TUGAS MATA KULIAH METODOLOGI PENELITIAN

(PROPOSAL PENELITIAN)

DISUSUN OLEH :NAMA : SUDARWANTONIM : 41310120011

TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS MERCUBUANAJAKARTA

2013

1

A. JUDUL PENELITIAN

“ PENGARUH TEMPERATUR ANIL DAN WAKTU TAHAN TERHADAP

SIFAT KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA BESI COR

KELABU DENGAN METODE PENGUJIAN KEKERASAN BRINELL

DAN UJI METALOGRAFI ”

B. BIDANG ILMU

- Manufaktur

C. LATAR BELAKANG MASALAH

Dalam setiap industri modern saat ini, tahapan proses produksi sangatlah

penting, terutama pada produksi yang hasilnya memerlukan ketelitian dimensi

dan faktor keamanan yang tinggi. Dilain pihak, konsumen menuntut

peningkatan kualitas dan nilai ekonomis dari hasil produksi yang dihasilkan.

Ada tiga kriteria dasar yang melandasi produksi ekonomis, yaitu :

1. Suatu desain fungsional yang sederhana dan memiliki mutu

estetika yang memadai.

2. Pemilihan bahan yang tepat berdasarkan pertimbangan sifat fisis,

penampilan, harga, dan pembuatannya.

3. Pemilihan proses memproduksi yang mampu menghasilkan produk

dengan ketelitian dan penyelesaian permukaan yang memenuhi

persyaratan dan dengan harga yang serendah mungkin.

Untuk memenuhi kebutuhan industri tersebut, maka perlu ditunjang oleh

tersedianya bahan yang memilkiki kualitas dan sifat mekanis yang baik pula.

2

Dewasa ini terdapat berbagai jenis bahan yang banyak digunakan dalam sektor

industri manufakturing. Jenis-jenis yang sangat beragam tersebut kadang kala

menyulitkan pemilihan yang tepat. Oleh karena itu pemilihan yang tepat pada

dasarnya merupakan kompromi antara berbagai sifat, lingkungan, dan cara

penggunaan sehingga sampai dimana sifat bahan tersebut dapat memenuhi

persyaratan yang telah ditentukan

Salah satu jenis bahan atau material yang digunakan dalam sektor

industri manufakturing tersebut adalah jenis logam (ferro) yaitu besi cor

kelabu yang banyak digunakan antara lain untuk : blok mesin, roda gigi, dan

flens kopling.Agar sesuai dengan kebutuhan, maka sifat-sifat mekanis dan

sifat mampu mesin bahan tersebut harus diperbaiki salah satunya adalah

dengan perlakuan panas anil ( Heat Treatment Anneling ) yang bertujuan agar

kadar kekerasan suatu bahan berkurang dan keuletannya semakin meningkat

sehingga akan mudah dalam proses pembuatannya dalam permesinan lanjut.

D. TUJUAN PENELITIAN

1. Mengetahui nilai kekerasan bahan/material pada proses

perlakuan panas dengan cara peng-anilan

2. Mengetahui pengaruh temperatur dan waktu tahan

terhadap perubahan struktur mikro yang dihasilkannya

3. Meningkatkan kualitas dari sifat logam uji, sehingga

memberikan gambaran yang tepat terhadap pemilihan bahan

3

E. PEMBATASAN MASALAH

Didalam penelitian ini penulis membatasi pembahasan dengan batasan

umum, yang antara lain :

1. Material yang digunakan adalah besi cor kelabu

2. Proses perlakuan panas yang digunakan adalah dengan cara dianil dengan

menggunakan :

- Temperatur 700C, 800C, dan 900C

- Waktu tahan 30, dan 60 menit

3. Proses pengujian kekerasan dengan menggunakan pengujian kekerasan

brinell, dan pengamatan perubahan struktur mikro dengan menggunakan

uji metalografi

F. METODOLOGI PENELITIAN

Adapun metode yang diterapkan penulis dalam penyusunan laporan ini

ada beberapa metode :

1. Metode field survey, yaitu : eksperimen murni yang dilakukan

disuatu instansi tertentu, untuk mendapatkan data-data primer yang

dibutuhkan dalam penelitian.

2. Metode literature review, yaitu : dengan membaca buku-buku dan

diktat kuliah tentang teori yang berhubungan dengan objek

penelitian.

3. Metode interview, yaitu : dengan melakukan sharing informasi

dengan para ahli serta melakukan assitensi dengan dosen.

4

G. SISTEMATIKA PENULISAN

Untuk memperjelas mengenai penelitian yang akan dibahas, maka

sisitematika penulisan yang dipergunakan adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang masalah, tujuan penelitian,

pembatasan masalah dan sistematika penulisan laporan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang teori-teori materi pembahasan yang

berhubungan dengan perlakuan panas dan pengujian-pengujian

yang dilakukan, dimana menjadi acuan dalam pengolahan data

analisis hasil pengujian, yang merupakan kutipan atau isi dari

buku-buku dan berbagai referensi yang berhubungan dengan

masalah yang diangkat.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan tentang metode penelitian yang digunakan

dalam proses penelitian serta diagram alir pada proses penelitian

yang berisi tentang proses perlakuan panas, prosedur pengujian

kekerasan dan struktur mikro.

BAB IV : DATA HASIL PENGUJIAN

Bab ini berisikan tentang data-data hasil pengujian kekerasan,

dan struktur mikro.

5

BAB V : ANALISA DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan tentang hasil pengujian dan perhitungan dari

data-data yang ada serta pembahasannya secara keseluruhannya.

BAB IV : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengolahan dan

analisis data, serta saran yang akan berguna dan berhubungan

dengan penulisan laporan ini.

F. TINJAUAN PUSTAKA

I. Perlakuan Panas

Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan logam

dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis logam tersebut. Besi dan

baja dapat dipanaskan sehingga tahan aus dan kemampuan memotong

meningkat atau besi dan baja dapat dilunakkan untuk memudahkan pemesinan

lanjut.

Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan

besar butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat

dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet untuk

memungkinkan perlakuan panas yang tepat, susunan kimia besi dan baja harus

diketahui karena perubahan komposisi kimia, khususnya karbon karena dapat

mengakibatkan perubahan sifat-sifat fisis.

6

Perlakuan panas dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu :

1. Pengerasan (Hardening)

Pengerasan adalah proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di

atas daerah kritis disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar

karbon diketahui, suhu pemanasannya dapat dibaca dari diagram fasa besi-

karbida besi- karbida besi, akan tetapi bila komposisi baja tidak diketahui

perlu diadakan percobaan untuk mengetahui daerah pemanasannya. Cara

yang terbaik ialah memanaskan dan mencelup beberapa potong baja pada

berbagi suhu disusul dengan pengujian kekerasan atau pengamatan

mikroskopik. Bila suhu yang tepat telah diperoleh akan terjadi perubahan

dalam kekerasan dan sifat lainnya.

2. Tempa

Besi atau baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk

digunakan. Melalui temper kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan

sampai memenuhi persyaratan penggunaan kekerasan turun, kekuatan tarik

akan turun pula sedang keuletan dan ketangguhannya akan meningkat.

Proses tempa terdiri dari pemanasan kembali (reheating) dari besi atau

baja yang telah dikerasakan pada suhu dibawah suhu kritis disusul dengan

pendinginan.

3. Anil

Proses anil adalah proses laku panas dimana bahan mengalami pemanasan

yang agak lama disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan .

Bilamana logam mengalami pengerjaan dingin, dengan salah satu operasi

pembentukan industri, terjadi perubahan pada sifat fisik maupun mekanik.

7

Terjadi peningkatan kekerasan dan kekuatan akibat perlakuan kerja hal ini

mungkin bermanfaat untuk tujuan tertentu, akan tetapi seringkali logam

perlu dipulihkan kekondisi awal untuk memungkinkan pengerjaan lanjut

atau untuk mendapatkan sifat fisik optimum seperti konduktivitas listrik.

Perlakuan untuk menurunkan kekerasan dan untuk meningkatkan keuletan

logam disebut anil. Ini berarti bahwa logam yang telah mengalami

deformasi dipanaskan pada temperature yang lebih tinggi dari pada

sepertiga titik cair absolut.

Tujuan utama dari proses anil adalah pelunakan, sehingga logam

yang telah dikeraskan dapat dikerjakan melalui permesinan atau

pengerjaan dingin. Hal ini dilakukan dengan memanaskanya sedikit diatas

suhu kritis Ac3, lalu dibiarkan sampai suhu merata dan disusul dengan

pendinginan secara perlahan-lahan sambil dijaga agar suhu dibagian luar

dan dalam kira-kira sama.

Agar kekerasan minimal dan keuletan maksimal, laju pendingin

harus lambat, untuk ini dapat dilakukan pendinginan dalam dapur dengan

perubahan suhu yang bervariatif, makin tinggi kadar karbon makin lambat

laju pendinginannya.

II. Sifat Mekanik

Kekerasan suatu logam sering didefinisikan sebagai kekerasan

beban terhadap penetrasi pada permukaannya. Pengujian kekerasan

merupakan salah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai karena

8

dapat dilakukan pada benda uji yang kecil sekalipun tanpa kesukaran

mengenai spesifikasi.

Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekankan

penekan tertentu terhadap benda uji dengan beban tertentu dan dengan

mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk diatasnya, cara ini

dinamakan cara kekerasan penekanan. Selanjutnya ada cara lain dengan

menjatuhkan bola baja dengan ukuran dan ketinggian tertentu diatas benda

uji sehingga diperoleh tinggi pantulannya.

Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan luluh atau tarik logam

karena selama penjejakan logam mengalami deformasi plastis sehingga

terjadi regangan dengan persentase tertentu.

a. Kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan brinell merupakan pengujian standar secara

industri, pengujian ini biasa menggunakan indikator berbentuk bola

kecil dengan bahan dasar baja dengan dimensi yang bervariatif.

Nilai kekerasan Brinell (BHN) didefinisikan sama dengan tegangan

(P/A) dalam satuan Kg/mm2.

Dimana : P = Beban

A = Luas permukaan jejak indentor yang berbentuk cekung

d = Diameter jejak

D = Diameter indentor

9

b. Kekerasan Vickers

Nilai kekerasan vickers (VBN) didefinisikan sama dengan beban

dibagi luas jejak piramida dalam satuan kg/mm2 dan besarnya kurang

lebih 3 kali besar tegangan luluh untuk logam-logam yang tidak

mengalami pengerasan pengerjaan cukup berarti.

Pada pengujian jenis ini digunakan alat yang terbuat dari intan dan

berbentuk pyramid sebagai alat penekan.

c. Kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan rockwell paling banyak digunakan karena

penekan dan bebannya dapat dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan

sehingga cocok untuk semua material yang keras dan yang lunak

sekalipun, disamping itu juga karena penggunaanya yang sederhana.

Pengukuran kekerasan digolongkan dalam kelompok pengujian tak

merusak (NDT), dan diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang,

karena kekerasan sebanding dengan kekuatan tarik, sedang ketahanan aus

berbanding terbalik dengan kekerasan.

Karena kekerasan mudah ditentukan atau tidak merusak, maka cara

pengujian ini sering dimanfaatkan untuk pengendalian mutu (Quality

Control) pada proses-proses perlakuan panas, pembentukan dingin

maupun pembentukan panas.

10

III. Besi Cor

Besi cor adalah paduan : besi + karbon + silikon dengan unsur

tambahan lainnya. Kadar karbon tinggi sehingga besi cor bersifat rapuh

dan tidak dapat ditempa. Besi mempunyai sifat fisis atau mekanik yang

berbeda-beda, hal ini dipengaruhi oleh unsur paduannya yang terdapat

didalamnya seperti Karbon, Silicon, Mangan, Fosfor dan Belerang.

Kekuatan, kekerasan, kemampuan mesin (machinability),

ketahanan aus dan lainya perlu diatur kembali dalam dapur jenis lainnya.

Besi Cor Kelabu

Besi cor dengan kadar Silikon yang tinggi (~2 % Si)

membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak terbentuk serpih

grafit terbentuk dalam logam sewaktu membeku. Bila logam kita tarik,

bidang perpatahannya terjadi dari serpih yang satu keserpih lainya,

karena grafit yang menyerupai mika sangat rapuh. Jadi sebagian besar

permukaan perpatahan melintasi grafit sehingga permukaan berwarna

kelabu. Oleh karena itu diberi nama besi cor kelabu.

Besi cor kelabu sangat rendah keuletannya, karena adanya

serpihan karbon, namun besi cor mudah harganya. Selain itu, dengan

adanya serpih-serpih ini, besi cor kelabu merupakan peredam getaran

yang sangat baik. Kekuatan tarik besi cor kelabu berkisar antara 140

sampai 415 Mpa. Oleh karena kelebihan-kelebihan tersebut maka besi

cor banyak digunakan dalam industri, sebagai landasan mesin dan alat-

alat berat.

11

Kandungan unsur kimia besi cor

Unsur Kadar ( % Berat )

Karbon (C) 3,00 - 3,50

Silikon (Si) 1,00 - 2,75

Mangan (Mn) 0,40 - 1,00

Fosfor (P) 0,15 - 1,00

Belerang (S) 0,02 - 0,15

Besi (Fe) Sisanya

12

G. DIAGRAM ALIR/ FLOW CHART PENELITIAN

13

START

Persiapan Sampel

Uji Kekerasan

Uji Komposisi Kimia Uji Kekerasan Struktur Mikro

Pengolahan Data

Pembahasan Literatur

Kesimpulan

Proses Pendinginan

T anil – T ruang : Di Udara

END

STOP

Perlakuan PanasProses PenganilanTemperatur : 700o C

800o C 900o C

Waktu Tahan : 30 Menit 60 Menit

Pengamatan Stuktur Mikro

DAFTAR PUSTAKA

1. B. J Moniz, Metallurgy, American Plubishers, America, 1994.

2. Donald S. Clark. Metallurgy for Engineers, American Book, New York,

1962.

3. Goerge Krauss, Steels Heat Treatment and Processing Principle, Ohio

1990.

4. Kusharjanto, Perlakuan Panas dan Metalografi, Laboratoria Teknik

Metalurgi Unjani, Bandung, 1998.

5. K. E Thelning, Steels And Its Heat Treatment Second Edition, Head of

Research and Development Smedjebacken Boxholm Stal AB, Sweden,

1984.

6. Reed Hill, Physical Metallurgy Principles, PWS-Kent Publisshing

Company, Boston, 1992.

7. Rochim Suratman, Panduan Proses Perlakuan Panas , Lembga

Penelitian ITB, 1994.

8. R. E. Smallman, Metalurgi Fisik Modern, PT Gramedia, Jakarta, 1991.

9. Metal Handbook vol.7 Attlas of Microstructure of Industrial Alloy, ASM

International, 1972.

14