6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Penelitian Sebelumnya

Dari penelitian yang dilakukan oleh (Surahto, 2016) tentang pengaruh

pengisian pasir dan lilin terhadap kualitas pembentukan batang pipa

menghasilkan data seperti berikut :

Pada hasil pembengkokan pipa diameter 1,27 cm dengan tebal 0,12

cm, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada percobaan pertama yang menggunakan pipa standar atau kosong

dengan ketebalan pipa 1,2 mm hasil bending yang diperoleh tidak bagus,

pada bengkokan mengalami perubahan diameter dan radius dalam bending

mengalami pengkerutan.

2. Pada percobaan kedua yang menggunakan pipa diisi dengan lilin dengan

ketebalan pipa 1,2 mm hasil bending yang dihasilkan lebih leembut dan

pada bengkokkan tidak terlalu mengalami perubahan diameter pada

bengkokan pipa.

3. Pada percobaan ketiga diisi dengan pasir dengan ketebalan pipa 1,2 mm

hasil bending dihasilkan lebih bagus tidak mengalami perubahan diameter

pada bengkokan pipa.

Pada hasil pembengkokan pipa dengan diameter 1,27 cm dengan tebal

0,18 cm, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

7

1. Pada percobaan keempat yang menggunakan pipa standar atau kosong

dengan ketebalan pipa 1,8 mm hasil bending yang dihasilkan lebih bagus

dibandingkan dengan pipa standar dengan ketebalan 1,2 mm.

2. Padapercobaan kelima yang menggunakan pipa diisi dengan lilin dengan

ketebalan pipa 1,8 mm hasil bending yang dihasilkan tidak jauh berbeda

dengan ketebalan pipa 1,2 mm.

3. Pada percobaan keenam yang menggunakan pipa diisi dengan pasir

dengan ketebalan 1,8 mm hasil bending yang dihasilkan jauh lebih bagus

dan hampir mendekati sempurna.

Penelitian yang dilakukan oleh (Sidi, 2012) ini membahas tentang

hasil pengaruh kekerasan terhadap pipa yang dibengkokkan akibat pemanasan

pada Material ASME 335 Grade P91 dengan pelakuan panas dengan suhu

670 °C dan 800 °C dan di bengkokan dengan sudut 90o dan 180o terlebih

dahulu kemudian dipotong pada bagian belokan pipa lalu dilakukan pengujian

kekerasan dengan menggunakan 6 (enam) titik bagian.

Gambar 2.1 Titik pengujian kekerasan

Pengamatan pada permukaan spesimen dengan pemanasan 670 0C dan

sudut bending 90° menunjukkan nilai kekerasan, pada spesimen mengalami

kenaikan nilai kekerasan paling tinggi pada spesimen dua dibandingkan

8

dengan kenaikan nilai kekerasan yang dialami potongan spesimen satu dan

tiga. Hal ini terjadi karena spesimen dua terletak di Pengujian kekerasan

mulai dari ekstrados menunjukkan kecenderungan untuk terus naik mulai dari

titik pengujian 2, 3, 4 dan mencapai puncaknya di titik pengujian 5 yang

terletak pada bagian tengah intrados. Perbedaan terbesar angka kekerasan

piramida intan (DPH) nilai kekerasan sebesar 569,056 DPH dan terkecil

148,785 DPH. Sedangkan pada sudut bending 180o dan suhu pemanasan

670°C dan Akibat proses rotating bending perbedaan terbesar angka

kekerasan piramida intan (DPH) nilai kekerasan sebesar 581,880 DPH dan

terkecil 149,208 DPH. Spesimen dengan variasi pemanasan 800oC dan sudut

bengkok 90oC akibat proses rotating bending perbedaan terbesar angka

kekerasan piramida intan (DPH) nilai kekerasan sebesar 505,559 DPH dan

terkecil 168,203 DPH. Hubungan pemanasan pada temperatur 800oC dan

sudut bengkok 180o. Akibat proses rotating bending perbedaan terbesar

angka kekerasan piramida intan (DPH) nilai kekerasan sebesar 995.049 DPH

dan terkecil 80.974 DPH.

Dari penelitian yang dilakukan oleh (Pratama, 2016) dengan judul

studi pengerasan regangan (strain hardening) pada foot step sepeda motor

produk asli dan produk imitasi (lokal) didapatkan hasil sebagai berikut :

1. Berdasarkan pengamatan hasil pengujian struktur mikro dapat disimpulkan

bahwa foot step tersebut nampak adanya fasa ferit dan perlit. Struktur

mikro bagian foot step dengan tekukan ada bekas-bekas butiran ferit dan

perlit yang memanjang dari proses pengerjaan dingin yang menyebabkan

adanya pengerasan regangan.

9

2. Pada foot step spesimen asli memiliki nilai kekerasan pada titik 1 (tanpa

adanya tekukan) sebesar 166,67 kg/mm2, titik 2 (1 tekukan) sebesar 168,94

kg/mm2, dan titik 3 (2 tekukan) sebesar 188,25 kg/mm2 sedangkan foot

step produk imitasi memiliki nilai kekerasan pada titik 1 sebesar 95,6

kg/mm, titik 2 sebesar 146,95 kg/mm, dan titik 3 sebesar 169,8 kg/mm.

Produk asli lebih keras disbanding produk imitasi karena prosuk asli

memiliki kandungan karbon lebih tinggi dibandingkan prosuk imitasi.

2.2 Baja

2.2.1 Pengertian baja

Baja pada dasarnya adalah paduan murni dari besi dan karbon

dengan konsentrasi karbon yang jauh lebih rendah (Munasir, 2009).

Kandungan besi (Fe) pada baja sekitar 97 % dan karbon (C) sekitar 0,2 %

hingga 2,1 % sesuai grade-nya. Selain unsur besi (Fe) dan karbon (C), baja

mengandung unsur lain seperti mangan (Mn) dengan kadar maksimal 1,65

%, silikon (Si) dengan kadar maksimal 0,6 %, tembaga (Cu) dengan kadar

maksimal 0,6 %, sulfur (S), fosfor (P) dan lainnya dengan jumlah yang

dibatasi dan berbeda-beda (Seidu & Johnson Kutelu, 2013).

Karbon merupakan unsur penting pada baja yang dapat

meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja, tapi dalam jumlah yang banyak

akan menurunkan ketangguan (thoughness) baja tersebut. Kandungan

karbon di dalam baja sekitar 0,1-1,7 %, sedangkan unsur lainnya dibatasi

sesuai dengan kegunaan baja. Baja karbon banyak digunakan dari peralatan

10

dapur, transportasi, generator, sampai kerangka gedung, jembatan,

perpipaan dan tangki dalam dunia industri (Hussin & Kassim, 2010).

2.2.2 Klasifikasi Baja

Baja dapat diklasifikasikan berdasarkan komposisi kimianya seperti

kadar karbon dari paduan yang digunakan. Berikut ini klasifikasi baja

berdasarkan komposisi kimianya.

a. Baja Karbon

Baja karbon terdiri dari besi dan karbon. Oleh karena itu, pada

umumnya sebagian besar baja hanya mengandung karbon dengan sedikit

unsur paduan lainnya. Perbedaan persentase kandungan karbon dalam

campuran logam baja menjadi salah satu pengklasifikasian baja.

Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi ke dalam tiga macam,yaitu:

1. Baja karbon rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang

dari 0,3 %. Baja karbon rendah merupakan baja yang paling murah biaya

produksi diantara baja karbon lainnya, mudah dilas, serta keuletan dan

ketangguhannya sangat tinggi tetapi kekerasannya rendah dan tahan aus.

Baja jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan

komponen bodi mobil, struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, kaleng,

pagar dan lain-lain.

2. Baja karbon sedang (Medium Carbon Steel)

Baja karbon sedang adalah baja yang mengandung karbon dengan

persentase sebesar 0,3 % - 0,6 %. Baja karbon sedang memiliki kelebihan

jika dibandingkan dengan baja karbon rendah yaitu kekerasannya lebih

11

tinggi daripada baja karbon rendah, kekuatan tarik dan batas regang yang

tinggi, tidak mudah dibentuk oleh mesin, lebih sulit dilakukan pengelas dan

dapat dikeraskan dengan quenching. Baja karbon sedang banyak digunakan

untuk poros, rel kereta api, roda gigi, pegas, baut, komponen mesin yang

membutuhkan kekuatan tinggi dan lain-lain.

3. Baja karbon tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi merupakan baja yang mengandung karbon

sebesar 0,6 % - 1,7 % dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan

tinggi, tetapi keuletannya lebih rendah. Baja karbon tinggi mempunyai kuat

tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk material perkakas (tools).

Salah satu aplikasi dari baja tersebut adalah dalam pembuatan kawat baja

dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung di dalam baja

maka karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas dan alat-alat

perkakas seperti palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu, baja jenis ini

banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti pembuatan kikir,

pisau cukur, mata gergaji dan lainnya (Fatoni, 2016).

b. Baja Paduan

Baja paduan didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan

satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, mangan, molibdenum,

kromium, vanadium dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-

sifat baja yang dikehendaki, seperti sifat kekuatan, kekerasan dan

keuletannya. Paduan dari beberapa unsur yang berbeda memberikan sifat

khas dari baja. Misalnya baja yang dipadu dengan nikel, mangan dan krom

12

akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan ulet. Berdasarkan

paduannya baja paduan dibagi menjadi tiga macam yaitu:

1. Baja paduan rendah (Low Alloy Steel)

Low alloy steel merupakan baja paduan dengan kadar unsur paduan

rendah (kurang dari 2,5 %), mempunyai kekuatan dan ketangguhan lebih

tinggi daripada baja karbon dengan kadar karbon yang sama atau

mempunyai keuletan lebih tinggi daripada baja karbon dengan kekuatan

yang sama. Baja jenis ini biasanya digunakan untuk perkakas seperti pahat

kayu, poros dan gergaji.

2. Baja paduan menengah (Medium Alloy Steel)

Baja paduan menengah merupakan baja dengan paduan elemen 2,5

% - 10 %. Unsur-unsur yang terdapat pada baja jenis ini diantaranya Cr,

Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain.

3. Baja paduan tinggi (High Alloy Steel)

Baja paduan tinggi merupakan baja paduan dengan kadar unsur

paduan lebih dari 10 %. Unsur-unsur yang terdapat pada baja jenis ini

diantaranya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, dan P. (Syahri et al., 2017).

2.2.3 Baja ST37

Baja ST37 adalah baja yang digunakan untuk konstruksi jembatan,

perkapalan dan industri perpipaan. Dengan kekerasan ± 170 HB dan

kekuatan tarik 650 - 800 N/mm2. Secara umum baja ST 37 dapat

digunakan langsung tanpa mengalami perlakuan panas, kecuali jika

diperlukan pemakaian khusus . Baja ST37 mempunyai kadar karbon

13

sebesar 0,13 % dan tergolong dalam baja karbon rendah. Komposisi kimia

baja ST37 dapat dilihat pada Tabel (Mardina, 2018).

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Baja ST37

Sumber RDX : LIPI Laboratory, 2016

14

2.3 Bending

Proses bending adalah proses pembengkokan atau penekukan.

Gaya-gaya yang terjadi pada proses bending saling berlawanan arah. Pada

proses bending, stress hanya terjadi pada bagian radius yang membentuk,

sedangkan pada bagian yang rata tidak terjadi stress. Material pada bagian

luar radius tertarik dan mulur, sedangkan pada radius bagian dalam terjadi

sebaliknya yaitu compression-stress. Karena itu, bila terjadi kerusakan

proses, maka pada radius bagian luar akan terjadi crack dan kerutuan pada

radius bagian dalam.

Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada proses bending

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, (2009)

2.3.1 Sumbu Netral (Neutral Axis)

Dikarena radius sheet metal bagian luar terjadi gaya tarik dan pada

bagian dalam terjadi gaya tekan, maka akan ada daerah pertemuan yang

tidak ada gaya tarik ataupun gaya tekan. Titik-titik tersebut bila disambung

akan menjadi garis yang disebut sumbu netral (neutral axis). Walaupun

namanya sumbu netral, tetapi tidak selalu berada tepat di tengah-tengah

antara kedua sisi. Karena panjang dari sumbu netral masih tetap sama

15

dengan panjang material aslinya, maka dipakai untuk perhitungan

panjangnya material bukaan (development material).

Gambar 2.3 Gaya-gaya tarik dan tekan pada proses bending

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, 2009)

Beberapa hal yang mempengaruhi letak sumbu netral tersebut

antara lain sebagai berikut:

a. Bila tebal material sama dan bending radius mengecil, maka sumbu

netral akan bergerak kedalam.

b. Bila bending radius sama dan tebal material bertambah, maka

sumbu netral akan bergerak kedalam.

c. Bila bending radius dan tebal material sama dan sudut bengkok

(degree of bend) bertambah, maka sumbu netral akan bergerak kedalam.

Beberapa hal diatas sering kali akan menyebabkan melesetnya

perhitungan blank development, sehingga masih perlu adanya perubahan-

perubahan setelah trial.

16

Gambar 2.4 Radius yang relatif besar pada proses bending

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, 2009)

1

Gambar 2.5 Radius yang relative kecil pada material yang relative tebal

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, 2009)

2.3.2 Springback

Perbedaan gaya pada proses bending mengakibatkan terjadinya

springback, dimana pada radius bagian luar terjadi gaya tarik menuju

sumbu netral dan gaya tekan pada radius bagian dalam. Design produk

yang baik, gaya tarik tidak boleh melebihi ultimate tensile strength dari

material. Bila hal ini di langgar, maka akan terjadi kegagalan pada material

(crack).

17

Gambar 2.6 Changing stress pattern in a bend

Sumber: Rony Sudarman Theryo, 2009)

Gambar 2.7 Springback forces

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, 2009)

Bila kita akan memancang bedning die, maka perlu

memperhitungkan faktor springback yang akan terjadi setelah gaya-gaya

pada material (produk) dibebaskan. Springback tergantung pada jenis

material. Karena adanya springback, sudut die bending 1 tidak akan

menentukan secara tepat sudut pada produk yang di inginkan 2. Rasio

sudut ini disebut faktor springback KR, yang tergantung pada spesifikasi

material (sheet metal thickness) atau r/s:

18

𝛼1𝛼1 =𝛼1𝛼1

𝛼2𝛼2=

𝑟𝑖1 + 0,5 𝑥𝑠

𝑟𝑖2 + 0,5 𝑥𝑠

Keterangan :

𝛼 = 𝑆𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑑𝑖𝑒 (°)

𝑥 = 𝑆𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑘𝑎𝑛 (°)

𝑠 = 𝑇𝑒𝑏𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 (𝑚𝑚)

𝑟𝑖 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑢𝑠 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 (𝑚𝑚)

Gambar 2.8 Elastic recovery after bending

Sumber: (Rony Sudarman Theryo, 2009)

2.3.3 Minimum Radius Bending

Untuk supaya hasil bending tidak sobek atau berkerut maka setiap

kali merencanakan proses bending harus selalu memperhatikan minimum

bending radius. Adapun cara mencari minimum bending radius dapat

menggunakan rumus berikut ini :

Minimum bending radius (Rmin) = 𝐶 × 𝑆

Dimana :

S = tebal sheet metal, round bar atau pipa (mm)

C = nilai konstan tergantung dari jenis material

19

Tabel 2.2 Tabel nilai c untuk radius bending minimum

2.4 Momen gerakan gaya

Momen adalah hasil gaya dikali jarak dari titik tersebut sampai ke garis

kerja gaya. Apabila momen bekerja ke arah kanan (searah jarum jam) makan

dinamakan momen positif (+), sebaliknya apabila momen bekerja berlawanan

arah jarum jam maka momen tersebut dinamakan momen negatif (-).

Gambar 2.9 Skema Momen Sederhana

Karena gerakan gaya itu memutar maka momen gaya tersebut sama besarnya

dengan besar gaya yang dikalikan dengan jarak. Maka besar momen yang terjadi

adalah :

20

M = F x L ...................................

Dimana :

M = Momen gaya (N/cm, kgf.cm)

F = Gaya (kg)

L = Panjang lengan (cm)

2.5 Deformasi Plastis

Proses perubahan bentuk yang terjadi diakibatkan dari tegangan yang

melampaui kekuatan dari bahan tersebut sehingga mengakibatkan

penampang/permukaan bahan mengalami tarikan atau tekukan permukaaan bagian

luar mengalami perpanjangan dan permukaan pada bagian dalam terjadi tekukan

akibat tarikan/gaya yang bekerja pada bahan tersebut. Deformasi plastis inilah

yang terjadi pada proses penekukan pipa, karena pipa mengalami gaya tarik yang

bekerja memutar pada sebuah titik sumbu.

2.6 Proses pengerjaan dingin

Proses Pengerjan Dingin atau Cold Working Process (CWP) adalah proses

pembentukan logam yang dilakukan di daerah suhu di bawah temperatur

rekristalisasi (temperatur ruang atau tanpa pemanasan).Pada proses ini terjadi

peristiwa pengerasan regangan (strain hardening) dimana logam terdeformasi

plastis sehingga logam menjadi makin kuat, keras namun makin getas (brittle).

Deformasi yang diijinkan terjadi adalah relatif kecil agar tidak terjadi retak karena

sifat getas logam akibat pengerasan regangan.

Keuntungan proses pengerjaan dingin ini diantara lain seperti kondisi

permukaan produk lebih baik karena tidak ada kerak/sisik akibat oksidasi saat

21

pemanasan seperti pada proses pengerjaan panas, naiknya kekerasan dan kekuatan

logam, Tanpa pemanasan dan Kontrol dimensi lebih baik.

Adapun kekurangan dari proses pengerjaan ini diantara lain yaitu perlu

gaya yang lebih besar dari pada proses HWP untuk membuat benda kerja

mengalami deformasi plastis, perlu peralatan yang lebih kuat, sebelum proses

permukaan harus bersih dari terak, Benda kerja (work piece) makin getas akibat

pengerasan regangan (penanggulangan dengan annealing/perlakuan pemanasan),

adanya tegangan sisa (residual stress).

2.6.1 Macam- macam CWP

1. Cold Rolling (pengerolan dingin)

Prosesnya sama dengan hot rolling namun tanpa pemanasan dan hasilnya

lebih akurat ukuran dimensinya.

2. Cold Swaging (pemukulan dingin)

Proses ini biasanya menggunakan mesin swaging rotary Yang mana benda

kerja dimasukkan dalam cetakan lalu ditekan hingga keluar.

3. Cold Forging (penempaan dingin)

Biasanya digunakan untuk memproduksi baut, paku dan keling dll.

4. Cold Extrusion (penekanan dingin)

Biasa disebut impact extrusion dengan produk antara lain poros dan rotor

untuk kompresor pendingin, baut dll.

2.7 Pengujian Kekerasan Material

Kekerasan merupakan salah satu sifat mekanik dari logam. Pengujian

kekerasan secara luas digunakan dalam proses heat treatment. Kekerasan sulit

didefinisikan karena memiliki arti yang berbeda sesuai dengan bidang

22

pemakaiannya, pada pengujian logam kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan

suatu logam terhadap indentasi (Penekanan) sedangkan didalam mineralogi

kekrasan merupakan ketahanan suatu material terhadap goresan dengan

menggunakan standart kekerasan.

Hubungan kekerasan sebanding dengan kekuatan logam dimana

kekerasan suatu logam akan meningkat maka kekuatan logam tersebut akan

cenderung meningkat, namun nilai kekerasan ini berbanding terbalik dengan

keuletan logam. Tingkat kekrasan bahan yang tinggi belum menjamin bahwa

komponen mesin memiliki kekuatan (Ketahanan) untuk menerima beban.

Hardness Tester / uji kekerasan merupakan salah satu cara untuk

mengetahui keuletan atau kekuatan suatu meterial sedangkan kekerasan itu

sendiri (hardeness) ialah salah satu sifat mekanik dari suatu meterial selain sifat

fisik dan teknologi yang dimilikinya. Dari berbagai referensi rumus untuk

pengujian kekerasan ada 3 yaitu: (Metode Brinell, Metode Vickers, Metode

rockwell), metode yang saya gunakan yaitu:

2.7.1 Metode Vikers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida bujur

sangkar dengan sudut 136°, ditekan kedalam bahan dengan gaya F selama waktu

tertentu, Setelah piramida diangkat diagonal bekas tekanan tetap. Prinsip

pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan

berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada

mikroscop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material :

23

𝐷𝐻𝑃 =2𝑃 sin(

𝜃

2)

𝐿2=

1,854 × 𝑃

𝐿2

Dimana :

P = beban yang diterapkan (kg)

L = panjang diagonal rata-rata (mm)

𝜃 = sudut antara permukaan intan yang berlawanan (136°)

Uji kekerasan Vikers banyak dilakukan pada pekerjaan penelitian karena

metode tersebut memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu untuk

suatu beban tertentu dan digunakan pada logam yang sangat lunak yaitu DHP 5

hingga logam yang sangat keras dengan DHP 1500. Beban yang bisanya

digunakan pada uji Vikers antara 1 hingga 120 kg, tergantung pada kekerasan

logam yang akan diuji. Hal – hal yang menghalangi keuntungan pemakaian

metode Vikers adalah uji kekerasan Vikers tidak dapat digunakan untuk

pengujian rutin karena pengujian tersebut lamban, memerlukan persiapan

permukaan benda uji yang hati – hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia

yang besar pada penentuan panjang diagonal.