain jejak penekanan yang besar ukuranya, dapat menghalangi pemakaian uji ini pada benda uji yang kecil atau tipis.Kekerasan merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi tekan. Deformasi yang terjadi dapat berupa kombinasi perilaku elastis dan plastis. Pada permukaan dari dua komponen yang saling bersinggungan dan bergerak satu terhadap lainnya akan terjadi deformasi elastis maupun plastis[1J. Deformasi elastis kemungkinan terjadi pada permukaan yang keras, sedangkan deformasi plastis terjadi pada permukaan yang lebih lunak. Efek deformasi tergantung pada kekerasan permukaan material.Ada beberapa cara pengukuran kekerasan yang cukup dikenal dalam litbang material di antaranya adalah uji kekerasan gores, uji kekerasan pantul (dinamis) dan uji kekerasan indentasi. Uji kekerasan gores tergantung pada kemampuan gores material yang satu terhadap material lainnya. Uji kekerasan pantul mencakup deformasi dinamis dari permukaan material yang dinyatakan dalam jumlah energi impak yang diserap permukaan logam pada saat benda penekan jatuh. Uji kekerasan indentasi berupa penjejakan oleh sebuah indentor yang keras ditekankan ke permukaan logam yang diuji. Pada percobaan yang dilakukan, ruang lingkup pengujian hanya dibatasi pada jenis uji kekerasan indentasi menggunakan alat model Leitz Micro Hardness.Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan luluh atau tarik baja St.37. Hal ini disebabkan selama indentasi (penjejakan) baja mengalami deformasi sehingga terjadi regangan dengan persentase tertentu. Nilai kekerasan Vickers didefinisikan sarna dengan beban dibagi luas jejak piramida (indentor) dalam kg/mm2 dan besarnya kurang lebih tiga kali besar tegangan luluh untuk baja yang tidak mengalami pengerjaan pengerasan.2.2 Penelitian Relevan1. Analisa Kekuatan Puntir Dan Kekuatan Lentur Putar Poros Baja St 60 Sebagai Aplikasi Perancangan Bahan Poros Baling-Baling Kapal. Sukanto Jatmiko, Sarjito Jokosisworo Program Studi Teknik Perkapalan Fakultas Teknik UNDIP. Dalam penelitian ini akan dilakukan uji tarik, uji komposisi, uji puntir dan uji lentur putar untuk material baja karbon ST 60. Tujuannya untuk mengetahui apakah baja ST 60 memenuhi persyaratan BKI sebagai bahan poros baling-baling kapal ditinjau dari aspek kekuatan tarik dan komposisi materialnya. Sedangkan tujuan uji puntir dan uji lentur putar adalah untuk menganalisa aspek kekuatan puntir material dalam menerima beban puntir hingga patah. Dan juga untuk memprediksi ketahanan lelah material terhadap beban lentur putar hingga terjadi kegagalan lelah.2. Variasi Bahan Material Dan Ukuran Diameter Poros Dengan Menggunakan Metode Pengujian Puntir. Toni Dwi Putra. Widya Teknika Vol.22 No.2; Oktober 2014. Material bahan pada sebuah poros (shaft) sangat perlu untuk ditentukan sifatnya seperti modulus geser, kekuatan luluh puntir, dan modulus pecah. Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan material yang getas. Deformasi yang terjadi pada benda uji diukur dari perpindahan sudut puntir suatu titik di dekat ujung suatu benda, dibandingkan pada suatu titik elemen memanjang yang sama. Dalam pengujian puntir, biasanya menggunakan bahan dengan penampang bulat, karena untuk menguji data dari variasi material dan diameter. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui variasi bahan material terhadap kekuatan puntir dan variasi ukuran diameter poros terhadap kekuatan puntir dengan menggunakan mesin uji puntir. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Variasi material dan diameter digunakan sebagai variable bebas, sedangkan kekuatan puntir digunakan sebagai variable terkait.3. Analisa Kekuatan Puntir ,Lentur Putar dan Kekerasan Baja ST 60 untuk poros propeller setelah diquenching. Sarjito, Jokosisworo. Program Studi S1 Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas DiponegoroDalam rotasi baling-baling untuk mendapatkan dorong kapal, poros terjadi bervariasi dari tekanan sebagai dampak dari kombinasi kekuatan. Tekanan terus menerus terjadi dan menyebabkan kelelahan pada materi. Oleh karena itu perlakuan panas terjadi untuk menghasilkan resistensi yang merusak yang tinggi dan untuk mendapatkan kekuatan yang baik. Dalam penelitian ini thr ic perlakuan panas diproses oleh Quenching, sedikit pendinginan dan menggunakan minyak sebagai media pendingin.4. Pengaruh V Ariasi Beban Indentor Micro Hardness Tester Terhadap Akurasi Data Uji Kekerasan Material. Hadijaya Dahlan. Telah dilakukan percobaan pengujian kekerasan terhadap beberapa material untuk menentukan besaran beban identor ideal yang diizinkan pada pemakaian Blat uji kekerasan model Leitz Micro Hardness. Penentuan besaran beban ideal penting dilakukan agar diperoleh data uji kekerasan material yang akurat. Percobaan dilakukan terhadap material struktur elemen bakar nuklir antara lain logam paduan AIMg2, Stainless Steel (SS) tipe 304 dan Steel Standard dengan variasi beban 10p, 15p, 25p, 50p, 100p, 200p, 300p dan 500p. Oi antara kedelapan variasi beban indentasi tersebut hanya satu besaran saja yang dapat ditoleransi sebagai beban ideal, sedangkan beban lainnya menghasilkan data kekerasan dengan penyimpangan yang cukup tajam.BAB IIIMETOLOGI PENELITIAN3.1 Tempat dan Waktu PenelitianTempat penelitian adalah Jl. Adyaksa no 2 Kampus Universitas Islam Kalimantan Muhammad Arsyad AL-Banjary Banjarmasin. Analisa Uji Puntir dan Uji kekerasan pada poros baja St 37 dilaksanakan bulan September 2015.3.2 Metode Penelitian Pengujian merupakan kegiatan awal yang dilakukan dalam penelitian ini untuk mendapatkan hasil yang ingin dicapai atau tujuan yang di inginkan. Pertama dilakukan pemanasan terhadap bahan yang digunakan kemudian dilanjutkan uji kekerasan setelah dilakukan uji kekerasan dilanjutkan dengan uji puntir .Sehingga didaptakan hasil penelitian Analisa Uji Puntir dan Uji kekerasan3.3 Sketsa Gambar

Uji PuntirUji Kekerasan

3.4 Teknik Pengumpulan Data dan Pengolahan DataData yang telah di observasi diteliti dengan pengukuran secara langsung kemudian di analaisis3.4.1 Metode Pengumpulan DataMetode Pengumpulan Data yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah:1. Dengan cara mempersiapkan bahan St 37 dan media pendingin dipersiapakan2. Alat Uji seperti alat uji kekerasan dan uji Puntir dipersiapkan3. Bahan yang kan di uji dimasukan dalam oven (Pemanas).4. Pengaturan suhu oven sesuai dengan yang ingin dicapai5. Dilakukan pengujian kekerasan dan dilakukan pengambilan gambar melalui optic uji kekerasan6. Proses pengambilan data dimulai7. Hasil dari uji kekerasan dan uji puntir dianalisis dan dimasukan dalam tabel dan Grafik.3.4.2 Teknik Pengolahan DataUntuk mendapatkan data data dan hubungan yang diinginkan maka dilakukan langkah pengolahan data sebagai berikut:1. Data perhitungan pengolahan data uji kekerasan dan uji tarik dimasukan dalam bentuk tabel.

Tabel Pengujian KekerasanNo.Media PendinginTempratur

550575600625650

IIIIIIIVV

1

2

3

4

5

6

7

Jumlah rata-rata

Tabel Pengujian Puntir

No.BahanKekuatan Puntir (Tensile Strength) (Mpa)SUHU

Baja ST 37UmumStandar BKIHasil Pengujian

11500

22575

33600

44625

55 700

3.5 Diagram Alir

START

Pembahasan

Pengumpulan Data :1. Jurnal2. Buku-buku

Menyiapkan bahan dan media pendinginPengujian kekerasanPengujian puntir

Hasil

Kesimpulan

END

Ya

Tidak