ILTEK,Volume 8, Nomor 15, April 2013
PENGARUH HASIL PENGELASAN TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA ST 42 Saripuddin M, Dedi Umar Lauw Dosen Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Islam Makassar email:
[email protected]
ABSTRAK Pengelasan merupakan bagian tak terpisahkan dari pertumbuhan peningkatan industri karena memegang peranan utama dalam rekayasa dan reparasi produksi logam. Hampir tidak mungkin pembangunan suatu pabrik tanpa melibatkan unsur pengelasan. Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat mekanis yang dimiliki pelat baja ST 42 mengalami proses perlakuan pengelasan dengan las busur listrik dan perubahan struktur mikro akibat pengelasan. Dan untuk mengetahui pengaruh pengelasan terhadap kekuatan dan kekerasan baja ST 42. Dari hasi penelitian diperoleh Material logam induk adalah baja ST 42 dengan sifat sifat mekanis sebagai berikut Kekuatan tarik: 43,802 Kg/mm2, Regangan patah: 4,833 % , Reduksi penempang patah: 6,45 %, Kekerasan Rockwall: 132,424 Karakter patahan : Patah getas Kekerasan yang terjadi akibat pengaruh pengelasan terdistribusi sesuai dengan jarak dari titik pusat las. Semakin jauh dari titik pusat las semakin kecil pengaruhnya, ini terjadi karena pengaruh panas pada daerah ini juga semakin kecil, semakin besar arus yang dipakai saat pengelasan, maka semakin kasar bentuk butiran logam Kata Kunci : Kekuatan, Kekerasan, Struktur Mikro Baja Pengelasan dengan busur listrik merupakan salah satu jenis proses pengelasan yang sering dijumpai karena pelaksanaannya cukup sederhana, fleksibel dan tidak memerlukan peralatan yang mahal. Pada umumnya proses pengelasan jenis ini banyak dipergunakan pada bengkel las besar atau kecil. Berdasarkan latar belakang di atas, maka penulis tertarik untuk meneliti pengujian kekerasan, kekuatan tarik dan metalografi pada hasil pengelasan plat baja ST 42 dengan menggunakan las listrik.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengelasan merupakan bagian tak terpisahkan dari pertumbuhan peningkatan industri karena memegang peranan utama dalam rekayasa dan reparasi produksi logam. Hampir tidak mungkin pembangunan suatu pabrik tanpa melibatkan unsur pengelasan. Pada area industrialisasi dewasa ini teknik pengelasan telah banyak dipergunakan secara luas pada penyambungan batang-batang pada konstruksi bangunan baja dan konstruksi mesin. Luasnya pengguanaan teknologi ini disebabkan karena bangunan dan mesin yang dibuat dengan teknik penyambungan menjadi ringan dan lebih sederhana dalam proses pembuatannya. Lingkup penggunaan teknik pengelasan dalam bidang konstruksi sangat luas, meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja, pipa saluran dan lain sebagainya. Di samping itu proses las dapat juga dipergunakan untuk reparasi misalnya untuk mengisi lubang-lubang pada coran, membuat lapisan keras pada perkakas, mempertebal bagian-bagian yang sudah aus dan lain-lain. Pengelasan bukan tujuan utama dari konstruksi, tetapi merupakan sarana untuk mencapai pembuatan yang lebih baik. Karena itu rancangan las harus betul-betul memperhatikan kesesuaian antara sifat-sifat las yaitu kekuatan dari sambungan dan memperhatikan sambungan yang akan dilas, sehingga hasil dari pengelasan sesuai dengan yang diharapkan.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah, maka peneliti merumuskan 1. Bagaimana sifat mekanis yang dimiliki pelat baja ST 42 mengalami proses perlakuan pengelasan dengan las busur listrik dan perubahan struktur mikro akibat pengelasan. 2. Bagaimana pengaruh pengelasan terhadap kekuatan dan kekerasan baja ST 42 . 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah : 1. Untuk mengetahui sifat mekanis yang dimiliki pelat baja ST 42 mengalami proses perlakuan pengelasan dengan las busur listrik dan perubahan struktur mikro akibat pengelasan. 2. Untuk mengetahui pengaruh pengelasan terhadap kekuatan dan kekerasan baja ST 42
1063
ILTEK,Volume 8, Nomor 15, April 2013 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang ingin dicapai yaitu : 1. Dapat mengetahui nilai hasil uji tarik, kekerasan yang terjadi pada proses penyambungan setelah proses pengelasan listrik 2. Dapat membandingkan parameter pengelasan dengan cara mengetahui pengaruh hasil pengelasan listrik terhadap kekuatan tarik, kekerasan dan pada pelat baja ST 42. 3. Dari data-data ini dapat menjadi refrensi bagi peneliti selanjutnya tentang pengelasan listrik.
ditentukan kekuatan tarik (σ), Renggangan (ε) dan modulus elastisitas (E) dengan rumus : Tegangan Tarik
METODOLOGI PENELITIAN
Dimana : σ = T egangan tarik dalam kg/mm2 F = Beban maximum pada waktu pengujian dalam kg Ao = Luas penampang dalam mm2 Regangan L x100% Lo Dimana : ε = Renggangan dalam % ΔL = Perpanjangan dalam mm Lo = Panjang asal dalam mm
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian Pelaksanaan penelitiaan ini dilakukan di Laboraturium Mekanik Fakultas Teknik Universitas Islam Makassar selama dua bulan.
2.2 Bahan dan Alat Penelitian 2.2.1 Bahan Didalam penilitan ini bahan uji yang digunakan adalah pelat baja St 42. dengan ukuran 200 mm × 40 mm × 4 mm dengan jumlah 8 (delapan) specimen dan ukuran 100 mm × 40 mm × 4 mm dengan jumlah 2 (dua) specimen. o 60
F Ao
Modulus elastisitas (E)
E
Dimana : E = Modulus elastisitas dalam kg/mm2 Σ = Kekuatan tarik dalam kg/mm2 Ε = Renggangan dalam %
4
200
ANALISA DAN PEMBAHASAN
40
3.1 Uji Kekerasan dan Kekuatan Tarik Dalam penelitian ini dilakukan proses pengelasan baja karbon yang sama yaitu baja karbon rendah (ST 42) Proses pengelasan dilakukan dengan menvariasikan arus yaitu 65 A, 75 A dan 85 A, kecepatan dan tegangan tetap. Dari hasil pengelasan tersebut untuk setiap parameter dilakukan pengujian sifat mekanik yaitu uji kekerasan pada daerah logam las dan HAZ juga pengujian kekuatan tarik.
Gambar 2.1 Specimen 2.2.2. Alat Uji yang digunakan a. b. c. d. e. f. g. h. i.
Amplas Pasta Poles Bahan Etsa Resin dan Hardener Gergaji Gerinda Mesin Sekrap Mesin Las Alat Uji Kekerasan
2.3 Metode Analisis Berdasarkan data pengujian dan grafik tegangan tarik (σ) regangan (ε), dan modulus elastisitas (E) dapat diketahui bahwa benda uji menggunakan las listrik mempunyai tegangan tarik dan regangan yang lebih tinggi dari pada pengelasan dengan las asetilin, sedangkan modulus elastisitasnya lebih rendah. Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan yang dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik bahan sewaktu mengalami pembebanan. Kekuatan suatu bahan dapat dilihat dari nilai kekuatan tariknya, semakin tinggi kekuatan tariknya maka bahan tersebut semakin kuat.Setelah melakukan pengujian dan mengetahui hasil pengujian tarik, maka dapat
Grafik 3.1. Distribusi kekerasan akibat pengelasan dengan arus 65 A
Berdasarkan data pada tabel distribusi kekerasan tiap spesimen pada daerah HAZ (Heat Affected Zone) dengan jarak titik pengujian 3 mm dari kiri HAZ dan 6 mm dari kiri HAZ dan dianggap simetris yang berarti sama dengan 3 mm kekanan dan 6 mm kekiri HAZ menuju pusat las dihasilkan kekerasan yang berbedabeda tiap masukan panas yang berbeda pula. 1064
ILTEK,Volume 8, Nomor 15, April 2013 Berdasarkan hasil pengujian kekerasan spesimen pengelasan baja karbon 65 A pada grafik 3.1 menunjukkan bahwa: - Kekerasan sambungan las yang tertinggi baik di daerah HAZ maupun logam las terjadi pada posisi titik nol (daerah logam las) dengan rata-rata kekerasan dari tiga sampel sebesar 186,260 HR - Kekerasan terendah pada daerah HAZ terjadi pada posisi -6 sebesar 123,424 HR, - Kekerasan tertinggi pada daerah HAZ terjadi pada posisi -3 yaitu 153.102 HR
-
-
Kekerasan sambungan las yang tertinggi baik di daerah HAZ maupun logam las terjadi di posisi titik nol (daerah logam las) dengan rata-rata kekerasan dari tiga sampel sebesar 199,907. Kekerasan terendah pada daerah HAZ terjadi pada posisi -6 yaitu147,102HR. Kekerasan tertinggi pada daerah HAZ terjadi pada posisi -3 yaitu 162.333 HR.
Dari grafik 3.3 diperoleh bahwa spesimen pengelasan baja karbon arus 85 A seperti halnya dengan arus 65 A dan 75 A kekerasan tertinggi terjadi pada daerah logam logam las dibandingkan dengan daerah HAZ dan logam induk. Untuk logam induk dan HAZ . Namun kekerasan logam induk & HAZ untuk masing-masing material terdistribusi dengan baik. Pada grafik dan tabel menunjukkan bahwa makin tinggi arus maka kekerasan logam las dan HAZ cenderung makin besar baik pada pengelasan. Hal ini menunjukkan bahwa arus yang lebih rendah (65 A) mempunyai kualitas hasil pengelasan lebih baik karena mempunyai keuletan yang lebih baik dan tidak rentang terhadap keretakan.
Grafik 3.2. Distribusi kekerasan akibat pengelasan dengan arus75 A
Berdasarkan hasil pengujian kekerasan spesimen pengelasan baja karbon dissimilar dengan arus 75 A pada grafik 3.3. menunjukkan bahwa : - Kekerasan sambungan las yang tertinggi baik di daerah HAZ maupun logam las terjadi di posisi titik nol (daerah logam las) dengan rata-rata kekerasan dari tiga sampel sebesar 187,085 HR - Kekerasan tertinggi pada daerah HAZ , terjadi pada posisi -3 yaitu 160.494 - Kekerasan terendah pada daerah HAZ terjadi pada posisi -6 yaitu sebesar 112.892 HRaz
Grafik 3.4. Hubungan antara nilai kekerasan daerah las dengan ampere
Dengan demikian dari penelitian diperoleh hasil dimana pengelasan baja dengan arus 65 A, 75 A, 85 A semuanya memiliki sifat kekerasan tertinggi pada daerah logam las dibandingkan dengan kekerasan logam induk dan HAZ, juga distribusi kekerasan relatif merata pada daerah logam induk dan HAZ. Hal ini menunjukkan bahwa kekerasan logam las cukup baik. Namun pada daerah logam induk, HAZ dan logam las untuk setiap variasi arus yaitu : 65 A, 75 A, 85 A menunjukkan pengelasan baja semuanya memiliki sifat kekerasan yang lebih baik. - Untuk sampel dengan 65 A memiliki kekuatan tarik (σu) = 42.548 – 47.157 kgf dengan rata-rata 44.911 kgf, persentase reduksi luas penampang (r) = 5,41 – 8,80 dengan rata-rata 7,28 %,/elongasi (ε) = 0.17 – 0,5 dengan rata-rata 0.39 %, posisi patah pada HAZ dan patahan yang terjadi patah getas. - Untuk sampel dengan 75 A memiliki kekuatan tarik (σu) = 43.576 – 45.118 kgf dengan kekuatan tarik rata-rata 44.498kgf, persentase reduksi luas penampang (r) = 2.00 – 7.34 % dengan rata-rata 5.28 %, regangan/elongasi (ε) = 0.33 – 0.67 % dengan rata-rata 0.50 %, posisi patah pada HAZ (St 80 & St 42) dan patahan yang terjadi patah getas.
Dari hasil analisa data grafik 3.2 memperlihatkan bahwa spesimen pengelasan baja karbon 75 A seperti halnya dengan 65 A kekerasan tertinggi terjadi pada daerah logam logam las. Untuk logam induk dan HAZ lebih kecil. Namun kekerasan logam induk & HAZ tetap terdistribusi dengan baik. Berdasarkan hasil pengujian kekerasan spesimen pengelasan baja karbon dissimilar dengan arus 85 A pada tabel dan grafik menunjukkan bahwa :
Grafik 3.3. Kekerasan distribusi akibat pengelasan dengan arus 85 A
1065
ILTEK,Volume 8, Nomor 15, April 2013 -
Sehingga diperoleh :
Untuk sampel dengan 85 A memiliki kekuatan tarik (σu) = 40.952 – 43.079 kgf dengan rata-rata 41.998 kgf, persentase reduksi luas penampang (r) = 5.41–8.45 % dengan rata-rata 6.79%, regangan/elongasi (ε) = 0.33–0.83 % dengan ratarata 0.56 %, posisi patah pada HAZ dan patahan yang terjadi patah getas.
Dm
80 . 6 . 10 3 22 . 150
( m) ( m)
480000 ( m) 3300
Dm 145,4545 (m)
-
3.2 Struktur Mikro - Besar Butiran Logam Pengujian ini bukan mengukur luas permukaan, melainkan mengukur harga rata-rata besar diameter butiran kristal. Pada pengujian ini diperlukan garis paralel sebanyak 5-10 buah, yang digambar langsung pada foto gambar butiran hasil penelitian. Setiap garis tersebut mempunyai panjang (L) mm. Kemudian mendapatkan jumlah butiran yang terpotong oleh garisgaris tersebut diatas (2) buah. Jumlah garis yang telah digambar adalah (p) buah, dengan pembesaran gambar (V) kali, maka dengan menggunakan rumus dibawah ini kita dapat mengetahui harga rata-rata besar butiran (Dm) yang dimiliki oleh logam. L . p .10 3 Z .V
L . p .10 3 Z .V
Dm
Dari hasil uji tarik semua sampel menunjukkan bahwa semuanya patah diluar daerah las , ini menunjuukkan bahwa sesungguhnya kekuatan las dengan variasi Arus 65 A, 75 A, dan 85 A semuanya arus pengelasan yang cocok untuk penngelasan baja ST 42, tapi ini masih harus dikaji lebih dalam lagi tentang ketangguhan hasil sambungan pengelasan mengenai variasi arus ini.
Dm
Dm
Besar butiran logam hasil pengelasan baja ST 42 dengan arus 75 A
Gambar 3.2 Struktur Mikro hasil pengelasan dengan arus 75 A
baja ST42
Dari struktur mikro gambar 4.2 dengan menggunakan metode mengukur diameter butiran maka diketahui : Panjang garis (L) = 80 mm Jumlah garis (p) = 6 buah Jumlah butiran yang terpotong oleh garis (Z) = 20 butiran Pembesaran gambar = 150 X Sehingga diperoleh :
( m)
Dengan rumus harga rata-rata besar butiran (Dm) diatas maka besar butiran logam dapat ketahui seperti berikut ini : 1. Besar butiran logam hasil pengelasan dengan arus 65 A
Dm
L . p .10 3 Z .V
Dm
80 . 6 . 10 3 20 . 150
( m)
480000 3000
( m)
Dm
( m)
Dm 160,0 (m) -
Gambar 3.1 Struktur Mikro hasil pengelasan dengan arus 65 A
Besar butiran logam hasil pengelasan baja ST 42 dengan arus 85 A
baja ST42
Dari struktur mikro gambar 3.1 dengan menggunakan metode mengukur diameter butiran maka diketahui : Panjang garis (L)
= 80 mm
Jumlah garis (p)
= 6 buah
Jumlah butiran yang terpotong oleh garis (Z) = 22 butiran Pembesaran gambar
Gambar 3.3
= 150 X 1066
Struktur Mikro hasil pengelasan baja dengan arus 85 A
ILTEK,Volume 8, Nomor 15, April 2013 Dari struktur mikro gambar 4.3 dengan menggunakan metode mengukur diameter butiran maka diketahui : Panjang garis (L)
= 80 mm
Jumlah garis (p)
= 6 buah
PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Material logam induk adalah baja ST 42 dengan sifat sifat mekanis sebagai berikut Kekuatan tarik: 43,802 Kg/mm2, Regangan patah: 4,833 % , Reduksi penempang patah: 6,45 %, Kekerasan Rockwall: 132,424 Karakter patahan : Patah getas 2. Kekerasan yang terjadi akibat pengaruh pengelasan terdistribusi sesuai dengan jarak dari titik pusat las. Semakin jauh dari titik pusat las semakin kecil pengaruhnya, ini terjadi karena pengaruh panas pada daerah ini juga semakin kecil, semakin besar arus yang dipakai saat pengelasan, maka semakin kasar bentuk butiran logam
Jumlah butiran yang terpotong oleh garis (Z) = 19 butiran Pembesaran gambar
= 150 X
Sehingga diperoleh : Dm
L . p .10 3 Z .V
Dm
80 . 6 . 10 3 19 . 150
Dm
( m) ( m)
480000 ( m) 2850
4.2 Saran-saran 1. Disarankan agar dilakukan penelitian yang sama pada variasi arus yang lain. 2. Untuk kajian lebih lanjut perlu dilakukan analisis hubungan antara hasil pengelasan baja dengan variasi temperatur pemanasan awal (preheated), variasi elektroda, variasi pendinginan, variasi ketebalan benda kerja dan variasi kecepatan pengelasan.
Dm 168,4211 (m)
Selain pemanasan dan pendinginan besar butir struktur mikro dipengaruhi oleh masukan panas, yang berarti dipengaruhi juga oleh arus las. Pengaruh arus las terhadap ukuran butir struktur mikro di HAZ di perlihatkan pada gambar 3.3, artinya makin tinggi arus las yang digunakan pada saat pengelasan, maka butiran struktur mikro makin kasar. Dengan butiran yang kasar maka kekuatan dan ketangguhan HAZ menjadi rendah, sedangkan pada gambar 3.1 terlihat bahwa dengan arus pengelasan yang rendah maka masukan panas tidak terlalu besar, nampak dari besar butiran yang terjadi, dengan demikian daerah pengaruh lah HAZ juga tidak terlalu luas, sehingga ketangguhan logam cukup baik.
DAFTAR PUSTAKA B.H. Amstead, Plilip F. Oswald. 1985. Teknologi Mekanik, Jakarta: Erlangga. G. L. J. Van Vliet W. Both. 1984. Bahan-bahan 1, Jakarta: Erlangga. Harsono. Wiryosumarto, 1994. Teknologi Pengelasan Logam, Jakarta: PT. Pradnya Paramita Husaini Usman. 1995. Pengantar Statika. Jakarta: Bumi Aksara. Hery Sonawan dan Rochim Suratman. 2003. Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam, Bandung: Penerbit Alfabeta. Kenyon,W dan Ginting, 1985. Dasar-Dasar Pengelasan, Jakarta: Erlangga. L.H. Van Vlak.1992 Ilmu Dan Teknologi Bahan, Jakarta: Erlangga Nesar, Nebuka A.P.L, dkk. 2005 Pengaruh Parameter Proses pada pengelasan baja karbon lunak TIPE St -37 dengan menggunakan elektroda E3016 berdiameter 2,6 mm dan 3,2 mm, (Tugas Akhir), Makassar. R.E. Smallman.1991. Metalurrgi Fisik Modern, Jakarta: PT. Gramedia. Sriwidharto.1992. Petunjuk Kerja Las, Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Suwasti,Sri, 2003. Distribusi kekerasan pada pengelasan baja tahan karat AISI 304, (Karya Ilmiah), Makassar.
Setiap logam terjadi didalamnya pertumbuhan atom yang teratur dan dari pertumbuhan atom membentuk kristal yang kemudian membentuklah dedenrit. Apabila pertumbuhan dedenrit ini saling bersentuhan satu dengan yang lain maka terbentuklah butiran logam dan batas butiran. Dari dua macam hal yaitu butiran dan batas butiran akan berpengaruh terhadap; kekerasan, kekuatan, harga impact (kegetasan), sifat magnetis, mampu permesinan, mampu deep drawing, ketahanan, kekerasan, dan mampu lelah. Apabila pemberian panas terhadap logam melewati suhu rekristalisasi logam, maka kristal-kristal baru akan tumbuh membesar dengan melenyapkan kristal lama (cannibal fashion). Dengan meningkat terus suhu pemanasan, kristal-kristal baru tumbuh terus membesar sehingga akan didapatkan butiran kristal yang besar-besar. Hal tersebut tidak dikehendaki dalam proses ini, karena dengan butiran besar (kasar) keuletan logam menjadi rendah dibandingkan apa bila logam tersebut mempunyai butiran halus. Dengan demikian dari hasil pengujian struktur mikro ini menunjukkan bahwa hasil pengelasan besi tuang kelabu dengan preheat pada arus pengelasan 65 A mempunyai butiran logam lebih halus dibandingkan hasil pengelasan baja ST 42 dengan arus 75 A dan 85 A. 1067
