Aplikasi Software MATLAB untuk Menganalisis Kemampukerasan Baja (AA) PDF

Preview

Summary

APLIKASI SOFTWARE MATLAB DALAM MEMPREDIKSI KEMAMPUKERASAN BAJA Abrianto Akuan RINGKASAN Baja merupakan material yang sangat banyak penggunaannya. Hal ini dikarenakan, baja mempunyai sifat yang relatif keras dibandingkan material non logam pada umumnya. Salah satu teknik untuk meningkatkan kekerasan ...

Description

APLIKASI SOFTWARE MATLAB DALAM MEMPREDIKSI KEMAMPUKERASAN BAJA Abrianto Akuan RINGKASAN Baja merupakan material yang sangat banyak penggunaannya. Hal ini dikarenakan, baja mempunyai sifat yang relatif keras dibandingkan material non logam pada umumnya. Salah satu teknik untuk meningkatkan kekerasan baja adalah melalui proses perlakukan panas (heat treatment). Tetapi sebelum itu kita harus mengetahui terlebih dahulu sifat mampu keras (hardenability) dari baja yang akan dikeraskan, salah satunya yang dilakukan dilaboratorium adalah melalui metode jominy test yaitu spesimen baja (standar ASTM A255 dan SAE J406) yang telah dipanaskan sampai temperatur austenisasi, disemprot air pada salah satu ujungnya sampai temperatur kamar. Kemudian dilakukan pengujian distribusi kekerasan dan akan menghasilkan kurva pita hardenability, kurva tersebut kemudian akan dibandingkan dengan hasil prediksi kemampukerasan (hardenability) yang telah dibuat dengan bantuan software MATLAB (Matrix Labratory). Setelah pengujian dilakukan, terlihat perbedan kekerasan dari ujung quench sampai jarak tertentu yang semakin menurun, hal ini diakibatkan perbedaan kecepatan pendinginan yang semakin lambat, sehingga semakin jauh dari ujung quench, kesempatan atom karbon untuk berdifusi semakin banyak, yang mengakibatkan fasa martensit sulit terbentuk. Dilihat dari kurva kekerasan hasil pengujian, baja AISI 4140 mempunyai sifat mampu keras yang baik dengan nilai diameter kritis ideal (Di) 0.5576 in. Hasil verifikasi prediksi kekerasan dari program dengan kekerasan hasil pengujian, ternyata menghasilkan kurva dengan kecenderungan yang sama, sehingga program tersebut bisa digunakan sebagai program untuk memprediksi sifat mampu keras dari baja yang akan dikeraskan yang dapat menggantikan pengujian secara praktek di laboratorium. I. Pendahuluan

Baja merupakan suatu material yang sangat luas dalam penggunaannya. Hal ini disebabkan karena keberadaannya yang mudah diperoleh, ketersediaannya yang relatif tinggi dan berbagai sifat lainnya yang dapat memenuhi kebutuhan dalam aplikasinya. Pada umumnya penggunaan baja adalah dikarenakan material tersebut mempunyai sifat dasar yang lebih keras dibandingkan dengan material lainnya, karena pada aplikasinya baja-baja tersebut dapat menerima beban luar, baik itu beban tekan, geser ataupun puntir, dan tidak jarang pula menerima beban gesek yang akan menyebabkan keausan pada baja tersebut. Sehubungan dengan itu diperlukan teknik atau proses khusus dalam

ilmu logam untuk mendapatkan baja dengan sifat yang sesuai dengan aplikasinya, yaitu melalui proses perlakuan panas (heat treatment).

Proses perlakuan panas pada baja dilakukan dengan cara memanaskan material hingga temperatur austenit, kemudian ditahan pada temperatur tersebut pada selang waktu tertentu yang bertujuan untuk memberikan waktu pada baja agar semua bagiannya berubah menjadi fasa austenit yang homogen. Kemudian selanjutnya didinginkan sampai temperatur kamar dengan laju pendinginan tertentu. Laju pendinginan ini sangat menentukan fasa akhir yang akan mempengaruhikekerasan atau kekuatan baja tersebut. Laju pendinginan yang cepat akan mengakibatkan fasa austenit tidak akan berubah menjadi ferit atau perlit, akan tetapi fasa austenit ini akan berubah menjadi fasa martensit yang bersifat sangat keras.

Oleh karena itu kemampuan atau kemudahan suatu baja untuk membentuk fasa martensit merupakan suatu hal yang akan sangat membantu untuk mengetahui sejauh mana baja tersebut bisa dikeraskan. Kemampuan suatu baja untuk membentuk fasa martensit biasa kita kenal dengan sifat mampu keras atau hardenability, setiap baja atau paduan ferrous lainnya akan memiliki hardenability yang berbeda-beda. Dengan demikian hardenability suatu paduan dalam hal ini baja merupakan suatu hal yang penting untuk diketahui ataupun diprediksi.

Dalam pengujian hardenability secara praktek, ada serangkaian proses yang harus diselesaikan. Mulai dari perhitungan awal, untuk mendapatkan daerah mampu keras (hardenability band) baja yang sedang di uji, dari data-data yang sudah tersedia. Tentunya hal ini memerlukan banyak waktu dan ketelitian yang baik supaya hasil yang diperoleh cukup akurat. Untuk mempermudah proses tersebut maka perlu dibuat suatu program/software untuk mendapatkan karakteristik sifat mampu keras dari baja dan paduannya dengan memanfaatkan software aplikasi yang telah tersedia yaitu Matlab.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu program yang akan mempermudah proses pengujian hardenability, dengan cara membuat suatu program yang dapat memunculkan kurva hardenability band dan atau kurva prediksi kekerasan

yang didasarkan pada komposisi kimia standar atau hasil uji komposisi dari baja yang akan di uji. II. Prosedur Penelitian

Gambar II.1 Skema penelitian.

Gambar II.2 Skema proses pemrograman. 1.25”

3.8” 4”

1”

Gambar II.3 Geometri spesimen pada pengujian hardenability (jominy test).

Gambar II.4 Peralat alatan dalam pengujian hardenability metoda jom jominy test.

III. Hasil dan Pembahasan asan Jenis baja yang dig digunakan pada pengujian hardenability ini ada adalah baja AISI 4140, yang merupakan salah sal satu jenis baja paduan rendah, baja terse tersebut kemudian dibentuk spesimen sesuai suai dengan standar ASTM A255 dan SAE J40 J406, hasil yang diperoleh setelah pengujian an disampaikan dibawah ini. Tabel III.1 Hasil pengujian pe kekerasan setelah pengujian harde ardenability metod etode jominy test pada baja AISI 4140. Jarak dari ujung quench (in)

Kekerasan (HRC)

1∕16

57,5

4∕16

52,5

6∕16

45,5

8∕16

40,2

12∕16

39

20∕16

36

24∕16

34,4

28∕16

31,2

32∕16

30,7

Gambar III.1 Kurva hardenability hasil pengujian jominy test.

Program prediksi sifat mampu keras baja, di buat dengan menggunakan software matlab, yang dibagi ke dalam dua bagian, yaitu: 1. Kulit. Untuk membuat program kulit ini (tampilan luar), digunakan GUI (Graphical User Interfaces) yang merupakan fasilitas matlab, dimana objek-objek matlab yang digunakan adalah figure, axes dan uicontrol (checkbox, edit, text, frame, popupmenu, pushbutton dan radiobutton). 2. Isi. Untuk membuat program isi ini (fungsi-fungsi penggerak program) digunakan fungsi-fungsi matlab, yaitu: set, get, interp1, str2num, num2str, questdlg, hold on dan fungsi-fungsi matematika lainnya. Selain itu dimasukan juga database menjadi satu kesatuan dalam program isi ini.

Di bawah ini ditunjukkan penggunaan dari program hardenability yang telah dibuat, serta hasil pengujian secara prakteknya.

Gambar III.2 Data hasil sil prediksi pr hardenability baja AISI 4140 melalui alui pemrograman software Matlab (garis me merah), prediksi berdasarkan hasil pengujian kom komposisi kimia (garis hijau) dan ha hasil pengujian jominy test secara praktek (gari aris biru).

Gambar III.3 Diagram m CCT (continuous cooling transformation) ba baja AISI 4140.

Dari data hasil pengujian kekerasan seperti ditunjukkan pada Tabel III.1 dan Gambar III.2 terlihat bahwa kekerasan yang diperoleh sudah cukup sesuai, kurva hardenability hasil prediksi dan hasil pengujian secara praktek berada didalam pita hardenability untuk baja berdasarkan unsur-unsur yang diketahui atau berdasarkan standar komposisi dengan kandungan nilai maksimum dan minimum.

Software yang digunakan untuk membuat program hardenability ini adalah matlab yang merupakan jenis software interpreter, yaitu program yang dibuat tidak bias berdiri sendiri ketika program ini akan digunakan, maka kita harus meng-instal, master software matlab terlebih dahulu. Dalam pembuatan program ini yang paling ditekankan adalah keakuratan data base, karena data base ini yang sangat menentukan hasil dari program yang dibuat ini, berupa tampilan kurva pada sumbu koordinat x-y.

Pada Gambar III.2, terlihat bahwa kurva hasil eksperimen (berwarna hijau) semakin menurun dengan bertambahnya jarak. Hal ini disebabkan karena terjadi perbedaan laju pendinginan, dimana semakin dekat dengan ujung quench, laju pendinginannya semakin cepat dan sebaliknya, semakin jauh dengan ujung quench laju pendinginannya semakin lambat, akibatnya fasa-fasa yang terbentuk akan berbeda-beda. Laju pendinginan dan perubahan fasa ini dapat diterangkan melalui diagram CCT (Gambar III.3).

Hasil prediksi kurva kekerasan berdasarkan unsur-unsur paduan yang ditunjukkan pada Gambar III.2 (garis kurva berwarna merah) merupakan grafik kekerasan hasil prediksi berdasarkan unsur-unsur yang diketahui berdasarkan standar materialnya, dan garis biru merupakan kurva kekerasan berdasarkan unsur-unsur hasil pengujian komposisi kimia melalui spekrometer, sedangkan kurva berwarna hijau adalah kurva kekerasan hasil eksperimen (pengujian jominy test). Pada Gambar tersebut terlihat pula adanya perbedaan harga distribusi kekerasan, kekerasan hasil prediksi relatif lebih tinggi dari hasil pengujian secara praktek. Hal ini diakibatkan oleh beberapa hal: 1. Terjadi dekarburisasi pada permukaan, sehingga jumlah karbon pada permukaan berkurang, yang mengakibatkan menurunnya kekerasan permukaan.

2. Ukuran butir austenit baja AISI 4140 untuk prediksi ini diperkirakan No.7, pada kenyataannya dapat diluar nilai tersebut sehingga akan membuat kurva kekerasan berubah, karena besar butir austenit akan mempengaruhi kekerasan baja.

Setelah melihat hasil verifikasi program dengan hasil pengujian baja AISI 4140 sebagai sampel dari baja paduan rendah, maka secara keseluruhan

kurva prediksi hasil

pemrograman dan hasil pengujian mempunyai kecendrungan yang sama (garis biru dan garis hijau). Sehingga program ini dapat digunakan sebagai pengganti pengujian hardenability secara praktek atau dengan kata lain dapat dipergunakan untuk memprediksi sifat mampu keras dari baja karbon atau baja paduan rendah.

IV. Kesimpulan Dari serangkaian proses pemrograman dan studi hardenability baja dengan metode jominy test ini dapat disimpulkan beberapa hal yaitu sebagai berikut: 1. Baja AISI 4140 mempunyai hardenability yang baik dengan harga diameter kritis ideal (diameter yang dapat menghasilkan 50 % martensit) sebesar 0.5576 in. 2. Semakin menurunnya laju pendinginan baja pada setiap jarak dari ujung quench dalam pengujian jominy, akan menghasilkan fasa yang berbeda-beda sehingga kurva kekerasan baja semakin menurun terhadap jarak. 3. Perbedaan prediksi kekerasan dengan menggunakan program dan kekerasan hasil eksperimen jominy test adalah sekitar 3,3 HRC. 4. Program Matlab hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai pengganti pengujian hardenability metode jominy test secara praktek untuk baja karbon dan baja paduan rendah lainnya.

Referensi 1. Reed Hill,”Physical Metallurgy Principles”, PWS-Kent Publishing Company, Boston, 1992. 2. K. E. Thelning, “Steel and Its Heat Treatment”, Butterwoths, London, 1984. 3. Kusharjanto, “Perlakuan Panas dan Metalografi”,Labotaria Teknik Metalurgi Unjani, Bandung, 1998. 4. www.tf.uni-kiel.de/matwis/matu/pdf/met/met_18y.pdf, “Alloy Steels”. 5. Rochim Suratman, “Panduan Proses Perlakuan Panas”, Lembaga Penelitian ITB, 1994. 6. R. E. Smallman, “Metalurgi Fisik Modern”, PT Gramedia, Jakarta1991.

7. www.mae.cornell.edu/zabaras/course/MAE212/modulII.pdf, “Hardenability of Carbon and Alloy Steels”. 8. B. J. Moniz, “Metallurgy”, American publishers, America, 1994. 9. Donald S. Clark, “Metallurgy for Engineers”, American book, Ney York, 1962. 10. Glyn Meyrick, “Physical Metallurgy of Steel”, Westwood, Ohio, 2001. 11. Duane Hanselman, “MATLAB”, ANDI Yogyakarta, 2000. 12. Bruce Littlefield, “Mastering MATLAB 5”, Upper Saddle River, New Jersey, 1998. 13. Anil Kumar Sinha, “Ferrous Physical Metallurgy”, Butterworths.

LAMPIRAN % Program "Hardenability Jominy Test" (kulit) % Teknik metalurgi, Unjani clear all; clc; jom1=figure('position',[150 45 720 695],... 'color',[0.5 1 1],... 'numbertitle','off',... 'menubar','none',... 'name','PROGRAM ~ HARDENABILITY JOMINY TEST ~'); kur=axes('parent',jom1,... 'unit','points',... 'fontsize',8,... 'color',[0 0.5 1],... 'position',[35 170 370 335]); frgs=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[560 574 147 100]); frgs1=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[565 579 137 90]); frgs2=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[575 589 117 70]); frgs3=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[585 599 97 50]); ub=uicontrol('style','text',... 'string','Ukuran Butir :',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[600 630 65 15]); gs=uicontrol('style','popup',... 'string','6|7|8',... 'value',[1|2|3],... 'position',[610 610 40 20],... 'backgroundcolor',[1 1 1]); frhasuji=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[560 228 147 333]); frhasuji=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[565 233 137 323]); hap=uicontrol('style','radio',... 'string','Hasil Pengujian',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'fontsize',11,... 'position',[580 525 120 25]); satu=uicontrol('style','text',... 'string','1/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 490 50 15]); pat=uicontrol('style','text',... 'string','4/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 460 50 15]); pan=uicontrol('style','text',... 'string','8/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 430 50 15]); dubel=uicontrol('style','text',... 'string','12/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],...

'position',[580 400 50 15]); enbel=uicontrol('style','text',... 'string','16/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 370 50 15]); dupul=uicontrol('style','text',... 'string','20/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 340 50 15]); dupat=uicontrol('style','text',... 'string','24/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 310 50 15]); dupan=uicontrol('style','text',... 'string','28/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 280 50 15]); tida=uicontrol('style','text',... 'string','32/16 inc.',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[580 250 50 18]); edsatu=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 490 50 18]); edpat=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 460 50 18]); edpan=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 430 50 18]); eddubel=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 400 50 18]); edenbel=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 370 50 18]); eddupul=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 340 50 18]); eddupat=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 310 50 18]); eddupan=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 280 50 18]); edtida=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[640 250 50 18]); frclose=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[560 163 70 50]); kel=uicontrol('style','pushbutton',... 'string','TUTUP',... 'backgroundcolor',[1 0 0],... 'fontsize',12,... 'callback','close',... 'position',[565 168 60 40]); frnext=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[637 163 70 50]); trus=uicontrol('style','pushbutton',... 'string','BARU',... 'backgroundcolor',[0 1 0],... 'fontsize',12,...

'callback','jominy',... 'position',[642 168 60 40]); frpro=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[560 20 145 133]); pro=uicontrol('style','pushbutton',... 'string','PROSES',... 'backgroundcolor',[0 0.5 0.25],... 'fontsize',17,... 'callback','pros',... 'position',[565 25 135 123]); frin=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.93 0.91 0.85],... 'position',[47 20 500 133]); frin1=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[55 66 420 80]); inp=uicontrol('style','text',... 'string','Input :',... 'Backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[60 123 40 15]); pu=uicontrol('style','popup',... 'string','SAE/AISI|4130H|4135H|4137H|4140H|4142H|4145H|4147H|4150H|4161H|4340H|5130H|5132H|5135H|514 0H|5147H|5150H|5155H|5160H|6150H|81B45H|8617H|8620H|8622H|8625H|8627H|8630H|86B30H|8637H|8640H|8 642H|8645H|86B45H|8650H|8655H|8660H|8720H|8740H|8822H|9260H|94B30H',... 'value',[1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|13|14|15|16|17|18|19|20|21|22|23|24|25|26|27|28|29|30|31|32|33|34|35|36|37| 38|39|40|41],... 'position',[60 78 70 17],... 'backgroundcolor',[1 1 1]); ca=uicontrol('style','popup',... 'string','Manual|Automatis',... 'value',[1|2|3],... 'position',[60 103 70 17],... 'backgroundcolor',[1 1 1]); frin2=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[55 26 420 35]); spe=uicontrol('style','radio',... 'string','spektrometer',... 'fontsize',10,... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[60 33 110 20]); frin3=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[480 66 60 80]); frin4=uicontrol('style','frame',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[480 26 60 35]); Min=uicontrol('style','text',... 'string','Min',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[140 78 30 15]); Max=uicontrol('style','text',... 'string','Max',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[140 103 30 15]); Car=uicontrol('style','text',... 'string','%C',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[175 123 40 15]);

Mn=uicontrol('style','text',... 'string','%Mn',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[225 123 40 15]); Si=uicontrol('style','text',... 'string','%Si',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[275 123 40 15]); Ni=uicontrol('style','text',... 'string','%Ni',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[325 123 40 15]); Cr=uicontrol('style','text',... 'string','%Cr',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[375 123 40 15]); Mo=uicontrol('style','text',... 'string','%Mo',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[425 123 40 15]); Di=uicontrol('style','text',... 'string','Di',... 'backgroundcolor',[0.75 0.75 0.75],... 'position',[490 123 40 15]); edCarmin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[175 78 40 17]); edCarmax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[175 103 40 17]); edMnmin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[225 78 40 17]); edMnmax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[225 103 40 17]); edSimin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[275 78 40 17]); edSimax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[275 103 40 17]); edNimin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[325 78 40 17]); edNimax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[325 103 40 17]); edCrmin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[375 78 40 17]); edCrmax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[375 103 40 17]); edMomin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[425 78 40 17]); edMomax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[425 103 40 17]); DiMin=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[490 78 40 17]); DiMax=uicontrol('style','edit',... 'string','0',...

'position',[490 103 40 17]); edj=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[175 33 40 17]); edk=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[225 33 40 17]); edl=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[275 33 40 17]); edm=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[325 33 40 17]); edn=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[375 33 40 17]); edo=uicontrol('style','edit',... 'string','0',... 'position',[...