sidang tugas akhir (tm091486) - digilib.its.ac.id · umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus...
TRANSCRIPT
Sidang Tugas Akhir (TM091486)
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Soeharto, DEA
Oleh :
Budi DarmawanNRP 2105 100 160
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya20010
1. Baja AISI 1045 merupakan material yang sangat banyak digunakandalam bidang industri.
2. Sifat mekanik yang dimiliki sangat beragam dan mudah untukdirekayasa.
3. Pembebanan dinamis sering dialami pada aplikasi penggunaanmaterial ini terutama pada poros berputar.
4. Intensitas pembebanan mengakibatkan kelelahan dan berakibat pada
kegagalan material
Perumusan Masalah
Bagaimana perubahan umur lelah baja AISI 1045 setelah mengalamivariasi proses tempering pada pembebanan rotating bending.
Latar Belakang
1. Membandingkan umur lelah material awal dengan material yang telahmengalami proses quench-tempering (perbandingan kurva S-N)sebagai akibat perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro.
2. Membandingkan sifat mekanik secara umum dari baja AISI 1045 awaldengan hasil quench temper variasi temperatur dan waktu temperserta melihat pengaruhnya terhadap umur lelah material.
1. Komposisi material dianggap homogen dan kekasaran permukaanyang sama di setiap sisi.
2. Pengujian dilakukan di temperatur kamar dan fluktuasi temperatursekitar tidak terlalu signifikan.
3. Dimensi poros satu dan lainnya dianggap sama.4. Pengaruh lingkungan tidak signifikan.5. Kecepatan perputaran mesin uji dianggap konstan di setiap
pengamatan.
1. Memberi sumbangan data umur lelah material Baja AISI 1045terhadap dunia pendidikan dan industri.
2. Menjadi acuan untuk penelitian selanjutnya yang lebih dalam danmenyeluruh.
3. Melengkapi dan memperkaya data umur lelah material Baja AISI 1045yang didapat sebelumnya.
Baja karbon : material paduan unsur besi (Fe) dan Karbon (C) berkadar antara0.008% sampai 2% dan elemen-elemen lain dengan kadar tertentu.
Untuk Baja AISI 1045
Komposisi Kimia material Sifat Mekanik Material
Nama Kimia Persentase(%)
Carbon 0.42-0.50
Mangan 0.50-0.80
Silikon Maks. 0.40
Sulfur 0.02-0.04
Crom+Molibdenum+Nikel
Maks. 0.63
Sifat Mekanik Keterangan
Kekuatan Tarik 596 N/mm2
Kekuatan Luluh 380 N/mm2
Elongation 16% per 50 mm
Modulus Elastisitas 200 GPa
Massa Jenis 7.87 gr /cm
Dasar Teori
Umur lelah didefinisikan sebagai jumlah siklus yang dicapai materialsampai material tersebut mengalami patah dengan pembebanantertentu.
Batas lelah (fatigue limit) didefinisikan sebagai besarnya bebanmaksimal yang menghasilkan umur lelah tak terhingga.
(Soeharto, Dr. Ir. 1999 Diktat Kuliah : Mekanika Patahan. Surabaya :
Teknik Mesin FTI – ITS)
1. Sebagian besar kelelahan muncul akibat pembebanan fluktuatif dibawah kekuatan statisnya.
2. Munculnya slip di daerah konsentrasi tegangan.
3. Beban berulang merambatkan slip ke batas butir yang lain.
4. Perambatan terus terjadi sejauh pembebanan berlangsung.
5. Material mengalami kegagalan setelah kelelahan mencapai kekuatanstatisnya.
Crack Initiation
Crack Propagation Patah Statik
Prinsip Kelelahan Material
Intrusi dan Ekstrusi di bidang permukaan material
Skema terjadinya mekanisme awal retak dan perambatannya.
Merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginanterhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktutertentu, dimaksudkan untuk memperoleh sifat tertentu darimaterial tersebut.
Proses Tempering
proses memanaskan kembali martensit ke suatu temperaturtertentu dan menahannya pada temperatur itu selama beberapa
saat lalu didinginkan kembali.
Perlakuan panas
Material dipanaskan hingga temperatur austenit
Penahanan selama kurang lebih satu jam.
Quenching ke temperatur ±50°C
Memanaskan kembali material hingga temperatur tertentu
Penahanan dilakukan sesuai parameter
Melakukan pendinginan di udara terbuka
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
Waktu
Skema Proses laku panas tempering
Tegangan pada pengujian lentur putar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
M = πSd3/32 atau M = 0,0982Sd3
dimana :
M = Penyetelan untuk beban momen (lb-in)
d = Penampang diameter terkecil spesimen(in)
S = Tegangan spesimen (psi)
Metodologi Penelitian
Flowchart
PercobaanSpesimen baja poros AISI 1045
Persiapan dan
Pembentukan Spesimen
Tanpa Perlakuan
Tempering (temperatur
200 ,300 ,400 C dan
waktu temper 1 jam, 3jam, dan 5
jam)
Pembentukan Spesimen
sesuai standart
Pendapuran (temperatur
850 C)
ditahan selama 1 jam
Quenching (air, temperatur:
20 C-30 C)
A
B
START
Uji Tarik
Uji
KelelahanPengamatan
Struktur MikroUji Kekerasan
(Rockwell C)
Analisa dan pembahasan
Kesimpulan
END
Pola patahan
A B
Flowchart lanjutan
Uji Kelelahan
Dilakukan pada spesimen yang telah mengalami variasi perlakuanpanas quench-temper
Mesin yang digunakan adalah Mesin Uji Lelah Rotating Beam modelRBF 200 dari Fatique Dinamics Inc.
Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada : 0,7σu ; 0,6σu dan 0,5σu
pada R=-1 dan frekwensi = 50 Hz.
Nama mesin : RBF-200
Daya mesin : 0.33 Hp
Voltage mesin : 115 V
Frekuensi : 100 Hz
Beban Bending maksimum : 200 lb-in terbagi
tiap 10 lb-in
Putaran maksimum : 10.000 rpm
Ukuran cycle maksimum : 999.999.900
cycle disajikan dalam 7 digit dengan
rasio pembacaan 1: 100
Pengujian dilakukan untuk melihat struktur mikro material. Perbedaan
yang akan terlihat cukup jelas adalah besar butir antara variasi satu denganyang lainnya.
mm Area pengambilan sampel struktur mikro
Untuk mengetahui perubahan kekerasan material setelah perlakuan panas.
Dalam hal ini digunakan mesin uji Rockwel skala C.
Area atau titik-titik yang akan diindentasi.
Tempering akan dilakukan untuk variasi temperatur 200 C,300 C, dan 400 C dengan waktu temper 3, 5, dan 7 jam.
Data pengujian tarik material awal
No. Spesimen Kekuatan yield(MPa)
Kekuatan tarik(MPa)
1 396,21 590,33
2 399,45 596,12
3 398,10 605,43
Rata-rata 397,92 597,55
Pengujian tarik dilakukan di laboratorium Metalurgi dengan alat yang
telah terkalibrasi
Hasil uji tarik material hasil tempering dan material
awal
Parameter PengujianSpesimen
I II III
Diameter spesimen (mm) 9 7.9 8.4
Luas penampang (mm) 63.64 49.04 55.44
Gauge length (mm) 51.4 49.3 50
Beban lumer (kN) 24.8 75.32 49.7
Beban maksimum (kN) 38.3 95.4 53
Diameter akhir (mm) 6.20 7.50 7.80
Luas penampang akhir (mm2) 30.20 44.20 47.80
Gauge length setelah patah, L1 (mm) 62.25 50.3 52.3
∆ L setelah patah (mm) 10.85 1 2.3
Yield strength (N/mm2) 389.7 1535.9 896.5
Tensile strength (N/mm2) 601.8 1945 1136.4
Poison’s ratio (υ) 0.67 0.4 0.64
Modulus Elasticity (GPa) 194.85 767.9 448.25
Elongation (%) 21 2 4.6