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 :

Proses Quenching and Partitioning

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

Mesin Uji Lelah

Gambar mesin uji lelah reversed bending LFE-150

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 percobaan dan teoritis material awal (non treat)

Data Uji Lelah (Lanjutan) Kurva S-N percobaan dan teoritis material Quenching and partitioning

Data Uji Lelah (Lanjutan) Kurva S-N Gabungan hasil percobaan material quenching and partitioning, material

awal (non treat), serta material quenching and tempering

Data Uji Lelah (Lanjutan) prosentase perbandingan umur lelahnya yaitu :