FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA PROSES THERMAL ARC SPRAY SS 316 TERHADAP KEKUATAN LEKAT DAN KEKERASAN LAPISAN PADA BAJA AISI 4140 MENGGUNAKAN METODE TAGUCHISIDANG SARJANADISUSUN OLEH :

YUWANTONI (3331071015)TEKNIK MESIN - UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

LATAR BELAKANGPENDAHULUANBaja AISI 4140 yang aplikasinya digunakan sebagai shafts, gears, piston pin, dan lain sebagainya. Sering dijumpai komponen mesin yang mengalami gesekan yang cukup besar. Oleh karena itu baja harus memiliki kekerasan yang diinginkan, ketangguhan terhadap tekanan, korosi, abrasi dan lain-lain,dengan bahan dasar dari material substrat berkualitas sedang tetapi dengan perlakuan khusus pada permukaannya (surface treatment). Perlakuan khusus tersebut dapat berupa pelapisan permukaan (thermal arc spray)

untuk menentukan kualitas suatu lapisan baik itu kekuatan melekatnya lapisan dan kekerasannya , dapat di lakukan dengan pendekatan desain eksperimen taguchi dengan setting level faktor yang tepat.

Rumusan MasalahPENDAHULUANBagaimana menentukan setting level fakto-faktor yang berpengaruh signifikan pada proses thermal arc spray double wire sehingga menghasilkan nilai daya lekat dan kekerasan dengan metode desain eksperimen Taguchi.

Batasan MasalahPENDAHULUANProses yang akan digunakan adalah proses Electric arc spray double wire menggunakan wire Stainless Steel 316 sebagai pelapis baja AISI 4140 S.Proses coating dilakukan dengan variasi arus, variasi jarak semprot, variasi presure/laju tekanan dan variasi kekasaran permukaan ( halus menggunakan grinding amplas 1000 dan kasar menggunakan grinding amplas 80 ) yang sudah ditentukan.Penelitian ini meneliti pengaruh faktor-faktor pada proses pelapisan thermal arc spray dan setting level-level faktor dari parameter operasi thermal arc spray untuk menghasilkan besaran nilai kekerasan lapisan, dan daya lekat lapisan hasil thermal arc spray menggunakan metode Taguchi.

LANDASAN TEORIDasar Teori Thermal Arc SprayThermal arc spray adalah suatu proses dimana material dalam bentuk serbuk atau kawat logam dan non-logam dideposisikan dalam kondisi cair atau setengah cair pada suatu permukaan yang telah disiapkan sebelumnya untuk membentuk suatu lapisan spray. Feedstock dalam proses thermal spray dilelehkan oleh temperatur tinggi yang dihasilkan baik dari pembakaran bahan bakar atau dari busur listrik dalam alat spray. Lelehan partikel didorong melalui nozzle oleh aliran gas bertekanan tinggi di pistol semprot (spray gun) terhadap substrat.

Gambar Proses thermal spray secara umum (Leong, 2000).

Perbandingan Antara Desain Eksperimen Taguchi dengan Desain Eksperimen KlasikDesain Eksperimen KlasikA. Eksperimen full faktorialEksperimen full faktorial didefinisikan sebagai suatu eksperimen dimana semua level faktor independen dikombinasikan dengan semua level faktor lainnya (Montgomery, 2001).B. Eksperimen faktorial sebagianDesain eksperimen faktorial sebagian merupakan pengembangan desain yang lebih efisien. Metode ini hanya menggunakan sebagian dari kondisi total yang mungkin untuk memperkirakan efek utama dan beberapa efek interaksi.

Desain Eksperimen TaguchiBila dibandingkan dengan metode penelitian klasik, keunggulan dari metode Taaguchi adalah lebih sedikit menggunakan persamaan matematika dan statistika yang rumit serta jumlah sampel dan uji hipotesis yang jauh lebih sedikit. Perbedaan terbesar antara metode Taguchi dan metode penelitian klasik adalah pada metode Taguchi digunakan orthogonal array untuk menghitung efek dari parameter yang diteliti dan penggunaan signal to noise ratio (SNR) untuk mengukur variabilitas sekitar nilai yang diinginkan.Taguchi berpendapat bahwa kualitas suatu produk diukur dari deviasi karakteristik terhadap nilai targetnya. Bila terjadi penyimpangan terhadap nilai yang ditargetkan, maka akan terjadi kerugian baik di pihak konsumen maupun di pihak produsen.

METODE PENELITIAN

SETTING EKSPERIMENTabel Nilai Level FaktorTabel Matriks orthogonal L8 (24) dari faktor kendaliPenentuan orthogonal arrayPada penelitian ini ada 4 faktor kendali yang masing-masing mempunyai 2 level. Untuk menentukan penggunaan matriks orthogonal yang dipakai dalam percobaan maka perlu dihitung derajat bebas tiap faktor, sesuai dengan persamaan (2.16) yaitu:

Vf = 4 x (2-1) = 7

Karena VOA > VF maka derajat bebas matriks orthogonal yang sesuai harus lebih besar atau sama dengan 7. Maka matriks orthogonal yang sesuai dalam penelitian ini adalah L8 (24). sehingga total material uji yang digunakan untuk eksperimen berdasarkan matriks orthogonal pada metode taguchi adalah 8 sampel atau 8 kali eksperimen. Semua sample tersebut mempunyai kondisi awal dan dimensi yang sama untuk menghindari penyimpangan pada hasil eksperimen.

Gambar sampel sesudah proses thermal arc spray

Ggrinding 80Ggrinding 1000Setting ArusSetting Laju tekananSetting jarak semprotPelaksanaa Eksperimen Proses Thermal Arc Spray

Pengujian Daya Lekat Lapisan

Pengujian Kekerasan Vikers

Perhitungan Hasil Eksperimen uji Daya Lekat1. Perhitungan Signal to Noise RatioPerhitungan SNRKarakteristik kualitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilai kekerasan, dimana semakin tinggi nilainya semakin baik, sehingga SNR yang digunakan adalah larger the better. Contoh perhitungan untuk SNR eksperimen nomor 1 : Tabel Hasil perhitungan SNR

B. Perhitungan Efek Tiap Faktor SNRContoh perhitungan :Tabel Efek tiap faktor SNR

Perhitungan MeanContoh perhitungan :Tabel Hasil perhitungan mean

Perhitungan Efek Tiap Faktor MeanContoh perhitungan :Tabel Efek tiap faktor meanContoh perhitungan difference untuk faktor A = 7,2875 6,3825 = 0,905

Perhitungan Analysis of Variance (ANOVA)Tabel Analysis of variance untuk meanTujuan Pooled:Agar tidak terjadi estimasi yang berlebihan, maka direkomendasikan untuk menggunakan hanya separuh dari jumlah derajat kebebasan orthogonal array yang digunakan dalam eksperimen. Pooling ini dilakukan dengan melakukan pool terhadap faktor dengan nilai SS terkecil ke dalam error. Tabel rangking pengaruh signifikan

Perhitungan Hasil Eksperimen uji Kekerasan Vickers2. Perhitungan Signal to Noise RatioPerhitungan SNRKarakteristik kualitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilai kekerasan, dimana semakin tinggi nilainya semakin baik, sehingga SNR yang digunakan adalah larger the better. Contoh perhitungan untuk SNR eksperimen nomor 1 : Tabel Hasil perhitungan SNR

B. Perhitungan Efek Tiap Faktor SNRTabel Efek tiap faktor SNRContoh perhitungan :Contoh perhitungan difference untuk faktor A = 50,8521- 50,6083 = 0,2438

Perhitungan MeanTabel Hasil perhitungan meanContoh perhitungan :

Perhitungan Efek Tiap Faktor MeanTabel Efek tiap faktor meanContoh perhitungan :Contoh perhitungan difference untuk faktor A = 348,875 339,5 = 9,375

Perhitungan Analysis of Variance (ANOVA)Tabel Analysis of variance untuk meanTabel rangking pengaruh signifikanTujuan Pooled:Agar tidak terjadi estimasi yang berlebihan, maka direkomendasikan untuk menggunakan hanya separuh dari jumlah derajat kebebasan orthogonal array yang digunakan dalam eksperimen. Pooling ini dilakukan dengan melakukan pool terhadap faktor dengan nilai SS terkecil ke dalam error.

Analisis untuk ANOVA

Dari hasil perhitungan ANOVA untuk mean maka 4 faktor kurang mempunyai kontribusi secara signifikan terhadap kekuatan lekat ,karena tidak ada setting faktor shot blasting sehingga faktor A (laju tekanan semprot), B (jarak semprot), dan D (kekasaran permukaan substrat) kurang berpengaruh, tapi pada faktor C (arus) sebesar 73, 73,97% memberikan kontribusi signifikan dibanding faktor yang lain. Sedangkan ANOVA untuk mean mempunyai kontribusi secara signifikan terhadap kekerasan lapisan stainless steel 316 adalah faktor B (jarak) sebesar 83,32%.

KesimpulanBerdasarkan hasil penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:Setting level dan faktor laju tekanan semprot, jarak semprot, arus, dan kekasaran permukaan yang ditentukan tidak berpengaruh signifikan terhadap nilai kekuatan lekat dan kekerasan lapisan SS 316.Dalam penelitian ini faktor C (Arus) pada setting orthogonal array memiliki kontribusi tertinggi di antara faktor yang lain. faktor C (arus) berpengaruh signifikan karena menentukan viskositas dari suatu lapisan sehingga berpengaruh pada daya lekat lapisan.Sedangkan pada perhitungan SNR, Mean, dan ANOVA pada uji kekerasan yang memiliki kontribusi tertinggi di antara faktor yang lain adalah faktor B (jarak). Karena terjadi pendinginan lambat partikel material lapisan sebelum menumbuk substrat dan adanya jarak sehingga udara yang bertekanan yang mendorong partikel material lapisan akan terurai tidak terjebak dalam lapisan yang terdeposisi pada substrat.

SaranSaran yang disampaikan untuk pengembangan dan penelitian lebih lanjut sebagai berikut:Penelitian ini menggunakan setting orthogonal array dengan tingkatan low atau dengan jumlah eksperimen yang paling sedikit pada design eksperimen Taguchi. Sehingga untuk hasil yang lebih optimal masih dimungkinkan dengan cara menambah jumlah eksperimen dan menambah faktor-faktor yang berkaitan dengan eksperimen.Pada penelitian ini, selain faktor laju tekanan semprot, arus, jarak semprot, dan kekasaran permukaan. Perlu adanya penambahan faktor yang dikontrol antara lain, shot blasting, ketebelan lapisan dan faktor-faktor lain yang bersangkutan dengan eksperimen electric thermal arc spray double wire.

SEKIAN & TERIMAKASIHWassalamualaikum Wr. Wb

**