BAB I PENDAHULUAN
1.1 1.1
Lata Latarr Be Bela laka kang ng
Salah Salah satu tujuan tujuan dicipta diciptakan kannya nya teknolo teknologi gi adalah adalah untuk untuk memper mempermud mudah ah manu manusi siaa dala dalam m meme memenu nuhi hi kebu kebutu tuha han n hidu hidup. p. Hal Hal ini ini dapa dapatt dira dirasa saka kan n dan dan dibu dibukt ktik ikan an deng dengan an semak semakin in muda mudahn hny ya manu manusia sia mela melaku kuka kan n sesuat sesuatu u untu untuk k memenu memenuhi hi kebutu kebutuhan han hidup. hidup. Terlep Terlepas as dari dampak dampak negatif negatif yang yang timbul timbul akibat akibat penemuan dan penciptaan teknologi yang baru, sains dan teknologi sangat dibutuhkan oleh manusia. Sebagai contoh suatu perusahaan atau lembaga akan sangat kesulitan jika dalam ruang kerja tidak terdapat perangkat komputer untuk meny menyele elesai saika kan n tugas tugas dan peke pekerja rjaan an kant kantor or maup maupun un peru perusa saha haan an.. Kema Kemaju juan an teknologi sekarang ini telah menghasilkan berbagai kreasi dalam segala hal yang bertujuan memudahkan segala aktifitas manusia. Ada berbagai sarana transportasi tersedia, mulai dari darat, udara, dan laut. Kendaraan yang diproduksi massal di negara negara kita umumnya kendaraan kendaraan darat, salah satunya sepeda motor. motor. Sepeda motor dipr diprod oduk uksi si agar agar dapa dapatt memu memuda dahk hkan an peke pekerja rjaan an manu manusia sia,, maka maka diha dihara rapk pkan an komponen sepeda motor didesain secara efektif dan efisien serta menggunakan material komponen yang berkualitas dan tahan lama [1]. Pada saat proses pembakaran yang terjadi di dalam silinder, tenaga yang dihasilkan dihasilkan oleh gas pembakaran sangatlah tinggi. Jika piston dan kelengkapa kelengkapannya nnya tidak tidak mamp mampu u mena menaha han n daya daya ledak ledak dari dari prose prosess pemb pembak akara aran n terse tersebu but, t, dapa dapatt dipastikan kalau piston dan connecting rod (batang (batang piston) dapat pecah. Untuk itu agar agar tidak tidak terjad terjadii kejadi kejadian an terseb tersebut ut maka maka kita kita diharu diharuska skan n menget mengetahu ahuii kekuat kekuatan an dari connecting rod rod tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran menu menuju ju poro poross engk engkol ol agar agar diub diubah ah dari dari tenaga tenaga tran tranla lasi si menja menjadi di tenaga tenaga puta putar. r. Connecting Connecting rod rod juga juga dimaks dimaksimal imalkan kan untuk untuk mampu mampu menaha menahan n gaya gaya dari berat berat piston dan piston dan hasil pembakaran dalam silinder. Akibat gaya tersebut connecting rod mene meneri rima ma beba beban n aksia aksiall dan dan lent lentur ur sehin sehingg ggaa connect connecting ing rod rod harus harus mampu mampu menerima beban tersebut [1]. 1
Connecting Connecting rod rod dikena dikenaii keadaa keadaan n beban beban yang yang komple komplek. k. Ini mengalam mengalamii tinggi siklik banyak urutan 108-109 siklus, yang berkisar dari beban tekan tinggi akibat pembakaran, untuk beban tarik tinggi karena inersia. Oleh karena itu, daya tahan ini komponen sangat penting. Karena faktor-faktor ini, batang penghubung telah menjadi topik penelitian untuk berbagai aspek seperti teknologi produksi, bahan, kinerja simulasi, kelelahan, dll [2]. Penelit Penelitian ian ini dimaks dimaksud udkan kan untuk untuk menget mengetahu ahuii mekani mekanisme sme terjad terjadiny inyaa kegagalan connecting sepeda motor motor 2 langkah langkah.. Pada Pada kasus kasus ini kegaga kegagalan lan connecting rod rod sepeda terjadi pada bagian bagian small end connecting rod . Kegagalan connecting Kegagalan connecting rod biasanya biasanya terja terjadi di karen karenaa kele kelelah lahan an dari dari mate materia riall connect connecting ing rod. rod. Untuk Untuk menge mengetahu tahuii penyebab kegagalan dari material connecting rod, dilakukan berbagai pengujian. Peng Penguj ujia ian n yang yang dila dilaku kuka kan n antar antaraa lain lain pengu pengujia jian n sifat sifat meka mekani nik, k, pengu pengujia jian n kompos komposisi isi kimia, kimia, dan pengu pengujian jian struktu strukturr mikro. mikro. Dari Dari pengu pengujian jian tersebu tersebutt dapat dapat diketahui nilai kekerasan dari connecting dari connecting rod , unsur penyusun connecting rod dan dan struktu strukturr mikron mikronya ya.. Penguj Pengujian ian ini akan akan diguna digunakan kan untuk untuk menget mengetahu ahuii sifat-si sifat-sifat fat materia materiall dan dari dari penguj pengujian ian ini dapat dapat diguna digunakan kan untuk untuk menget mengetahu ahuii penyebab penyebab kegagalan dari connecting dari connecting rod .
1.2 1.2
Alas Alasan an Pemi Pemili liha han n Judu Judull
Komponen connecting rod rod merupakan komponen yang menerima beban mekanik dan panas yang tinggi karena hasil pembakaran. Connecting rod rod yang menerima menerima tekanan tekanan hasil pembakaran, pembakaran, akan mendapatkan mendapatkan beban maksimal yang jika tidak mendapatkan perlakuan yang sebenarnya akan mudah mengalami kegaga kegagalan lan.. Masalah Masalah terjadi terjadi pada pada small small end end conn connec ectin ting g rod rod yang yang mengalami mengalami deformasi dan mengakibatkan suara mesin menjadi kasar. Oleh karena itu penulis ingin ingin menget mengetahu ahuii penyebab penyebab dari dari kegaga kegagalan lan connecting connecting rod rod moto motorr 2 tak tak sert sertaa perubahan komposisi, struktur mikro, dan kekerasan yang terjadi.
2
1.3 1.3
Tuju Tu juan an Penul enulis isan an
Tujuan Tujuan dari penelitian penelitian ini adalah: adalah: a. Mengetahui Mengetahui mekanisme mekanisme kegagalan kegagalan connecting connecting rod b. Mengetahui karakteristik (struktur dan sifat) connecting connecting rod rod baru baru dan lama.
1.4 1.4
Bata Batasa san n Masa Masala lah h
Beberapa batasan masalah yang diambil pada Tugas Akhir ini adalah: a. Tida Tidak k memb membah ahas as tent tentang ang perpi perpind ndah ahan an panas panas yang yang terja terjadi di pada pada pros proses es pembakaran. b. Beban-beban yang terjadi pada struktur connecting struktur connecting rod rod adalah dari daya maksimal motor yang didapatkan dari sumber/referensi. c. Connecting rod rod yang diguna digunakan kan adalah adalah connecting connecting rod rod sepeda sepeda motor. Dalam hal ini peneliti menggunakan connecting menggunakan connecting rod sepeda sepeda motor 2 tak.
1.5 1.5
Metod etodee Pene Peneli liti tian an
Metode Metode penelit penelitian ian yang yang diguna digunakan kan penuli penuliss dalam dalam penulis penulisan an tugas tugas akhir akhir adalah: 1.
Stu Studi Pust Pustak akaa Studi Studi pustak pustakaa adalah adalah suatu suatu metode metode yang yang dipergu dipergunak nakan an dalam dalam penelit penelitian ian ilmi ilmiah ah yang ang dila dilaku kuka kan n deng dengan an memb membac acaa dan dan meng mengol olah ah data data yang ang dipero diperoleh leh dari dari literat literatur. ur. Data Data yang yang dibaca dibaca dan diolah diolah adalah adalah data yang yang berhubungan dengan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan oleh para peneliti sebelumnya tentang:
2.
a.
Mate Materi rial al connecting connecting rod
b.
Sifat mekanik dari connecting rod
c.
Standar Standard d ASTM ASTM,, JIS, JIS, dan dan lain lain lain untuk untuk connecting connecting rod
Peng Pengama amata tan n kond kondisi isi connecting connecting rod secara secara visual a.
Memb Memban andi ding ngka kan n
anta antara ra
kond kondis isii conne connect ctin ing g
rod rod baru baru deng dengan an
connecting rod yang rod yang lama (yang mengalami kegagalan). kegagalan) . b.
Pengecekan secara sec ara visual pada connecting pada connecting rod mengenai mengenai penyebab kegagalan 3
3.
Studi Studi lapa lapang ngan an dan perco percoba baan an Metode Metode ini dilakuk dilakukan an dengan dengan mengama mengamati ti kondis kondisii real real dilapan dilapangan gan serta serta melakukan pengujian pada benda uji. a. Analisa Analisa strukt struktur ur mikro/ mikro/ Metallography Metallography b. Analisa komposisi kimia connecting rod . c. Analisa Analisa uji kekeras kekerasan an
4.
Bimbi imbing ngan an Bertujuan Bertujuan untuk mendapatkan mendapatkan tambahan pengetahuan pengetahuan dan masukan dari dosen pembimbing pembimbing serta koreksi koreksi tehadap tehadap kesalahan-kesa kesalahan-kesalahan lahan yang terjadi dalam penyusunan laporan Tugas Akhir.
1.6 1.6
SIST SISTEM EMAT ATIK IKA A PENU PENULI LISA SAN N
Buku Buku Tuga Tugass Akhi Akhirr disaj disajik ikan an dalam dalam 5 bab. bab. Bab I Pend Pendah ahul ulua uan n beri berisi si tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan. Bab II Dasar Teori berisi tentang landasan teori yang berkaitan dengan analisa kegagalan pada Connecting rod pada rod pada sepeda motor 2 langkah 110 CC. Bab III Metode Penelitian berisikan tentang persiapan pengujian, proses pembuatan spesimen, peralatan dan bahan yang digunakan, serta pengujian kekerasan dan mikrografi. Bab IV Hasil dan Analisis berisikan tentang tentang data-data hasil pengujian pengujian dan analisa data berdasarkan berdasarkan teori yang ada. Bab V Penutup berisi tentang kesimpulan dan saran yang diambil dari hasil analisis pada bab-bab sebelumnya. Laporan Tugas Sarjana ini diakhiri dengan daftar pustaka dan lampiran.
4
BAB II URAIAN UMUM
2.1 Connecting Rod
Dalam Dalam mesin mesin piston piston,, connecting connecting rod digunakan digunakan untuk menghubungkan menghubungkan piston dengan dengan crankshaft crankshaft atau poros engkol. Bersama-sama dengan poros engkol membentuk sebuah mekanisme mekanisme yang mengubah gerakan gerakan linier piston menjadi gerakan rotasi. rotasi. Gambar 2.1 menunjukkan connecting menunjukkan connecting rod dari dari jenis kendaraan sepeda motor.
Gambar 2.1 Connecting Rod Sepeda Sepeda Motor [1]
2.1.1
BagianBagian-bag bagian ian dan Persyar Persyarata atan n Connecting Rod
Connecting Connecting rod rod berfung berfungsi si untuk untuk menghub menghubungk ungkan an piston piston ke poros poros engkol engkol dan selanj selanjutn utnya ya meneru meneruskan skan tenaga tenaga yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh piston piston ke poros poros engkol. engkol. Bagian Bagian ujung connecting ujung connecting rod yang yang berhubungan dengan pena piston disebut small disebut small end dan dan yang berhubungan dengan poros engkol disebut big disebut big end. Gambar end. Gambar 2.2 menunjukkan menunjukkan penampang dari connecting dari connecting rod. 5
Gambar 2.2 Penampang Penampang Connecting Rod [3] [3]
1. Large-End Thickness
5. Small-End Bore Diameter
2 . Larg Largee-En End d Bore Bore Diam Diamet eter er
6. Smal Smalll-En End d Thic Thickn knes esss
3. Larg Largee-En End d Outl Outlin inee Diam Diamet eter er
7. Cham Chamfe fer r
4. SmallSmall-End End Outl Outlin inee Diame Diamete terr
8. Dist Distan ance ce of Two Two Cente Centerr Lines Lines
Ukuran Ukuran standar standar dari dari connecting connecting rod rod untuk untuk setiap setiap sepeda sepeda motor motor berbedaberbeda-beda beda sesuai dengan beban yang dihasilkan (sesuai standart pabrikan). Untuk connecting connecting rod sepeda motor Yamaha 2-tak memiliki spesifikasi sebagai berikut:
6
Tabel 2.1 Dimensi Connecting Rod Sepeda Sepeda Motor 2 Langkah [3]
Thickness Big End 15.9
Bore Size
Small End
Big End
Small End
Center Distance
14
Ø 26
Ø 16
93.3
Satuan dalam milimeter (mm)
2.1.2
Beban Beb an yang Diterim Diterima a Connecting Rod
Pada umumnya, connecting umumnya, connecting rod dibuat dibuat menggunakan proses casting atau forging dan menerima beban yang bervariasi, seperti [2]:
Beban Beban komp kompre resi si pada pada arah arah longi longitud tudin inal al.. Kerus Kerusak akan an yang terja terjadi di pada pada connecting rod disebabkan disebabkan oleh stress, oleh stress, yang dihasilkan dari beban kompresi yang besar dan terjadi pada saat pembakaran di ruang bakar.
Beban tarik yang lain, lain, seperti perubahan kecepatan pada piston.
Beban Beban bending pada pada lengan lengan connecting connecting rod, rod, seperti seperti pada saat perger pergeraka akan n osilasi dari poros pin small pin small end maupun big maupun big end.
Frekuensi dari peningkatan beban dengan cepat tergantung pada meningkatnya putaran dari mesin. Dalam banyak kasus, kegagalan dari mesin dikarenakan oleh rusaknya connect connecting ing rod rod dan kada kadang ng kada kadang ng keru kerusa saka kan n terj terjad adii pada pada leng lengan an dari dari connecting rod maupun maupun pada small pada small end dan big dan big end [7]. [7]. Oleh Oleh kare karena na itu, itu, bata batang ng tora torak k haru haruss dibu dibuat at seri sering ngan an mung mungki kin n agar agar mass massaa kelembamannya kecil, dan tahan terhadap tekukkan, tekanan maupun puntiran dengan demikian biasanya konstruksi batang torak dibuat dengan profik “I“, karena bentuk ini mempunyai kekuatan yang tinggi dan stabil serta bobotnya relative kecil [7].
7
2.2
Material Connecting Rod
Connect Connecting ing rod rod terb terbua uatt dari dari baja baja.. Adap Adapun un beber beberapa apa jeni jeniss baja baja yang yang seri sering ng digunakan untuk material connecting material connecting rod antara antara lain: 2.2.1 2.2.1
Baja Baja Karb Karbon on Medium Medium ( M edium Carbon Stee teel )
Medium carbon steels atau steels atau baja karbon medium mengandung 0,2 – 0,6 % karbon dan digunakan untuk kekuatan yang lebih tinggi dibanding baja karbon rendah. Aplikasi untuk untuk baja baja ini ini adal adalah ah misa misalny lnyaa untu untuk k crankshafts dan connecting connecting rod. Kebanyakan pabrikan sepeda motor dengan kapasitas (cc) yang kecil menggunakan baja ini sebagai bahan untuk membuat connecti connecting ng rod. rod. Dima Dimana na jeni jeniss baja baja ini ini sang sangat at mura murah h jika jika dibandingkan dengan baja yang lain [7]. Sifat mekanik dari baja karbon medium adalah sebagai berikut: - Kekuatan Kekuatan lebih besar dibanding baja karbon karbon rendah - Keuletan Keuletan lebih kecil dibanding dibanding baja karbon rendah - Mampu las kurang baik - Dapat dikeraskan dengan transformasi martensitik
ferit
erlit
Gambar 2.3 Struktur Mikro Baja Karbon Medium [4]
8
Gambar Gambar 2.3 menunju menunjukka kkan n strukt struktur ur mikro mikro dari dari baja baja karbon karbon medium medium.. Dimana Dimana warna putih dibatas butir adalah ferit eutektoit dan bagian yang berwarna hitam adalah perlit. Sifat mekanik dari baja karbon medium adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2 Sifat Mekanik Baja Karbon Medium Conditions Properties T (°C) Density (×1000 kg/m ) Poisson's Ratio
Elastic Modulu M oduluss (GPa) Tensile Strength (Mpa) Yield Strength (Mpa)
7.845
25
0.27-0.30
25
190--210 190
25
Treatment
518.8 353.4 25
annealed at 790°C more
Elongation (%)
30.2
Reduction in Area (%)
57.2
Hardness (HB)
149
25
annealed at 790°C more 790°C more
44.3
25
annealed at 790°C more
Impact Strength (J)
( Izod )
Untuk baja ini mendapatkan heat mendapatkan heat treatment atau atau perlakuan perlakuan panasnya panasnya antara lain lain [5]:
o
o
Annealing, dipanas dipanasaka akan n pada temper temperatu aturr 870 C samp sampai ai 910 910 C daitah daitahn n sampai sampai termperatur termperatur yang ditentukan ditentukan dan didinginkan didinginkan didalam didalam furnace atau dapur.
9
o
o
Tempering, dipanaskan Tempering, dipanaskan pada suhu antara 150 C sampai 200 C tahan selama 1 jam setiap 25 mm dan didinginkan menggunakan udara.
o
o
Quenching, dipanaskan Quenching, dipanaskan pada temperatur 150 C - 200 C, terus sampai suhu merata di seluruh bagian, rendam selama 1 jam per 25 mm dari bagian dan dingin dalam udara
2.2.2
M edium Carbon L ow Al loy Stee teels atau Baja Karbon Medium Paduan Rendah
Baja karbon medium paduan rendah adalah keluarga dari ultrahigh dari ultrahigh strength steels termasuk SAE 4130, SAE 4140 dan SAE 4340. Baja ini mempunyai sifat mekanik yang lebih unggul dibandingkan baja karbon biasa yaitu pada kekuatan , kekerasan , kekerasan , kekerasan , kekerasan pada temperatur tinggi , ketahanan , ketahanan aus , keuletan, , keuletan, dan lain-lain. Untuk mendapatkan sifat mekanik tersebut sering diperlakukan dengan heat dengan heat treatment atau atau perlakuan panas [6]. Unsur Unsur-uns -unsur ur paduan paduan yang yang biasa biasa menyert menyertai ai baja ini adalah adalah krom (Cr), (Cr), mangan mangan (Mn), (Mn), molibde molibdenum num (Mo), (Mo), nikel nikel (Ni) (Ni) dan vanadiu vanadium m (V) baik sebagai sebagai paduan tunggal tunggal maupun gabungan. Unsur ini biasanya membentuk larutan padat ( solid solid solution) solution) dengan besi dan senyawa logam dengan karbon membentuk karbida. Pengaruh dari paduan utama tersebut adalah [6]:
Krom meningkatkan meningkatkan kekerasan, kekerasan, kekuatan, daya tahan aus, dan hot dan hot hardness. Merupakan paduan paling efektif untuk meningkatkan mampu keras. Dalam jumlah yang besar b esar juga akan meningkatkan daya tahan korosi.
Mang Mangan an meni mening ngka katk tkan an keku kekuat atan an dan dan keke kekera rasa san. n. Mamp Mampu u kera kerass deng dengan an perlakuan panas, dapat ditingkatkan dengan bertambahnya Mn.
Molibdenum meningkatkan meningkatkan keuletan keuletan dan dan hot hardnes hardnesss. Juga Juga mening meningkatk katkan an mampu keras dan membentuk karbida yang tahan korosi. korosi.
Nikel Nikel mening meningkat katkan kan kekuata kekuatan n dan keuleta keuletan n serta serta mampu mampu keras, keras, tetapi tetapi tidak tidak seba sebany nyak ak deng dengan an unsu unsurr padu paduan an lain lain.. Dala Dalam m juml jumlah ah yang yang besa besarr dapa dapatt meningkatkan meningkatkan daya tahan korosi. korosi. Nickel Nickel juga juga merupakan unsur utama selain Cr untuk stainless stainless steels. 10
Vanadium Vanadium menghambat pertumbuhan pertumbuhan butir logam saat temperatur temperatur naik selama pemrosesan dan perlakuan panas sehingga dapat meningkatkan kekuatan dan keuletan baja. baja. Vanadium Vanadium juga dapat membentuk karbon (karbida) yang dapat meningkatkan daya tahan korosi.
Pada baja ini menerima perlakuan hot perlakuan hot forged pada pada temperatur antara 1065 sampai o
1230 C. untuk menghindari hasil retakan karena karena air quenching, part yang di forging harus harus diding didingink inkan an pelan-pe pelan-pelan lan di dalam dalam furnace. furnace. Sebelum Sebelum dibentu dibentuk k atau atau dimesi dimesin n , hal o
yang sering dilakukan pertama pertama kali adalah di normalize di normalize pada pada suhu 870 sampai 925 C dan o
temper pada suhu 650 sampai 675 C. Perlakuan ini memberi struktur yang keras dari medium ke pearlite ke pearlite yang bagus. Proses bentukan untuk baja baja medium carbon low alloy steels adalah adalah dipoto dipotong, ng, dipukul dipukul,, dan pemben pembentuka tukan n dingin dingin dalam dalam kondisi kondisi annealing . Macam-macam medium Macam-macam medium carbon low alloy steels dan steels dan proses heat proses heat treatment adalah adalah sebagai berikut [6]: 2.2.1.1 Baja SAE 4130 Baja 4130 disebut juga baja kromoli atau baja kromium-molibdenum dimana besar dari kandungan krom adalah 0,50; 0,80; dan 0,95, sedangkan untuk kandungan kandungan dari molibdenum molibdenum adalah 0,12; 0,20; dan 0,30. SAE 4130 adalah adalah baja paduan paduan dengan dengan dan dapat dapat ditingk ditingkatk atkan an dari dari tingkat tingkat keker kekeras asan an renda rendah h ke menen menenga gah. h. Ini Ini dima dimaks ksud udka kan n untuk untuk memp memper ertah tahank ankan an tegangan tarik yang baik, lelah, dan beban impact beban impact sampai sampai sekitar 370 °C, namun memiliki sifat impact sifat impact yang yang kurang baik pada suhu kriogenik. Baja ini tidak tahan terhadap terhadap temper. temper. Baja ini biasanya biasanya di forging di forging pada pada suhu suhu 1100-1200 1100-1200 °C sedangkan sedangkan untuk untuk suhu suhu finishing finishing tida tidak k boleh boleh di bawah bawah 980 980 ° C. Tabel Tabel 2.3 menu menunju njukk kkan an macam-macam macam-macam baja yang termasuk baja kromoli kromoli [6]
11
Tabel 2.3 Komposisi Paduan Baja SAE 41XX[6]
Baja ini sering sering digunakan digunakan sebagai sebagai bilet, bar, batang , untuk proses tempa, plat, tabung atau pipa, dan pengecoran atau atau casting . Baja SAE 4130 juga digunakan untuk untuk membuat membuat connectin connecting g rod pada otomotif, otomotif, engine engine mountin mounting g lugs lugs, poros poros,, fitting , bushing , roda gigi, baut, baut, as, tabung gas, komponen komponen badan pesawat, pesawat, saluran saluran hidrolik, dan bagian mesin lainnya. Proses heat Proses heat treatment standar standar untuk baja SAE 4130 adalah [6]:
Normalizing : Panas dengan suhu 870 sampai 925 °C dan ditahan untuk beberapa waktu tergantung dari ketebalan, didinginkan dengan udara kamar dan tempering dan tempering pada pada 480 °C atau diatasnya dapat dilakukan setelah normalizing untuk untuk menaikan yield menaikan yield strength.
Annealing : Pana Panass denga dengan n suhu suhu 830 sampai sampai 860 °C dan ditaha ditahan n untuk untuk beberapa waktu tergantung dari ketebalan dan didinginkan didalam furnace. furnace.
12
Hardening : Panas dengan suhu 845 sampai 870 °C dan ditahan untuk beberapa waktu, kemudian menggunakan menggunakan quench dengan quench dengan menggunakan air atau pada temperatur 860 sampai 885 °C ditahan beberapa lama dan dilanjutkan dengan quenching dengan quenching di di medium medium oli. Penahanan Penahanan untuk beberapa beberapa waktu tergantung dari ketebalan benda.
Tempering : ditahan setidaknya 1 sampai 2 jam pada suhu 200 sampai 700 °C, menggu menggunaka nakan n pending pendingina inan n udara udara atau atau air, air, temper temperatur aturee dan waktu waktu tempering tergantung tergantung pada kekerasan atau kekuatan yang diinginkan.
Tabel 2.4 Pengaruh Pengaruh Temperatur Temperatur Temper Temper dan Media Quench terhadap terhadap Sifat Mekanik Baja SAE 4130 [6]
13
2.2.1.2 Baja SAE 4340 Baja SAE 4340 adalah baja paduan medium dengan kandungan karbon 0.4 %, krom 0.50-0.80 %, dan molibdenum 0.25 %. Baja 4340 selalu di di forging forging pada o
1065 sampai sampai 1230 C. sete setela lah h di di forging, bagian yang di forging forging didinginkan dengan udara pada tempat yang kering. Daya tahan permesinan dari baja 4340 adalah adalah 55% materi material al cold-drawn dan cold-drawn dan 45% untuk material material annealed . Baja 4340 memiliki karakteristik bagus untuk pengelasan tetapi harus menggunakan menggunakan welding welding rods dengan rods dengan komposisi yang sama. Baja ini sering digunakan sebagai bahan pembuat billet, pembuat billet, bar, forging, sheet, tubing dan welding welding wire wire. Juga Juga diprod diproduks uksii sebagai sebagai light light plates plates dan castings. castings. Aplikasi yang sering menggunakan baja ini adalah baut, skrup, roda gigi, pinion, poros, crankshaft, poros, crankshaft, connecting rod dan dan komponen tertentu pada pesawat terbang. Proses heat Proses heat treatment standar standar yang diaplikasikan diaplikasikan untuk baja 4340 adalah[6]: adalah[6]:
Normalizing : Panas yang digunakan dari 845 sampai 900 °C dan ditahan dalam dalam waktu waktu tert tertent entu u terg tergan antu tung ng kete ketebal balann annya ya dan dan mengg mengguna unaka kan n pedinginan udara.
Annealing : Panas yang digunakan dari 830 sampai 860 °C dan ditahan dalam dalam waktu waktu tertent tertentu u tergan tergantung tung ketebal ketebalanny annya, a, diding didinginka inkan n pada suhu suhu kamar.
Hardening : Pana Panass yang ang digu diguna naka kan n dari dari 800 800 samp sampai ai 845 845 °C, °C, dita ditaha han n selama 15 menit untuk setiap 25 mm (1 in.) dari ketebalannya (minimal 15 menit) menit).. Menggu Menggunaka nakan n pending pendingin in peluma pelumas/o s/oli li dibawah dibawah 65 °C, atau atau quenching quenching dengan cairan garam pada suhu 200 sampai 210 °C dan di tahan selama 10 menit, dan kemudian menggunakan pendinginan udara dibawah 65 °C.
14
Tempering : Ditahan setidaknya 1 sampai 2 jam pada suhu 200 sampai 650 °C dan dinginka dinginkan n dengan dengan pending pendinginan inan udara. udara. Temper Temperatur atur dan waktu waktu sangat bergantung pada kekerasan kekerasan akhir yang diinginkan.
Stress relieve: relieve: setelah proses memperkuat baja, baja, forming atau forming atau machining, baj tersebut mungkin akan dapat mengurangi tegangan sisa pada suhu 650 sampai 675 °C.
Bake: Bake: Untuk menghindari hydrogen menghindari hydrogen embrittlement , plat baja harus dibakar setidaknya 8 jam pada suhu 185 sampai 195 °C sesegera mungkin setelah plating .
Tabel 2.5 Pengaruh Pengaruh Temperatur Temperatur Temper Temper dan Media Quench Terhadap Terhadap Sifat Mekanik Baja SAE 4340[6]
15
2.3 2.3
Pros Prosees Prod Produk uksi si Connecting Rod Sepeda Sepeda Motor
Material
Cutting Of Material
Hot Forging
Machining
Heat Treatment (Carburizing, Quenching and Tempering)
Machining
Final Inspection
Gambar 2.4 Bagan Produksi Connecting Rod [7] [7]
Pembuatan connecting Pembuatan connecting rod melalui melalui beberapa tahap, seperti seperti yang ditampilkan ditampilkan pada gambar 2.3. Penjelasan dari bagan tersebut sebagai berikut: 1. Material, Material, pemilihan pemilihan jenis material material sesuai sesuai dengan besar kapasita kapasitass dari kendaraan. 2. Cuttin Cutting g of Mater Material, ial, memot memotong ong besar besar dan panjang panjang dari dari materi material al yang yang sesuai sesuai dengan jenis kendaraan. 3. Hot Forging Forging,, setel setelah ah pemoton pemotongan gan materi material al dilaku dilakukan kan proses proses tempa tempa atau hot forging dimana dimana temperaturnya diatas suhu kristalisasi. 16
4. Machining, pros proses es yang yang dila dilaku kuka kan n
adal adalah ah grinding dan triming untuk
mendapatkan ukuran yang tepat sebelum dilakukan heat dilakukan heat treatment . 5. Heat Treatment, ada Treatment, ada tiga proses yang dilakukan dalam heat dalam heat treatment
Carburizing, pros proses es ini ini dila dilaku kuka kan n untu untuk k mend mendap apat atka kan n keke kekera rasa san n dan dan mengurangi mengurangi keausan hanya pada small pada small end dan dan big end. Pada end. Pada connecting connecting rod, carburizing carburizing dilakuk dilakukan an hanya hanya pada pada small small end dan big big end end karena karena bagian bagian tersebut yang mendapatkan beban yaitu beban yaitu beban rolling dan sliding. dan sliding.
Quenching, proses carburizing carburizing yang yang mencap mencapai ai suhu suhu austen austenit it diding didingink inkan an melalui proses quenching proses quenching sehingga sehingga didapatkan struktur martensit yang keras.
Tempering, struktur struktur martensite hasil dari proses quench bersifat bersifat keras tapi britlle, untuk mengatasi agar sifat bahan menjadi tangguh, dilakukan proses tempering. Prose Prosess ini menyebab menyebabkan kan karbon karbon memben membentuk tuk karbid karbidaa didalam didalam martensit martensit sehingga didapatkan martensit martensit yang tangguh walaupun walaupun mengurangi mengurangi sedikit kekerasannya.
6. Machining, setelah Machining, setelah dilakukan proses heat proses heat treatment dilakukan dilakukan proses proses machining untuk mendapatkan ukuran yang sesuai. Proses yang digunakan adalah adalah grinding dan triming. dan triming. 7. Final Inspection, pemeriksaan Inspection, pemeriksaan akhir untuk mengetahui ada tidaknya cacat karena produksi sehingga sehing ga didapatkan hasil yang bisa digunakan oleh konsumen.
17
2.4 2.4
Mek Mekanis anisme me Ke Kega gaga gala lan n Connecting Rod
2.4.1 Fatigue
Fatigue Fatigue atau lelah adalah bentuk dari kegagalan yang terjadi pada struktur yang terjadi karena beban dinamik yang berfluktuasi dibawah kekuatan luluhnya yang terjadi dala dalam m waktu waktu yang yang lama lama dan dan beru berula langng-ula ulang ng.. Reta Retak k fatigue biasany biasanyaa bermul bermulaa dari permukaan yang merupakan tempat beban berkonsentrasi. berkonsentrasi. Fatigue menyerupai menyerupai patah getas getas yaitu yaitu ditanda ditandaii dengan dengan deforma deformasi si plasti plastiss yang yang sangat sangat sedikit sedikit.. Proses Proses terjad terjadiny inyaa fatigue ditand ditandai ai denga dengan n reta retak k awal awal,, pera peramb mbat atan an retak retak dan dan pata patah h akhir akhir.. Perm Permuk ukaan aan fracture biasa biasanya nya tegak tegak luru luruss terh terhad adap ap beban beban yang yang dibe diberi rika kan. n. Dua sifa sifatt makro makro dari dari kegagalan fatigue adalah tidak adanya deformasi adanya deformasi plastic yang besar dan fracture yang menunjukkan menunjukkan tanda tanda berupa ‘beachmark ‘beachmark ’ atau‘camshell atau‘camshell ’[8]. ’[8]. Fatigue juga juga dipenga dipengaruhi ruhi oleh oleh peluma pelumasan san.. Jika Jika minyak minyak peluma pelumass mengala mengalami mi kekura kekurangan ngan kekent kekentala alan n dan volume volumenya nya rendah rendah atau atau kotor kotor dapat dapat memperc mempercepat epat proses proses terjadinya terjadinya fatigue. fatigue. Fatigue karena pelumasan adalah jika bagian bagian sliding tidak sliding tidak dilumasi akan akan mencip menciptak takan an gesekan gesekan yang yang luar biasa biasa yang yang membutu membutuhka hkan n jumlah jumlah kekuata kekuatan n yang yang besar untuk bergerak, slide atau memisa memisahka hkan n mereka mereka.. Jika Jika gesekan gesekan mencap mencapai ai tingka tingkatt kritis, panas akan mengeringkan bagian-bagian yang bergesekan dan akan menyebabkan berubahnya ukuran. Proses lelah akibat akibat rolling dan sliding sliding tergantung pada kekentalan dan dan keteb ketebala alan n lapi lapisa san n film film peluma pelumass antar antar permu permukaa kaan n rolling . Kete Ketebal balan an film film akan akan menambah umur fatigue[9] fatigue[9].. Fungsi dari pelumasan itu sendiri adalah [10]:
Mengendalikan gesekan
Mencegah keausan
Mendinginkan mesin
Mencegah korosi
Memelihara mesin tetap bersih
Memaksimumkan kompresi, mempertahankan tekanan
18
2.4.2 Hydrolock
Hydrolock Hydrolock adalah adalah deformasi deformasi plastis plastis dari dari connecting connecting rod disebabka disebabkan n karena air masuk ke ruang piston. Hal ini biasanya terjadi setelah mobil telah digunakan melalui air yang dalam seperti jalan pada saat banjir. Jika hanya sedikit air masuk ke dalam mobil silinder silinder akan membuat knocking knocking dan itu masih masih dapat dapat diperb diperbaik aikii apabila apabila air yang ada didalam didalam engine diambil keluar keluar dan gasket diganti. Tetapi jika jika air cukup banyak masuk kedalam kedalam engine engine khusus khususnya nya ruang bakar dan memenuh memenuhii semua semua ruang ruang pembaka pembakaran ran pada saat pembakaran pembakaran akan mengakibatkan mengakibatkan bengkok atau snap pada connecting pada connecting rod . Hydrolock jauh lebih umum terjadi pada perahu atau kapal laut yang menggunakan menggunakan engine sebagai engine sebagai penggeraknya daripada mobil karena kapal laut selalu dioperasikan di air [11]. [11 ]. Jika mesin hydrolock pada saat pengoperasian atau saat mesin hidup, kegagalan mekani mekaniss dapat dapat terjad terjadi. i. Mode Mode kerusa kerusakan kan yang yang umum umum melipu meliputi ti bengkok bengkok atau atau patahnya patahnya connecting rod , kepala silinder retak, blok mesin retak, kerusakan pada bak mesin atau carter carter oil , rusakny rusaknyaa bearing bearing pada connecting connecting rod , gasket gasket rusak, rusak, atau atau kombin kombinasi asi dari dari semuanya.
ydrol ock ock [12] Gambar 2.5 Ilustrasi dari H ydrol [12]
19
Dari gambar 2.5 dapat dilihat mekanisme terjadinya hydrolock terjadinya hydrolock dimana dimana air masuk ke dalam dalam ruang ruang bakar bakar dan ikut ikut terk terkomp ompre resi si oleh oleh pist piston on.. Air mempuny mempunyai ai sifat sifat yang yang berbeda jika dibandingkan dengan bahan bakar yaitu tidak dapat ditekan dan selama terjadi terjadi proses kompresi, kompresi, air akan mengunci piston sehingga tidak dapat bergerak sehingga sehingga connecting rod mengalami mengalami bengkokan atau patah. Gambar 2.6 menunjukkan menunjukkan connecting rod yang yang mengalami kegagalan karena hydrolock. karena hydrolock.
Gambar 2.6 Connecting Rod Rusak Rusak Karena Hydrolock [12] [12]
2.5
Needle Needle Roll er Beari ng
Needle roller bearing bearing adala adalah h komponen komponen yang yang dipasan dipasang g pada pada connecting connecting rod ( small end dan big big end end ) yang yang menghubu menghubungk ngkan an connectin connecting g rod rod dengan dengan pisto piston n dan dan crankshaft (lihat (lihat gambar 2.7) dan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang memegang peranan peranan cukup cukup penting penting karena karena fungsi fungsi dari dari bantala bantalan n yaitu yaitu untuk untuk menumpu menumpu sebuah sebuah poros poros agar agar poros poros dapat dapat berput berputar ar tanpa tanpa mengal mengalami ami geseka gesekan n yang yang berleb berlebihan ihan.. Bantal Bantalan an harus harus cukup cukup kuat kuat untuk untuk memungk memungkinka inkan n poros poros serta serta elemen elemen mesin mesin lainny lainnyaa bekerja dengan d engan baik [13].
20
Bantal Bantalan an yang yang sering sering digunaka digunakan n adalah adalah bantalan bantalan gelind gelinding ing atau atau disebut disebut juga juga bantalan anti gesek. Keuntungan dan kerugian bantalan gelinding adalah sebagai berikut [13]: a. Bantalan gelinding pada umumnya lebih cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya. b. Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut. tersebut. c. Karen Karenaa kons konstr truks uksiny inyaa yang yang suka sukarr dan keteli keteliti tiann annya ya yang yang tingg tinggi, i, maka maka banta bantala lan n gelinding hanya dapat dibuat oleh pabrik-pabrik tertentu saja. d. Harganya Harganya pada umumnya lebih mahal daripada daripada bantalan bantalan luncur e. Untuk menekan biaya pembuatan serta memudahkan pemakaian, bantalan gelinding diproduksi menurut standar dalam berbagai ukuran dan bentuk f. Denga Dengan n gese gesekan kan yang yang sanga sangatt renda rendah h pelu pelumas masan anny nyaa pun pun sang sangat at sede sederh rhan ana, a, cukup cukup deng dengan an gemu gemuk, k, bahka bahkan n pada pada jeni jeniss tert terten entu tu yang yang mema memakai kai sil sil sendi sendiri ri tida tidak k perlu perlu pelumasan lagi g. Meskipun ketelitiannya tinggi, namun karena adanya gerakan elemen gelinding dan sangkar, pada putaran tinggi bantalan ini agak gaduh dibandingkan dengan bantalan luncur Macam-macam bantalan gelinding adalah sebagai berikut [13]: a. Bantalan gelinding dengan bola (ball bearing) bearing) - Bantalan gelinding bola radial (radial ball bearing) - Bantalan gelinding bola kontak menyudut ( angular contact ball bearing) - Bantalan gelinding bola aksial ( thrust ball bearing) b. Bantalan gelinding dengan d engan roll (roller bearing) - Bantalan gelinding rol silinder (cylindrical roller bearing) - Bantalan gelinding rol jarum (needle roller bearing) - Bantalan gelinding rol tirus (tapered roller bearing) - Bantalan gelinding rol lengkung (spherical roller bearing) 21
Sebua Sebuah h bant bantal alan an rol rol jarum jarum atau atau needle needle roller roller bearin bearing g adalah adalah bantal bantalan an yang yang meng menggu guna naka kan n rol rol sili silind nder er keci kecil. l. Mere Mereka ka digu diguna naka kan n untu untuk k meng mengur uran ang gi gese geseka kan n permukaan berputar. Bantalan jarum memiliki luas permukaan besar yang berada dalam kontak dengan permukaan luar bantalan dibandingkan dengan bantalan bola. Selain itu ada clearance ditambahkan kurang (selisih antara diameter poros dan diameter bantalan) sehingga mereka jauh lebih kompak. Struktur khas terdiri dari sebuah ras dalam (atau kadang-kadang hanya poros a), kandang jarum yang berorientasi dan berisi rol jarum, rol jarum itu sendiri, dan ras luar. Bantalan jarum radial rol silinder dan menggunakan sejajar dengan sumbu poros. bantalan jarum Thrust yang datar dan menggunakan pola radial jarum [13]. Bantalan jarum banyak digunakan dalam komponen mesin seperti pivots rocker arm, arm, pompa pompa,, kompr kompres esor or,, dan tran transm smis isi. i. Poro Poross pengg pengger erak ak kenda kendara raan an roda roda belak belakang ang biasanya memiliki sedikitnya 8 bantalan jarum (4 di setiap sendi U) dan sering kali lebih jika sangat panjang, atau beroperasi di lereng curam [13]. Gambar dari dari needle roller roller bearing bearing untuk untuk small small end connect connecting ing rod akan akan ditamp ditampilk ilkan an pada gambar gambar 2.7 sebaga sebagaii berikut:
Needle Roller Beari Beari ng pada Small End Connecting Connecting Rod [14] Gambar 2.7 Nee pada Small [14]
22
2.6
Pengu Penguji jian an Mater Material ial
2.6.1 Pengujian Pengujian Komposisi Komposisi Kimia Kimia
Pengujian Pengujian komposisi komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui mengetahui kandungan kandungan unsur-unsur unsur-unsur pada material. Pengujian komposisi menggunakan spektrometer. Setiap unsur yang terkandung terkandung dalam suatu material material akan memberikan pengaruh pada material material tersebut, baik dari kekerasan (hardness), (hardness), kekuatan (strength), (strength), keuletan (ductility), (ductility), kelelahan (fatique) maupun ketangguhan ketangguhan (toughness). (toughness). Denga Dengan n menge mengeta tahui hui komp kompos osis isii kimi kimiaa dari dari suat suatu u mater materia iall maka maka dapa dapatt diket diketah ahui ui sifa sifatt atau atau karak karakte teri rist stik ik dari dari mate materi rial al ters terseb ebut ut dan dan dibandingkan dengan referensi [15] . 2.6.2 Pengujian Pengujian Kekerasan Kekerasan
Uji Uji keker kekeras asan an berfu berfung ngsi si untuk untuk menge mengeta tahui hui nilai nilai keker kekeras asan an dari dari mater materia iall uji. uji. Kekera Kekerasan san suatu suatu bahan bahan merupak merupakan an kemampua kemampuan n bahan bahan dalam dalam mengham menghambat bat deform deformasi asi plastik yang terjadi (dalam bentuk lekukan kecil atau goresan). Uji kekerasan ada 3, yaitu [15]: 1. Kekeras Kekerasan an Goresa Goresan n (Scracth Hardness) Proses Proses pengukur pengukuran an kekerasa kekerasan n goresa goresan n adalah adalah dengan dengan mengukur mengukur kedalam kedalaman an atau atau lebar goresan pada permukaan benda uji yang dibuat oleh jarum penggores yang terbuat dari intan dan diberi baban terbatas. 2. Kekeras Kekerasan an Pantul Pantulan an (Rebound (Rebound Hardness) Pros Proses es pengu pengukur kuran an keker kekeras asan an pant pantul ulan an dila dilakuk kukan an denga dengan n cara cara menj menjat atuhk uhkan an penumbuk ke permukaan logam. Alat uji kekerasan pantulan yang sering dilakukan adalah Skeleroskop adalah Skeleroskop Shore dimana Shore dimana nilai kekerasannya dinyatakan dengan tinggi lekukan atau tinggi pantulan. 23
3. Kekerasan Lekukan (Indentation Lekukan (Indentation Hardness) Uji kekerasan ini menggunakan indenter kecil yang dikenakan gaya ke permukaan benda uji. Dengan penerapan kondisi pembebanan terkontrol. Hasil penetrasi indenter ini akan akan menunj menunjukka ukkan n kekera kekerasan san materia materiall terseb tersebut. ut. Jenis Jenis uji kekera kekerasan san lekukan lekukan (Indenter Hardness) Hardness) adalah: a. Uji Kekera Kekerasan san Vickers Vickers Uji kekerasan kekerasan Vickers mengguna menggunakan kan penumb penumbuk uk pirami piramida da intan intan yang yang dasarn dasarnya ya berbentuk bujur dangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling berhadapan adalah 136°. Karena bentuk penumbuknya pyramid, maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramid intan. Angka kekerasan piramid intan (DPH) atau angka kekerasan Vickers kekerasan Vickers (VHN (VHN atau VPH) didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. DPH dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut [15]:
VHN
2 P sin( / 2) 2
L
1,875 2
L
(1)
Dimana: P = beban yang diterapkan (Kg) L = panjang diagonal diagonal rata-rata (mm) Ө = sudut antara permukaan intan yang berhadapan (136°) Uji kekera kekerasan san Vickers banya banyak k digun digunaka akan n pada pada pene peneli liti tian an,, karena karena metod metodee ini ini memberikan hasil yang berupa skala kekerasan yang kontinyu untuk satu beban tertentu dan dapat dapat digunakan digunakan pada logam logam yang yang sangat lunak lunak yang mempunyai mempunyai DPH 5 hingga hingga logam yang sangat keras dengan DPH 1500. Dengan uji kekerasan Brinell kekerasan Brinell atau Rockwell atau Rockwell biasa perlu dilakukan perubahan beban atau penumbuk pada nilai tertentu, sehingga pengukuran pada suatu skala kekerasan yang ekstrim tidak bisa dibandingkan dengan 24
skala kekerasan yang lain. Karena jejak yang dibuat dengan penumbuk piramida serupa secara secara geometr geometris is dan tidak tidak terdap terdapat at persoa persoalan lan mengenai mengenai ukuranny ukurannya, a, maka maka DPH tidak tidak bergantung pada beban. Kekurangan uji uji Vickers adala adalah h tidak tidak dapat dapat digunaka digunakan n pada pengujian yang rutin karena memerlukan persiapan yang matang baik pada permukaan benda uji maupun dalam pembacaan diagonal harus benar-benar teliti. b. Uji Kekerasan Rockwell Kekerasan Rockwell Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan. Mula-mula diterapkan beban kecil sebesar 10 kg untuk menempatkan benda uji. uji. Hal Hal ini ini akan akan memp memper erke keci cill juml jumlah ah prepa prepara rasi si perm permuka ukaan an yang yang dibutu dibutuhka hkan n dan dan memperk memperkeci ecill kecender kecenderunga ungan n untuk untuk terjad terjadii penumbuk penumbukan an ke atas atas atau atau penuruna penurunan n yang yang disebabkan oleh penumbuk. Kemudian diterapkan beban yang besar dan secara otomatis kedal kedalam aman an lekuka lekukan n akan akan tere terekam kam pada pada gage gage penunj penunjuk uk yang yang menun menunjuk jukka kan n angka angka keker kekeras asan an.. Penun Penunju juk k terdi terdiri ri dari dari 100 100 bagi bagian, an, masi masing ng-m -mas asing ing bagi bagian an meny menyat atak akan an penebusan sedalam 0,00008 inch. Berdasarkan nilai dari beban mayor dan minor, ada beberapa uji kekerasan metode Rockwell, yang sering digunakan adalah adalah Rockwell Rockwell hardness test (HRC), Rockwell “B” hardnes hardnesss test test (HRB) (HRB) dan Rockwell Rockwell “A” hardnes hardnesss test test (HRA), (HRA), Superficial Superficial Rockwell Rockwell : Rockwell “N” superficial “N” superficial hardness test (HR (HR 30N). Rockwell Hardness Test Test HRC adala adalah h peng penguji ujian an keker kekeras asan an dima dimana na pengu penguji jian an metode ini indentasiny indentasinyaa menggunakan menggunakan indenter indenter Brale Brale (kerucu (kerucut) t) dengan dengan sudut sudut puncak puncak 120° (puncak berbentuk bulat dengan r = 0,2 mm). Beban minor yang digunakan 10 kg, sedang sedang beban mayor mayor yang digunakan digunakan 140 kg, sehingga sehingga total total beban beban 150 kg. Beberapa Beberapa keun keuntu tung ngan an dari dari meto metode de HRC HRC yait yaitu u digu diguna naka kan n seca secara ra luas luas pada pada indu indust stri ri kare karena na pengoperasiannya cepat dan hasilnya dapat secara langsung dibaca pada mesin. Metode ini sangat cocok untuk pengujian logam yang dikeraskan (hardened (hardened metals) metals) dan logam yang yang dipan dipanas askan kan (temper tempered ed metal metal ), ) , dan juga juga mate materi rial al yang yang mendap mendapat at pros proses es flame 25
hardening dan induction dan induction hardening yang yang secara normal kekerasannya berada pada 30-70 HRC. HRC. Kele Kelema maha hanny nnyaa yait yaitu u tidak tidak cocok cocok untu untuk k mate materi rial al luna lunak k dan mate materi rial al denga dengan n keteba ketebalan lan di bawah bawah 0.5 mm, karena karena semua semua mesin mesin standa standarr didesa didesain in dengan dengan kapasit kapasitas as beban yang tinggi sekitar 140 kg. Namun, pengujian untuk material tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan mesin khusus yang memiliki kapasitas beban 1-30 kg. Metode ini hanya cocok untuk bahan-bahan bahan-bahan dengan susunan yang homogeny [15]. HRB: Metode ini menggunakan bola baja yang dikeraskan Rockwell Hardness Test HRB: dengan diameter1/16” (1,59 mm) dan juga Brale juga Brale indenter (indenter (indenter kerucut). Beban total pengujian yang diberikan adalah 100 kg (10±0,2+90KP), yaitu beban minor 10 kg dan beban mayor 90 kg. Pengujian ini dapat digunakan untuk mengukur kekerasan antara 35110 HRB. HRB. Meto Metode de ini ini dapat dapat digun digunaka akan n untuk untuk mengu menguku kurr keker kekeras asan an baja baja annea anneali ling ng,, kuningan, perunggu, dan paduan magnesium sebaik mengukur material hardening dan tempering. Namun, metode ini tidak cocok untuk logam keras dan tidak seakurat metode Brinell atau Vickers. atau Vickers. Rockwell Hardness Test Test HRA: HRA: Metode Metode ini sama sama dengan dengan Rockwell hardness test HRC HRC dan dan meng menggu guna naka kan n indenter yang yang sama sama.. Perb Perbed edaa aann nnya ya adal adalah ah meto metode de ini ini menggunakan beban hanya 60 kg (10±0,2+50KP). Kekerasan dapat langsung dibaca pada cakra angka dalam skala A (HRA) setelah beban mayor dipindahkan. dipindahkan. Rockwell “N” Test; Metode ini menggunakan menggunakan indenter intan kerucut sama seperti Rockwell Hardness Test HRC. HRC. Beban yang diberikan pada material uji adalah 5,30 dan 45 kg(3 kg beban minor), tergantung pada tipe material, ketebalan, dan kedalaman. Mesin ini banyak digunakan untuk pengujian khusus, seperti pengujian baja nitiriting baja nitiriting dan dan baja carbonitring , yang lapisan lapisan superfi superficia cialny lnyaa kurang kurang dari dari 0,5 mm. Lapisa Lapisan n decarburizing juga dapat diuji dengan metode ini [15].
26
c. Uji Kekera Kekerasan san Brinell Brinell Uji kekerasan Brinell kekerasan Brinell pertama pertama kali dikenalkan oleh J.A Brinell pada tahun 1900. Uji kekerasan Brinell Brinell terdir terdirii dari dari penek penekan anan an suat suatu u bola bola baja baja (identor) yang dikeraskan dikeraskan (Hardened Stell Ball) pada Ball) pada permukaan benda uji. Identor uji. Identor bola bola baja berdiameter 10 mm, sedangkan untuk bahan yang sangat keras keras identor terbuat terbuat dari paduan karbida tungsten, untuk memperkecil memperkecil distorsi identor. Beban uji yang diberikan untuk logam yang sangat keras adalah 3000 kg, untuk benda yang lunak beban yang digunakan 500 kg untuk menghindari beban jejak yang dalam. Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik. Permukaan benda uji harus halus, bebas dari debu dan kerak. Angka Angka kekeras kekerasan an Brinel Brinelll (Brinel (Brinelll Hardnes Hardnesss number number,, BHN) BHN) dinyatakan dinyatakan sebagai sebagai beban P dibagi luasan permukaan lekukan. Persamaan untuk angka-angka kekerasan tersebut adalah sebagai berikut:
BHN
2 P
D( D
D
2
d
2
..............................................................................................(2)
Dimana: P = beban yang diterapkan (kg) D = diameter bola (mm) d = diameter lekukan (mm) t = kedalaman kedalaman jejak jejak (mm) (mm) Diamet Diameter er lekukan lekukan diukur diukur dengan dengan mengguna menggunakan kan mikros mikroskop kop daya daya rendah, rendah, setela setelah h beban tersebut dihilangkan kemudian dicari harga rata-rata dari dua buah pengukuran diameter diameter pada jejak yang berarah tegak lurus [15]. 27
2.6.3 Pengujian Pengujian Metalografi
Pemeriksaan metalografi dilakukan dengan tujuan mempelajari struktur mikro dari material uji. Alat yang digunakan dalam metalografi adalah mikroskop optik yang terdiri dari 3 bagian pokok yaitu[15]: 1. Lensa Lensa pemant pemantul ul (iluminator) (iluminator) yang yang berfungsi untuk memantulkan permukaan logam. 2. Lensa Lensa obyek obyekti tiff yang yang memp mempuny unyai ai daya daya pisa pisah h yang yang berf berfung ungsi si untu untuk k membe membent ntuk uk bayangan dari material uji. uj i. 3. Lensa Lensa mata mata (eyepiece) yang (eyepiece) yang berfungsi untuk memperbesar bayangan yang terbentuk lensa obyektif. Proses metalografi diawali diawali dengan dengan pengamp pengampela elasan san dan pemoles pemolesan an materi material al uji kemudia kemudian n dilaku dilakukan kan penguji pengujian an tanpa tanpa memperg mempergunak unakan an etsa etsa terleb terlebih ih dahulu, dahulu, kemudi kemudian an dietsa dietsa dengan dengan bantuan bantuan larutan larutan kimia kimia menggun menggunakan akan etsa etsa nital nital untuk untuk baja. baja. ButirButir-but butir ir materi material al akan terlih terlihat at setela setelah h dilaku dilakukan kan etsa. etsa. Proses Proses etsa etsa mula-mu mula-mula la memperl memperliha ihatka tkan n batas butir, tetapi lebih lanjut etsa akan memperlihatkan bayangan yang berbeda antara satu butir dengan butir yang lain, hal ini menunjukkan bahwa larutan etsa tidak mengikis permukaan logam seluruhnya melainkan sepanjang bidang-bidang kristalografi tertentu [15].
28
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Alur Alur Penel Peneliti itian an
Alur yang dapat disajikan adalah sebagai berikut: Mulai Penentuan judul Studi literatur Pengamatan visual kegagalan pada connecting pada connecting rod Hipotesis kegagalan connecting kegagalan connecting rod
Pengujian connecting Pengujian connecting rod gagal gagal dan baru
Pengujian komposisi kimia
Pengujian struktur mikro
Pengujian kekerasan
Data uji komposisi kimia kekerasan dan gambar struktur Pengolahan data, analisis, dan pembahasan dalam penulisan laporan Kesimpulan dan saran Selesai Gambar 3.1 Alur Penelitian 29
Penjelasan Penjelasan singkat dari diagram alir (gambar (gambar 3.1) penelitian diuraikan diuraikan dalam paragraf berikut ini :
Pemilihan Pemilihan Judul Penentuan judul dilakukan untuk menentukan topik dan materi apa yang akan dibahas dalam penelitian ini.
Studi Literatur Studi literatur dilakukan untuk mencari materi dan teori yang berhubungan dengan penelitian ini dan memudahkan dalam menentukan proses yang akan dilak dilakuk ukan an sela selama ma penel penelit itia ian. n. Mate Materi ri yang yang dibut dibutuh uhka kan n anta antara ra lain lain pros proses es pembuatan piston, uji kekerasan, struktur mikro paduan alumunium dan kegagalan kegagalan pada connecting pada connecting rod .
Pengamatan visual kegagalan connecting kegagalan connecting rod Pengama Pengamatan tan visual visual dilak dilakuka ukan n sebelu sebelum m melakuk melakukan an penguji pengujian, an, tujuan tujuannya nya adalah untuk melihat bagian piston yang rusak atau gagal.
Hipotesis kegagalan connecting kegagalan connecting rod Hipotesis dilakukan untuk memperkirakan jenis dan penyebab kegagalan yang terjadi pada connecting pada connecting rod dengan dengan mengacu pada referensi yang ada.
Spesimen connecting Spesimen connecting rod gagal gagal dan connecting dan connecting rod baru baru Mengambil spesimen dari connecting dari connecting rod gagal gagal dan connecting dan connecting rod baru baru untuk dilakukan pengujian komposisi kimia, struktur struktur mikro, mikro, dan kekerasan. kekerasan.
Pengujian Komposisi Bertuj Bertujuan uan untuk untuk mendapa mendapatka tkan n data-d data-data ata tentan tentang g materi material al penyusu penyusun n yang yang paling dominan dari connecting dari connecting rod gagal gagal dan c dan c onnecting rod baru. baru.
Pengujian struktur mikro Melakukan uji mikrografi untuk mengetahui perbedaan struktur mikro antara connecting rod gagal gagal dan connecting dan connecting rod baru. baru.
30
Pengujian kekerasan Melakukan uji kekerasan dengan metode Vickers metode Vickers (HV) (HV) untuk mengetahui nilai kekerasan pada connecting pada connecting rod yang yang gagal dan connecting dan connecting rod baru. baru.
Pengolahan data, data, analisis, analisis, dan pembahasan Dilakukan Dilakukan setelah setelah melakuka melakukan n pengamata pengamatan n dilapang dilapangan an dan pengumpul pengumpulan an data dari bahan dasar sampai dengan jenis-jens kegagalan yang terjadi serta setelah setelah melakuka melakukan n pengujianpengujian-peng pengujian ujian yang yang mendukung mendukung analisis analisis yang yang akan dilakukan. Representasi data yang telah diolah berupa tabel dan foto. Selanj Selanjutn utnya ya setela setelah h data data selesa selesaii diolah diolah,, maka maka data data terseb tersebut ut dianal dianalis isis is berdasar berd asarkan kan teori yang didapat dida pat dari referensi refe rensi dan literatur. liter atur.
Kesimpulan dan saran Menarik kesimpulan dari hasil pengolahan data dan analisis. Dan memberi saran untuk lanjutan dari penelitian ini.
3.2
Pera Perala lata tan n yang yang Digun Digunak akan an
a.
Mesin Amplas (Centrifugal Amplas (Centrifugal sand and paper machine) Cent Centri rifu fuga gall sand sand and and pape paperr mech mechin inee digunak digunakan an untuk untuk mengh menghalu alusk skan an
permukaan yang yan g akan aka n diuji diu ji kekera kek erasan san maupun mau pun metalo met alograf grafi. i. Pen ggun aan mesin mes in ini dilakukan di Laboratorium Bahan Teknik UGM. Gambar 3.2 adalah gambar dari mesin amplas (Centrifugal amplas (Centrifugal sand and paper machine).
31
Gambar 3.2 Mesin Ampelas (Centrifugal sand and paper machine)
b.
Alat Uji Kekerasan Vickers Kekerasan Vickers Pengujian kekerasan dilakukan untuk mengetahui harga kekerasan benda uji
pada beberapa bagian sehingga akan diketahui distribusi kekerasan dari benda uji tersebut. Pengujian kekerasan pada penelitian ini adalah menggunakan uji kekerasan Vickers, Vickers, tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui nilai kekerasan material pada masing-masing bagianAlat yang digunakan adalah adalah Vickers Vickers Microhardnes Microhardnesss Tester . Penguji Pengujian an kekera kekerasan san sistem sistem Vickers juga juga berd berdas asar arka kan n atas atas keda kedalam laman an penetrasi, namun dalam perhitungan yang digunakan d igunakan adalah diameter bekas b ekas penetrasi. Pene Penetr trat ator or yang yang diguna digunaka kan n berbe berbent ntuk uk piram piramida ida bersu bersudu dutt puncak puncak 1360 1360 deng dengan an pembebanan 25. Bekas injakan penetrator diamati dengan menggunakan mikroskop untuk diukur panjang diagonal rata-rata injakan penetrator. Pengambilan sampel uji dan pengujiannya dilakukan dilakukan di Laboratorium Bahan Teknik UGM Yogyakarta. Yogyakarta.
32
cker s M icr ohardn ess Teste Tester r ) Gambar 3.3 Alat Uji Kekerasan Mikro ( Vi cker
c.
Mikro ikrosk skop op opti optik k dan dan kame kamera ra Mikros Mikroskop kop digunak digunakan an untuk untuk mengamat mengamatii strukt struktur ur mikro mikro dari dari spesim spesimen en dan
kemu kemudi dian an
meng mengam ambi bill
foto foto
sete setela lah h
mend mendap apat atka kan n
gamb gambar ar
yang yang
diin diingi gink nkan an
menggunakan kamera yang dilakukan di Laboratorium Metalografi Undip.
Gambar 3.4 Mikroskop dan kamera 33
d.
Alat uji kompos posisi Alat Alat uji komp kompos osis isii yang yang diguna digunaka kan n adal adalah ah spek spektr trome omete terr di Poli Polite tekn knik ik
Manufaktur Ceper, Klaten.
Gambar Gambar 3.5 Spektrometer Spektrometer
e.
Baha Bahan n dan dan Alat Alat bant bantu u lain lainny nyaa Bahan Bahan uji yang yang digunaka digunakan n dalam dalam penguji pengujian an adalah adalah connecting connecting rod sepeda
motor bensin 2 tak. Connecting tak. Connecting rod digunakan digunakan untuk menghubungkan piston dengan crankshaft crankshaft atau atau poros poros engko engkoll pada pada moto motor. r. Peng Penguj ujia ian n dilak dilakuka ukan n mengg mengguna unaka kan n 2 yaitu lama dan baru (lihat Gambar 3.6). connecting rod yaitu
(a)
(b)
Gambar 3.6 Connecting Rod Lama Lama (a) dan Baru (b) 34
Pembuatan Pembuatan Spesimen Uji
1.
Memotong bagian small end dan big end connecting rod yang mengalami mengalami kegaga kegagalan lan dan
kemudi kemudian an membel membelah ah menjadi menjadi dia bagian. bagian. Ini dimaksudk dimaksudkan an
agar bagian yang dicarburizing dicarburizing dapat terlihat pada saat pemotretan struktur. Bagi Bagian an yang ang tela telah h dipo dipoto tong ng dan dan dibe dibela lah h kemu kemudi dian an di di mounting mounting agar memudahkan waktu pengampelasan. Potongan bagian small bagian small end dan big dan big end ditunjukkan ditunjukkan pada gambar 3.7
(a)
(b)
Gambar 3.7 Potongan Small End (a) (a) dan Big End (b) (b)
3.3 3.3
Peng Penguj ujia ian n Baha Bahan n Uji Uji
3.3.1
Pengam Pengamatan atan Visual Visual
Pengamatan secara visual dilakukan dengan jalan mengamati kerusakan pada connect connecting ing rod secara secara langsun langsung. g. Pengama Pengamatan tan ini dilakuk dilakukan an dengan dengan member membersihk sihkan an bagian yang terjadi kerusakan. Gambar 3.8 menunjukkan bagian bagian small small end yang mengalami kerusakan dan diamati secara visual.
35
fracture
Gambar Gambar 3.8 3.8 Gambar Connecting Rod dengan dengan Penggunaan Selama 7 Tahun 3.3.2 3.3.2
Penguj Pengujian ian Kompo Komposis sisii Kimia Kimia
Penguji Pengujian an komposi komposisi si kimia kimia digunak digunakan an untuk untuk mengetah mengetahui ui komposi komposisi si dan unsur yang terkandung dalam material. Dari komposisi serta kandungan utama dari materi material al nantiny nantinyaa dapat dapat kita kita gunakan gunakan untuk untuk mengana menganalis lisaa penyebab penyebab dari dari kegagal kegagalan an connect connecting ing rod rod serta serta kemu kemungk ngkin inan an pengg penggant antia ian n mater materia iall apabi apabila la dipe diperl rluka ukan. n. Pengujian komposisi kimia ini dilakukan di POLMAN Ceper, klaten.
Gambar Gambar 3.9 Alat Uji Spektrometr Spektrometrii
36
Mulai
Preparasi spesimen (D > 1,5
Persiapan alat uji spektrometer
Pemasangan spesimen pada kedudukan ker a
Uji spektrometri (dengan mesin spektrometer)
Selesai
Gambar 3.10 Diagram Uji Komposisi / Spectrometri
Tahapan pengujian terdiri dari 3 tahap, yaitu: Tahap 1, preparasi alat uji: 1. Menghidupkan Menghidupkan alat alat beserta beserta semua semua peralatan peralatan pendukung. pendukung. 2. Tunggu Tunggu sampai sampai keluar keluar indikas indikasii spectro ready (temperature ok), kemudian pilih program yang akan diuji yang disesuaikan dengan material uji. 3. Lakukan Lakukan standar standarisasi isasi alat uji.
37
Tahap 2, preparasi benda uji: 1. Bersihkan Bersihkan permukaan permukaan benda uji dengan cara cara digerinda. digerinda. 2. Pastikan Pastikan tidak tidak ada bahan bahan pengotor pengotor yang masih masih menempel menempel Tahap 3, tahap pengujian: pengujian: 1. Letakkan Letakkan sampel sampel pada keduduka kedudukan n kerja. kerja. 2. Tekan Tekan start start pada alat alat sebagai sebagai tanda analisa analisa sampel mulai dilakukan dilakukan,, penekan penekanan an tombol start jangan dilepas sampai bunyi spark terdengar. 3. Lakukan Lakukan penembakan penembakan minimal minimal 3 kali pada tempat tempat yang yang berbeda. berbeda. 4. Setiap Setiap selesai selesai penembakan lakukan lakukan pembersiha pembersihan n pada pin penembakan. penembakan. 5. Print hasil uji yang yang didapatka didapatkan. n.
3.3. 3.3.3 3
Pen Penguji gujian an Metalografi
Peng Penguj ujia ian n
dila dilauk ukan an
di
Labo Labora rato tori rium um
di
Labo Labora rato tori rium um
Meta Metalo logr graf afii
Universitas Diponegoro.
Gambar Gambar 3.11 3.11 Alat Uji Uji Metalografi
38
Langkah Langkah – langkah pengujian Metalografi pengujian Metalografi adalah adalah sebagai berikut :
Pemotongan ( sectioning ) Pemo Pemoto tong ngan an dilak dilakuka ukan n sesu sesuai ai denga dengan n cara cara yang yang telah telah dite ditent ntuk ukan an untuk untuk membuat material dengan ukuran tertentu.
Pemegangan (mounting ) Mater Material ial yang yang sudah sudah dipotong dipotong dan dipili dipilih h bagian bagian yang akan diperik diperiksa sa dan akan akan dikerja dikerjakan kan pada proses proses selanj selanjutny utnyaa dilakuk dilakukan an pembuat pembuatan an pemegang pemegang (mounting). Biasanya menggunakan resin.
Pengamplasan ( grinding ) Tahap ini dilakukan dengan menghaluskan permukaan yang ditujukan untuk meng menghi hila lang ngka kan n
kera kerak k
pada pada
perm permuk ukaa aan n
spec specim imen en
sam sampai pai
dida didapa patk tkan an
permukaan halus, amplas paper yang sering digunakan, ukurannya 240, 800, 1000, 1500.
Pemolesan ( polishing ) Tahap ini bertujuan untuk menghasilkan permukaan specimen yang rata dan meng engkil kilap, ap,
tida tidak k
bol boleh
ada ada
gores oresan an
sela selama ma peng penguj ujia ian n.
Taha Tahap p
ini
menggunakan kain beludru dan autosol.
Pengetsaan (etching ) Pada permukaan logam yang telah dipoles akan didapatkan permukaan yang halus dan mengkilap seperti cermin. Kemudian permukaan tersebut diberi zat kimia tertentu (nital 4%.) dengan cara mencelupkan atau mengolesi dengan kain selama beberapa detik.
Pemotretan Dimaksudkan untuk mendapatkan gambar dari struktur kristal yang dimaksud. Untu Untuk k menda mendapat patka kan n foto foto mikr mikrog ogra rafi fi yang yang taja tajam, m, vari variabe abell berik berikut ut haru haruss terkontrol terkontrol yaitu yaitu penghilangan penghilangan getaran, getaran, pelurusan pelurusan pencahayaan, pencahayaan, penyesuaian penyesuaian warna cahaya, kejernihan objek, penyesuaian daerah pengamatan dan lubang diagram serta kecepatan fokus. 39
mulai Persiapan benda uji conrod Pemotongan bahan Mounting Pemberian tanda Penggerindaan
Pemolesan Pengetsaan Pengamatan dengan mikroskop
Apakah objek sudah terlihat sesuai yang diinginkan
Tidak
Ya Pemotretan Gambar struktur kesimpulan selesai
Gambar 3.12 Diagram Alir Alir Uji Metalografi 3.3.4 3.3.4
Pengu Pengujia jian n kek keker erasa asan n
Pengujian kekerasan dilakukan menggunakan metode kekerasan Vickers kekerasan Vickers (HV) (HV) dimana dimana menggunakan menggunakan Indentor Indentor diamond pyramide pyramide deng dengan an beban beban 25 gf dan dan lama lama penekanan 15 detik . Pengujian dilakukan pada kedua connecting kedua connecting rod dan dan diuji pada bagian yang sama. Selain untuk mengetahui besar kekerasan pada kedua connecting kedua connecting rod, penguji pengujian an kekeras kekerasan an metode metode Vickers juga juga diguna digunaka kan n untuk untuk mene menentu ntuka kan n ketebalan dari carburizing. dari carburizing. 40
Pengujian ini didasari pada kemampuan permukaan untuk menerima beban dari mesin uji kekerasan. Penyiapan benda uji pada pengujian ini adalah sama dengan penyiapan benda uji struktur mikro, dimana diperlukan permukaan yang halus untuk memper mempermuda mudah h dalam dalam pengamb pengambila ilan n titik titik uji. uji. Alat Alat yang digunak digunakan an adalah adalah Vickers Microhardness Tester . Pengujia Pengujian n kekera kekerasan san sistem sistem Vickers juga berdas berdasark arkan an atas kedalam kedalaman an penetr penetrasi asi,, namun namun dalam dalam perhit perhitunga ungan n yang yang digunak digunakan an adalah adalah diamet diameter er bekas penetrasi. Penetrator yang digunakan berbentuk piramida bersudut puncak 1360 1360 deng dengan an pem pembeba beban nan 25 g. Bek Bekas injak njakaan pene penettrato ratorr diam diamat atii deng dengan an menggunakan mikroskop untuk diukur panjang diagonal rata-rata injakan penetrator. Angka kekerasan piramida intan (DPH) atau kekerasan kekerasan Vickers (HV) dapat ditentukan sebagai berikut :
....................................................................... (3)
dima dimana na :
P = beba beban n yang yang dite ditera rapk pkan an (kg (kg) L = panjang diagonal rata-rata rata-rata (mm) θ
0
= sudut piramida intan (136 )
ndentor Alat Gambar 3.13 I ndentor Alat Uji Vickers 41
Langkah pengujian kekerasan Vickers kekerasan Vickers adalah adalah : - Benda uji yang telah dipotong, dipotong, disiapkan disiapkan untuk dilakukan dilakukan uji kekerasan. kekerasan. - Benda uji diletakkan diletakkan pada landasan landasan yang sesuai. sesuai. - Meletakkan penetrator penetrator pada benda uji. - Memberikan pembebanan pembebanan sebesar 25 g. - Menunggu saat pembebanan selama kira-kira 15 detik. detik. - Mengangkat pembebanan dari permukaan bahan. - Melihat hasil uji kekerasan yang ditampilkan pada layar monitor.. - Mengulangi pengujian seperti langkah-langkah diatas sebanyak 10 kali pada tempat yang berbeda-beda. - Jarak tiap titik adalah 200 μ m
Gambar 3.14 Arah Pengujian Vickers pada Small End
Gambar 3.15 Arah Pengujian Vickers pada Big End 42
