Modifikasi Kekerasan Baja Tahan Karat AISI 316L Dengan
advertisement
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Modifikasi Kekerasan Baja Tahan Karat AISI 316L Dengan Menggunakan Proses Steel Ball Peening Teguh Dwi Widodo1 *, Rudianto Raharjo2, Haslinda Kusumaningsih3 dan Enggal Rakhmatulloh Rizky4 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Brawijaya, Jl. Veteran, Malang, Indonesia [email protected]* Abstrak Baja tahan karat AISI 316L merupan baja tahan karat yang tidak dapat ditingkatkan sifat mekanisnya dengan menggunakan heat treatment. Salah satu metode yang dapat digunakan yaitu dengan mechanical treatment yang salah satunya yaitu steel ball peening. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh dari proses steel ball peening terhadap kekerasan permukaan baja tahan karat AISI 316L. Pada penelitian ini baja tahan karat AISI 316L di perlakukan dengan proses steel ball peening pada permukaanya dengan tekanan pada nozzle peening sebesar 6, 7, dan 8 bar. Sedangkan peen ball yang digunakan yaitu stainless steel dengan kekerasan dan ukuran masing masing 240 HVN dan 4 mm. Proses steel ball peening sendiri dilakukan selama 10 menit dengan sudut penembakan 90º. Steel ball peening berhasil meningkatkan kekerasan baja tahan karat AISI 316L secara siknifikan. Kekersan meningkat dari 431 HVN untuk material tanpa perlakuan menjadi 680,7 HVN untuk material yang mengalami steel ball peening dengan tekanan 8 bar. Kata kunci : STEEL BALL PEENING, SURFACE TREATMENT, STAINLESS STEEL 316L. Pendahuluan Kekerasan merupakan salah satu sifat material yang utama [1]. Terdapat beberapa metode untuk meningkatkan kekerasan suatu material yaitu dengan cara merubah komposisi kimia dari material, perlakuan panas, dan pengerjaan dingin. Salah satu bentuk pengerjaan dingin adalah Sand blasting, Surface Mechanical Attrition Treatmeant (SMAT) dan Steel ball peening. AISI 316L stainless steel sudah secara luas digunakan pada dunia rekayasa material di dunia indusstri seperti petrokimia, pembangkit tenaga nuklir, dan biomedik. Pada stainless steel tipe AISI 316L stainless steel mempunyai kandungan karbon yang rendah sehingga memiliki nilai ketahan korosi, akan tetapi memiliki ketahanan lelah yang rendah [2]. AISI 316L mengandung unsur chromium (Cr) sehingga mampu bertahan dari oksidasi yang menyebabkan terjadinya karat. AISI 316L sangat sering digunakan pada dunia ilmu biomedik karena memiliki ketahanan krorosi yang tinggi dan sangat cocok untuk bahan implan [3]. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan berbagai studi telah dilakukan dalam meningkatkan sifat mekanik satu material salah satunya steel ball peening. Metode steel ball peening dapat meningkatkan kekerasan dan ketahanan lelah suatu material [4]. Dalam perkembangannya steel ball peening digunakan untuk menghilangkan tegangan sisa di permukaan material dengan memberi tekanan pada permukaan sehingga terjadi perubahan lapisan permukaan. Dalam penelitian sebelumnya di laporkan bahwa steel ball peening dapat meningkatkan ketahan lelah dari 0 – 100 % tergantung material spesimen dan media shot [5]. Dalam penelitian ini efek proses steel ball peening pada baja tahan karat AISI 316L diteliti. Metode Penelitian Stainless steel AISI 316L dengan dimensi panjang 3 mm, lebar 3 mm dan tebal 2 mm digunakan sebagai spesimen dalam penelitian ini. Spesimen stainless steel AISI 316L Material 37 Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 dengan komposisi kimia (%wt) terlihat pada Tabel 1. spesimen dengan jarak setiap titik 50 µm seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Tabel 1. Komposisi kimia Stainless steel AISI 316 L Karbon Mangan Fosfor Sulfur Silikon (C) (Mn) (P) (S) (Si) 0,03 2,00 Molyb Nitrogen denum (N) (Mo) 0,045 2,0-3,0 67.8 0,10 Besi (Fe) 0,03 Chrom ium (Cr) 16,018,0 0,75 Nikel (Ni) 10,014,0 AISI 316 di perlakukan pada permukaannya dengan beberapa variasi tekanan pada nozel alat steel ball peening. Tekanan shot divariasikan dengan tekanan 6 bar, 7 bar, dan 8 bar. Proses ini dilakukan dengan intensitas waktu yang sama selama 5 menit dan jarak penembakan 2 cm Gambar 2 Skema Pengujian Kekerasan Hasil dan Pembahasan Dari proses steel ball peening didapat nilai kekerasan setelah diuji kekerasan dengan metode vikers. Nilai kekerasan diambil setiap 50 µm tersebut kemudian dibandingkan terhadap tekanan yang digunakan. Hasil dari pengujian kekerasan ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 1 Skema penelitian Sebelum proses peening dilakukan, dipoles dengan menggunakan sand paper untuk meminimalisir ketidak homogenan permukaan dari specimen. Pemolesan dilakukan dengan memanfaatkan sand paper dari ukuran ISO 200 sampai ISO 1500. Pada penelitian ini media shot yang digunakan adalah stainless steel ball dengan diameter 4 mm. Proses shot menggunakan kompresor dan gun blaster sebagai alat shot. Pengaturan tekanan dilakukan dengan mengatur pressure gauge keluaran pada nozzle. Pengujian kekerasan menggunakan metode Vickers. Pengujian specimen dilakukan sebanyak 5 titik secara berurutan dari yang paling tepi permukaan hingga ke tengah pada Gambar 3 Grafik nilai pengujian kekerasan AISI 316 L Gambar 3 menunjukkan bahwa nilai kekerasan bertambah seiring jarak dari permukaan steel ball peening. Semakin dekat dengan permukaan nilai kekerasan pada AISI 316L yang diperlakukan semakin tinggi, hal tersebut dikarenakan gaya yang bekerja pada permukaan sampel besar pada permukaan dan Material 37 Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 menurun seiring jarak dari permukaan yang terkenai proses steel ball peening. Hal tersebut sesuai dengan penelitan sebelumnya [3-5], pada proses steel ball peening terjadi perubahan ukuran butir pada daerah permukaan sehingga mempengaruhi nilai kekerasan permukaan tersebut. Hv meningkat mejadi kekerasan pada tekanan 6 bar sebesar 637 VHN, tekanan 7 bar 641VHN dan tekanan 8 bar 680.7 VHN . KESIMPULAN Proses steel ball peening dengan intensitas waktu 5 menit semakin besar nilai tekanan semakin besar nilai kekerasan pada AISI 316L hal ini disebabkan karena gaya tekan yang diberikan pada permukaan AISI 316L semakin besar sehingga kemungkinan terjadinya deformasi pada material yang di beri perlakuan semakin besar. Dengan semakin besarnya kemungkinan deformasi maka semakin halus butiran dari material tersebut sehingga kekerasan permukaannya akan naik seiring tekanan shot ball peening DAFTAR PUSTAKA Gambar 4 diagram hubungan kekerasan pada jarak 50 µm pada tekanan yang berbeda Pada gambar 4 menunjukkan bahwa besarnya tekanan shot mempengaruhi hasil dari kekerasan. Semakin besar tekanan shot yang digunakan semakin besar nilai kekerasannya hal tersebut disebabkan pada proses steel ball peening terjadi pemberian tekanan secara terus menerus pada permukaan sehingga pada tekanan shot yang lebih besar memberikan gaya yang lebih besar daripada tekanan yang lainnya dikarenakan memiliki gaya tekan yang lebih besar sehingga terjadi deformasi pada permukkan sehingga mengubah kerapatan dan ukuran butir pada permukaan. Pada jarak 50µm dari permukaan menunjukkan bahwa nilai kekerasan paling tinggi pada tekanan 8 bar yaitu pada nilai kekerasan 680.7 VHN pada diameter shot 4 mm. Nilai kekerasan pada lapisan permukan AISI 316L hasil steel ball peening menunjukkan peningkatan menjadi dari 213 [10] Arifvianto B, Suyitno,. Mahardika M, P. Dewo, P.T. Iswanto, Salim U.A. Effect of surface mechanical attrition treatment (SMAT) on microhardness, surface roughness and wettability of AISI 316L. Material chem Materials Chemistry and Physics, Vo. 125, pp 418 – 426. [11] Wang Li Zhao Xin Ding Ming-hui Zheng. Surface modiļ¬cation of biomedical AISI 316L stainless steel with zirconium carbonitride coatings. Applied Surface Science, Vol. 340, pp. 113 – 119. [12] Grinspan A. S., and Gnanamoorthy, R., Surface Modification and Fatigue Behaviour of HighPressure Oil Jet-Peened Medium Carbon Steel, AISI 1040. Vol 129, pp.601 – 606. [13] Azar ,V., Hashemi, B., Yazdi M. R. 2010. The effect of shot peening on fatigue and corrosion behavior of 316L stainless steel in Ringer's solution. Surface and Coatings Technology, Vol. 2014, pp. 3546–3551 Malik A. U. dan Fozan S. A. 1993. Crevice Corrosion Behavior of AISI 316L SS In Arabian Gulf Seawater. SWCC, Vol. 26, pp. 901-922. Material 37
