85

STUDI EKSPERIMENTAL FAKTOR-FAKTOR KENDALI YANG BERPENGARUH PADA PROSES THERMAL ARC SPRAY SS 316 TERHADAP KEKUATAN LEKAT DAN KEKERASAN LAPISAN PADA BAJA AISI 4140 MENGGUNAKAN METODE TAGUCHI

TUGAS AKHIR BIDANG MANUFAKTUR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Sarjana-S1

Pada Jurusan Teknik MesinUniversitas Sultan Ageng Tirtayasa

CilegonBanten

Disusun Oleh:

YUWANTONI

3331-071015

KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON BANTEN

2014

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Yuwantoni

NPM: 3331071015

Jurusan : Teknik Mesin

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:

Studi Eksperimental Faktor-faktor Kendali Yang Berpengaruh Pada Proses Thermal Arc Spray SS 316 Terhadap Kekuatan Lekat Dan Kekerasan Lapisan Pada Baja AISI 4140 Menggunakan Metode Taguchi

Dibuat sebagai persyaratan menjadi Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Merupakan bukan tiruan atau duplikasi dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sultan Ageng Tirtayasa maupun di Perguruan tinggi lain atau instansi manapun. Semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah dinyatakan dengan benar.

Cilegon, Februari 2014

yuwantoni

3331071015

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini yaitu untuk mengetahui kualitas lapisan yang optimal dari orthogonal array L8 (24) dan untuk mengetahui setting faktor-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray ss 316 terhadap kekuatan lekat dan kekerasan lapisan pada baja AISI 4140 menggunakan metode taguchi. Setting faktor pada proses thermal arc spray antara lain tekanan semprot material pelapis, jarak semprot lapisan, kuat arus dan kekasaran permukaan dengan grinding 80 mesh dan 1000 mesh pada material substrat, sehingga dibutuhkan setting level faktor yang tepat.

Dalam penelitian ini, penentuan setting level faktor menggunakan metode Taguchi. Pada penelitian ini ada 4 faktor kendali yang masing-masing mempunyai 2 level sehingga matriks orthogonal array yang sesuai dalam penelitian ini adalah L8 (24). Sehingga total material uji yang digunakan untuk eksperimen berdasarkan matriks orthogonal array pada metode taguchi adalah 8 sampel atau 8 kali eksperimen dan pada setiap pengujian baik itu daya lekat ataupun kekerasan dilakukan 2 kali. Semua sample tersebut mempunyai kondisi awal dan dimensi yang sama untuk menghindari penyimpangan pada hasil eksperimen.

Hasil analisa terhadap SNR, Mean dan ANOVA didapatkan kesimpulan bahwa setting faktor besar arus untuk melelehkan material pelapis memiliki kontribusi dominan di antara faktor yang lain pada nilai daya lekat lapisan, sedangkan pada kekerasan lapisan faktor jarak semprot lapisan yang memiliki kontribusi dominan di antara faktor yang lain.

Kata kunci : Thermal arc spray, Daya lekat, Kekerasan, metode Taguchi

ABSTRACT

The purpose of this study is to determine the optimal coating quality of the orthogonal array L8 (24) and to determine the setting of the factors that affect the arc thermal spray processes ss 316 adhesion strength and hardness of the coating on AISI 4140 steel using Taguchi method. Setting factor in the arc thermal spray processes include pressure spray coating material, coating spray distance, strong currents and surface roughness with grinding to 80 mesh and 1000 mesh on the substrate material, so it takes the right setting factor levels.

In this study, the factors determining the level settings using the Taguchi method. In this study, there are four factors that control each having 2 levels so that the corresponding matrix of orthogonal arrays in this study is L8 (24). So the total test material were used for the experiment matrix based on the Taguchi method orthogonal array is 8 or 8 times the experimental sample and at each testing either adhesion or violence done 2 times. All the samples have the initial conditions and the same dimensions to avoid irregularities in the experimental results.

The results of analysis of the SNR, the mean and ANOVA was concluded that the current setting of major factors to melt the coating material has a dominant contribution among other factors on the value of adhesion layers, whereas the distance factor of spray coating hardness coating which has a dominant contribution among other factors .

Key words : Thermal arc spray, adhesion strenght, Hardness, Taguchi method.

KATA PENGANTAR

Segala puji serta syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam tidak lupa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan para sahabat yang telah membawa umat manusia dalam kehidupan yang sarat ilmu pengetahuan dan menjunjung tinggi nilai-nilai akhlakul karimah.

Penulisan skripsi yang berjudul Studi Eksperimental Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Thermal Arc Spray SS 316 Terhadap Kekuatan Lekat Dan Kekerasan Lapisan Pada Baja AISI 4140 Menggunakan Metode Taguchi, merupakan salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis menyadari bahwa tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak mulai dari masa perkuliahan sampai dengan penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelasaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

Bapak Kurnia Nugraha, ST., MT., selaku Dekan FT. UNTIRTA. Terimakasih. Bapak Sunardi, ST., M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FT. UNTIRTA dan Dosen Pembimbing I. Terimakasih atas bimbingan dan ilmunya.Bapak Erwin, S.T., MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan masukan-masukan yang baik dalam penyelesaian skripsi ini.Seluruh Dosen dan Staf Jurusan Teknik Mesin FT. UNTIRTA, yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas semua ilmu dan saran yang telah diberikan.Bapak Syamsuri, selaku teknisi Laboratorium Metalurgi FT. UNTIRTA, yang telah memberikan fasilitas dan mendampingi saat pengujian.Bapak Widodo Selaku Owner PT. Mulya Bangun Sentosa Yang Telah Membantu Dan Memberikan Fasilitas.Bapak Mumu Mashurudin dan Bapak Iwan, selaku Inspector PT. Mulya Bangun Sentosa, yang telah memberikan fasilitas dan mendampingi saat pengujian.Bapak Nia Kurnia, selaku supervisor Laboratorium Metalurgi - BLD PT Krakatau Stell, yang telah memberikan fasilitas untuk melakukan pengujian.Bapak Hendra, selaku teknis Laboratorium Fisika Lipi Kawasan Puspitek Serpong, yang telah memberikan fasilitas dan mendampingi saat pengujian.Seluruh rekan-rekan FT. UNTIRTA, khususnya Teknik Mesin, lebih khusus lagi rekan-rekan Teknik Mesin Angkatan 2007, terima kasih atas segala kerjasama dan motivasinya.Kedua orang tua, Ibu, Ibu, dan Ibu, Ayah, Adik, dan Keluarga Besar yang tidak pernah berhenti dan lelah untuk memberi doa, semangat, kasih sayang, dan dukungan yang besar baik spiritual dan material.Orang terakhir dalam bagian ini, dan semoga menjadi wanita terakhir dalam kehidupan penulis. Jesica Iskandar beserta keluarga besar, terimakasih atas semua doa, dukungan, motivasi, dan kesabaran dalam menanti.

Penulis juga menyadari bahwa hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun sehingga skripsi ini akan menjadi lebih baik lagi. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat untuk penulis pada khususnya dan para pembaca pada umumnya serta semua pihak-pihak yang membutuhkan. Amin.

Cilegon, Februari 2014

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN . ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .. iv

ABSTRAK ....................................................................................................v

KATA PENGANTAR .............................................................................vi

DAFTAR ISI .................................................................................................. viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................2

1.3 Batasan Masalah ..............................................................................2

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ....................................................3

1.5 Hipotesis ..........................................................................................3

1.6 Metode Penelitian ............................................................................3

1.7 Sistematika Penulisan . 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baja ................................................................................................. 6

2.1.1 Baja AISI 4140 ......... 7

2.1.2 Baja Tahan Karat (Stainless steel) .............7

2.1.3 Kawat Pelapis PMET 730 ......................... 8

2.2 Dasar Teori Pelapisan Thermal Spray..........8

2.2.1 Proses Thermal spray ............................................................9

2.2.2 Sistem Electric Arc Spray ..................................................... 10

2.2.3 Sistem-sistem Pelapisan Thermal Arc Spray ........................13

a.Parameter Operasi..................................................................14

b.Arus Busur ............................................................................15

2.2.4 Karateristik Lapisan Spray .......................................................18

2.2.5 Aplikasi Thermal Arc Spray .........19

2.3 Pengujian Kekerasan .....................................................20

2.4 Pengujian Kekuatan Lekat Lapisan (Adhesion Bonding) .................22

2.4.1 Kekuatan Adhesi atau Kohesif Lapisan ...................................24

2.4.2 Patahan dari Pelapisan Thermar Spray .....................................25

2.5 Quality Control ..................................................................................26

2.6 Perancangan Eksperimen Dan Eksperimen Terancang .....................29

2.7 Perbandingan Antara Design Eksperimen Taguchi Dengan

Desain Eksperimen Klasik 30

2.7.1 Desain Eksperimen Klasik .............30

2.7.2 Desain Eksperimen Taguchi 32

2.8 Eksperimen dengan Metode Taguchi 35

2.9 Parameter Design ...35

2.10 Orthogonal Array .36

2.11 Signal to Noise Ratio (SNR) 39

2.12 Analysis of Variance (ANOVA) .41

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian .............................................................................44

3.2 Identifikasi Masalah..........................................................................45

3.3 Perencanaan Eksperimen................................................................... 46

3.4 Tahap Pelaksanaan Eksperimen .50

3.4.1 Alat-alat dan Bahan Eksperimen .50

3.4.2 Pengujian Kekerasan Vickers .............53

3.4.3 Pengujian Kekuatan Lapisan ...............................55

3.5 Pelaksanaan Eksperimen Setting Faktor dan Level Faktor ...57

3.6 Tahap Pengolahan Data .................................................................... 58

3.7 Analisis dan Interpretasi Hasil ...... 58

3.8 Kesimpulan dan Saran 58

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENELITIAN

4.1 Pelaksanaan Eksperimen ..................................................................594.2 Perhitungan Hasil Eksperimen Untuk Pengaruh

Kekuatan lekat .................................................................................61

4.2.1 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) untuk

Hasil Uji Kekuatan Lekat ................................................61

A.Perhitungan SNR ....................................................................61

B.Perhitungan efek tiap faktor SNR Kekuatan lekat ..................61

C.Grafik efek tiap faktor SNR Kekuatan lekat ...........................63

4.2.2 Perhitungan Mean untuk

Hasil Uji Kekuatan Lekat ............................................65

A.Perhitungan mean ...................................................................65

B. Perhitungan efek tiap faktor Mean kekuatan lekat ................66

C. Grafik efek tiap faktor Mean kekuatan lekat .........................67

4.2.3 Perhitungan Analysis of Variance (ANOVA) untuk

Hasil Uji Kekuatan Lekat ...................................................... 69

4.3 Perhitungan Hasil Eksperimen Untuk Uji Kekerasan ....73

4.3.1 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) untuk

Hasil Uji Kekerasan ...............................................73

A. Perhitungan SNR ....................................................................73

B. Perhitungan efek tiap faktor SNR hasil uji kekerasan ............74

C. grafik efek tiap faktor SNR Kekerasan ...................................75

4.3.2 Analisa untuk Mean Hasil Uji Kekerasan .............77

A. Perhitungan Mean Kekerasan .................................................77

B. Perhitungan efek tiap faktor Mean hasil uji kekerasan ...........78

C. Grafik efek tiap faktor Mean hasil uji kekerasan ....................79

4.3.3 Analisa untuk ANOVA Hasil Uji Kekerasan ....81

4.4 Analisa Terhadap Eksperimen .........................84

4.4.1 Analisa untuk SNR .............................................................84

4.4.2 analisa untuk Mean ............................................................85

4.4.3 Analisa untuk ANOVA ......................................................85

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan........................................................................................86

5.2. Saran.................................................................................................87

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Komposisi kimia kawat pelapis ss 316 PMET 730 .....................8

Tabel 2.2. Matrik orthogonal umum .............................................................38

Tabel 2.3. Matriks orthogonal khusus 2 level ...............................................38

Tabel 2.4. Respon faktor .......................................................................42

Tabel 3.1. Setting level faktor ...........................................................49

Tabel 3.2. Matriks orthogonal L8 (24) dari faktor kendali ...........................49

Tabel 3.3 Matriks kombinasi faktor kendali dan faktor noise ......................50

Tabel 3.4. Setting level faktor ............................................................57

Tabel 3.5. Matriks eksperimen untuk faktor kendali .....................................57

Tabel 4.1. Nilai level faktor ...............................................60

Tabel 4.2. Hasil pengujian Bonding testing ...................................................60

Tabel 4.3. Normalisasi ...........61

Tabel 4.4. Signal to rasio (SNR) Kekuatan lekat ...........62

Tabel 4.5. Response tabel untuk SNR Kekuatan lekat ..........63

Tabel 4.6. Mean (rata-rata) Kekuatan lekat .......................67

Tabel 4.7. Respon tabel untuk Mean Kekuatan lekat ...........68

Tabel 4.8. Analysis of variance untuk mean Kekuatan lekat ........68

Tabel 4.9. Nilai level faktor ..............69

Tabel 4.10. Hasil pengujian kekerasan macrovickers........75

Tabel 4.11. Signal to rasio (SNR) Kekerasan 76

Tabel 4.12. Response tabel untuk SNR Kekerasan ...76

Tabel 4.13. Mean (rata-rata) Kekerasan ...78

Tabel 4.14. Respon tabel untuk mean kekerasan ......................................... 79

Tabel 4.15. Analysis of variance untuk mean Kekerasan ..83

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Proses thermal spray secara umum .............9

Gambar 2.2. Susunan partikel dalam pelapisan thermal spray ......... 10

Gambar 2.3. Electric arc spray gun ...........11

Gambar 2.4. Electric arc spray equipment ................... 11

Gambar 2.5. Skema teknik-teknik pelapisan deposisi ..................17

Gambar 2.6. Pembentukan tegangan sisa dalam spray coating ............ 19

Gambar 2.7. Bentuk indentor vickers ...................22

Gambar 2.8. Pengujian vickers ............................................................22

Gambar 2.9. Ikatan kimia (Chemical bonding) ......................................... 23

Gambar 2.10. Ikatan polar atau valensi sekunder ......................................24

Gambar 2.11. Patahan yang terjadi pada lapisan thermal spray ... 25

Gambar 3.1. Metode penelitian ....... 44

Gambar 3.2. Sample baja AISI 4140 sebelum dicoating thermal arc spray ..... 51

Gambar 3.3. (a) Amplas dan (b) Mesin grinding ......51

Gambar 3.4. Kawat PMET 730 (SS 316) .....................................52

Gambar 3.5. Mesin electric model AT-400 produksi thermal inc ....................53

Gambar 3.6. Alat uji kekerasan vickers 54

Gambar 3.7. Proses pengeleman ....................................55

Gambar 3.8. Penjepitan sampel untuk memastikan pelekatan

epoxy secara merata .............................................................56

Gambar 3.9. Sebelum diuji kekuatan lekat ......................................................56

Gambar 3.10. Setelah diuji kekuatan lekat ....................................................56

Gambar 4.1. Sampel baja AISI 4140 setelah proses Thermal arc spray 59

Gambar 4.2. Grafik efek SNR pada faktor A untuk kekuatan lekat .....63

Gambar 4.3. Grafik efek SNR pada faktor B untuk kekuatan lekat ..................64

Gambar 4.4. Grafik efek SNR pada factor C untuk kekuatan lekat ..64

Gambar 4.5. Grafik efek SNR pada faktor D untuk kekuatan lekat 65

Gambar 4.6. Grafik efek mean pada faktor A untuk kekuatan lekat ...67

Gambar 4.7. Grafik efek mean pada faktor B untuk kekuatan lekat ...68

Gambar 4.8. Grafik efek mean pada faktor C untuk kekuatan lekat ...68

Gambar 4.9. Grafik efek mean pada faktor D untuk kekuatan lekat ...69

Gambar 4.10. Grafik efek SNR pada faktor A untuk kekerasan .........75

Gambar 4.11. Grafik efek SNR pada faktor B untuk kekerasan .............76

Gambar 4.12. Grafik efek SNR pada faktor C untuk kekerasan ..........76

Gambar 4.13. Grafik efek SNR pada faktor D untuk kekerasan ......77

Gambar 4.14. Grafik efek mean pada faktor A untuk kekerasan...........79

Gambar 4.15. Grafik efek mean pada faktor B untuk kekerasan .......80

Gambar 4.16. Grafik efek mean pada faktor C untuk kekerasan ...............80

Gambar 4.17. Grafik efek mean pada faktor D untuk kekerasan ..........81

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Salah satu parameter operasi pada sistem pelapisan khususnya thermal arc spray adalah tingkat kekasaran permukaan substrat. Dalam prakteknya memang tidak mungkin untuk mendapatkan suatu komponen dengan permukaan yang betul-betul halus. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, misalnya faktor manusia (operator) dan faktor-faktor dari mesin-mesin yang digunakan untuk membuatnya. Tingkat kehalusan suatu permukaan memang memegang peranan yang sangat penting dalam perencanaan suatu komponen mesin, khususnya yang menyangkut masalah gesekan, pelumasan, abrasi, keausan, tahan terhadap kelelahan dan sebagainya. Berbeda dengan proses pelapisan (coating), kekasaran permukaan berpengaruh pada umur melekatnya suatu lapisan terhadap material substrat nya, oleh karena itu, perlu dilakukan analisa tentang perlakuan kekasaran permukaan pada material substrat pada proses pelapisan (coating).

Pada proses coating terdiri dari material pelapis dan material substrat yang dilapisi, pada penelitian ini material substrat yang dilapisi menggunakan baja AISI 4140 yang merupakan salah satu low alloy steel yang dikategorikan lagi pada komposisi kimianya, adalah chromium molybdenum steel. Baja ini termasuk baja karbon sedang. Aplikasinya antara lain digunakan sebagai shafts, gears, bolts, couplings, spindels, tool holders, sprokets, hydraulic machinery shafts, oil industry drill collars, tools joints, piston pin, dan lain sebagainya. Aplikasi-aplikasi tersebut biasanya digunakan pada beban-beban yang cukup besar. Oleh karena itu baja harus memiliki kekerasan yang diinginkan, ketangguhan terhadap tekanan, abrasi dan lain-lain, dengan bahan dasar dari material substrat berkualitas sedang (harga lebih murah), tetapi dengan perlakuan khusus pada permukaannya (surface treatment). Dengan perlakuan ini, permukaan material pelapis dapat memiliki sifat-sifat fisis dan mekanis lebih baik dari material substrat nya, bahkan dapat lebih baik dari material substrat berkualitas tinggi. Perlakuan khusus tersebut dapat berupa pelapisan permukaan (thermal arc spray) dengan setting level faktor yang tepat.

1.2 Rumusan Masalah

Untuk mengetahui pengaruh parameter operasi yang signifikan pada faktor kekasaran permukaan substrat, arus, jarak semprot, dan tekanan semprot terhadap nilai daya lekat dan kekerasan maka diperlukan penelitian tentang bagaimana menentukan setting level fakto-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray double wire sehingga menghasilkan nilai daya lekat dan kekerasan yang optimal hingga minimal dengan metode desain eksperimen Taguchi.

1.3 Batasan Masalah

Dalam proses ini dibutuhkan beberapa batasan-batasan untuk menyederhanakan pembahasan agar penelitian ini lebih fokus dan tidak melebar maka permasalahan dibatasi pada hal-hal sebagai berikut :

Proses yang akan digunakan adalah thermal arc spray menggunakan proses Electric arc spray double wire menggunakan wire Stainless Steel 316 sebagai pelapis baja AISI 4140 S.Proses coating dilakukan dengan melapisi material eksperimen dengan variasi arus, variasi jarak semprot, variasi presure/laju tekanan dan kekasaran permukaan hasil substrat hasil grinding dengan variasi yang sudah ditentukan (halus menggunakan grinding amplas 1000 dan kasar menggunakan grinding amplas 80).Penelitian ini meneliti tentang 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 pada baja AISI 4140 S menggunakan metode Taguchi.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kualitas lapisan dengan orthogonal array L8 (24) menggunakan setting faktor-faktor kendali yang berpengaruh signifikan pada parameter operasi proses coating thermal arc spray double wire terhadap nilai daya lekat lapisan dan kekerasan lapisan pada baja AISI 4140 S.

Hipotesis

Hipotesis dalam penelitian ini adalah derajat kekasaran permukaan substrat hasil grinding 80 mesh dan 1000 mesh dalam parameter operasi sistem pelapisan electric arc spray double wire dapat mempengaruhi kekuatan lekat lapisan, kekerasan material hasil pelapisan. Semakin tinggi tingkat kekasaran permukaan substrat hasil grinding akan meningkatkan daya lekat dan dapat meningkatkan sifat mekanis material yang dilapisi (coating).

1.6 Metode Penelitian

Metode yang dilakukan dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini serta pengumpulan data-data dan informasi yang dibutuhkan diperoleh dari :

Metode Observasi adalah suatu teknik pengumpulan data dengan cara pengamatan langsung terhadap objek yang diteliti.Metode Interview adalah suatu teknik pengumpulan data dengan cara melakukan bimbingan langsung dengan pembimbing atau tenaga ahli yang mengerti tentang proses pelapisan thermal arc spray.Metode Studi Literatur adalah suatu teknik pengumpulan data dengan cara membaca buku-buku yang relevan dengan permasalahan yang dibahas.

Adapun tahapan-tahapan pengerjaan yang dilakukan untuk mengetahui variasi variabel-variabel yang berpengaruh terhadap nilai kekerasan aluminum hasil anodizing adalah sebagai berikut :

Survey lapangan untuk mendapatkan faktor-faktor yang berpengaruh pada proses pelapisan thermal arc spray SS 316.Memilih faktor berpengaruh pada proses pelapisan thermal arc sprayMemilih setting level eksperimen yang akan dilakukan dengan metode TaguchiMelakukan eksperimen dan pengujian untuk memperoleh dataMelakukan analisa data dari eksperimen

Analisis hasil percobaan dengan Anova dari hasil eksperimen, analisis yang dilakukan meliputi analisis hasil eksperimen untuk menguji apakah hipotesa awal diterima atau ditolak. Analisa ini akan dilakukan dengan menggunakan Analysis of Variance (ANOVA). Selain untuk menguji hipotesa menyangkut apakah suatu variabel mempunyai pengaruh terhadap kekuatan lekat dan kekerasan pada proses pelapisan thermal arc spray, Anova juga dilakukan untuk melihat faktor-faktor manakah yang berpengaruh terhadap variabilitas nilai kekuatan lekat dan kekerasan pada proses pelapisan thermal arc spray, yaitu Anova untuk Signal Noise Ratio. Besarnya kontribusi rata-rata nilai kekuatan lekat dan kekerasan pada proses pelapisan thermal arc spray dapat dilihat pada persen kontribusi Anova

Melakukan eksperimen dan analisa kembali apabila diperlukan

Percobaan konfirmasi dilakukan sebagai upaya pembuktian dari hasil eksperimen yang sudah dilakukan. Dengan eksperimen ini dapat dibuktikan apakah penetapan kombinasi faktor dan level pada eksperimen awal adalah akurat dan valid.

1.7 Sistematika Penulisan

Dalam penulisan tugas akhir ini, sistematika penulisan yang digunakan adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini menguraikan tentang pokok-pokok dalam penulisan tugas akhir yang meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini berisi tentang teori-teori dasar dari literatur yang berhubungan dan menunjang penelitian ini.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisikan tentang bagaimana metode penelitiannya, waktu dan tempat, langkah-langkahnya, peralatan yang dipakai, parameter yang diukur, maupun teknik pengambilan datanya dalam penelitian ini.

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENELITIAN

Pada bab ini berisi tentang data-data yang diperoleh selama penelitian dan pembahasan data-data yang telah diperoleh dengan pemasalahan yang telah ditetapkan pada penelitian ini, serta hasil dari data-data yang telah dibahas.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan yang merupakan hasil penelitian yang telah tercapai dan berisi saran serta komentar atas hasil yang telah dicapai dalam penelitian agar dapat ditindak lanjuti.

BAB II

TINJUAN PUSTAKA

Baja

Baja adalah salah satu jenis logam yang banyak digunakan pada dunia industri permesinan dengan unsur karbon sebagai salah satu dasar campurannya. Di samping itu baja juga mengandung unsur-unsur seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya.

Perbedaan persentase karbon dalam campuran baja karbon menjadi salah satu cara mengklasifikasikan baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam, yaitu :

Baja karbon rendah (low carbon steel).

Baja karbon rendah merupakan baja karbon yang tidak begitu keras karena kadar karbonnya yaitu kurang dari 0,3% sehingga tidak cukup untuk membentuk struktur martensite. Baja karbon rendah sering disebut juga baja ringan (mild steel). Baja ini dapat produksi menjadi mur, baut, ulir skrup dan lain-lain. Baja jenis karbon rendah mempunyai sifat tidak terlalu keras, cukup kuat, ulet, mudah dibentuk dan ditempa, tetapi karena kurangnya kadar karbon maka tidak dapat disepuh keras.

Baja karbon sedang (medium carbon steel).

Baja karbon sedang merupakan baja dengan kadar karbon 0,3-0,6% lebih keras dibandingkan dengan baja karbon rendah. Baja ini dapat dikeraskan dengan pengerjaan panas (heatreatment). Baja karbon sedang digunakan untuk, poros engkol, roda gigi dan sebagainya.

Baja karbon tinggi (high carbon steel).

Baja karbon tinggi memiliki kandungan karbon 0,6-1,5% baja ini sangat keras namun keuletannya rendah, biasanya digunakan untuk alat potong seperti pahat, gergaji, kikir dan lain-lain.

Baja AISI 4140.

Baja AISI 4140 merupakan jenis baja karbon menengah, menurut standarisasi AISI (American Iron and Steel Institute) Baja AISI 4140 merupakan baja paduan yang mengandung unsur-unsur paduan (0,36-0,44% C), (0,1-0,40% Si), (0,70-1,0% Mn), (0,9-1,20% Cr), (0,15-0,25% Mo). Baja paduan ini sebagian besar digunakan sebagai bahan pembuat komponen-komponen otomotif seperti bahan poros (shaft) dan roda gigi (gear). Di Amerika biasanya diberikan penandaan dengan empat angka sistem AISI, dua angka pertama adalah kelompok unsur yang terkandung dalam baja, dan dua angka terakhir persentase kandungan karbon di dalam baja tersebut. Sebagi contoh baja AISI 4140 menunjukan kadar karbon sebesar 0,40%.

Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Baja tahan karat merupakan kelompok baja paduan tinggi yang berdasarkan pada sistem Fe-Cr, Fe-cr-C, dan Fe-Cr-Ni dengan unsur paduan utama minimal 10,5% Krom (Cr) dan Nikel dengan sedikit unsur paduan lain seperti molibdenum (mo), tembaga (Cu) dan mangan (Mn). Kadar Kromium tersebut merupakan kadar minimum untuk pembentukan permukaan pasif oksida yang dapat mencegah oksidasi dan korosi.

Salah satu kelompok baja tahan karat yang banyak digunakan adalah baja tahan karat austenitik. Austenitic stainless steel memiliki single phase, face centered cubic (fcc). Elemen yang mendukung pembentukan austenit, paling dominan adalah nikel, yang ditambahkan ke baja dalam jumlah yang sangat banyak (pada umumnya lebih dari 8%wt). Elemen pendukung lainnya adalah C, N dan Cu. Adapun range komposisi standar dari baja tahan karat jenis ini adalah sebagai berikut : 16-25 %wt, 8-20 %wt Ni, 1-2 %wt Mn, 0,5-3 %wt Si, 0,02-0,08 %wt C ( Vp dengan Vin adalah jumlah trial dikurangi dengan 1 dan Vp adalah jumlah total derajat kebebasan. Penugasan faktor pada orthogonal array, Penugasan faktor pada orthogonal array yang dipilih berdasarkan pada grafik linear dan tabel tringuler. Kedua hal tersebut merupakan alat bantu yang dirancang oleh Taguchi. Persiapan pelaksanaan eksperimen, Persiapan eksperimen meliputi penentuan jumlah replikasi dan randomisasi. Replikasi dilakukan untuk mengurangi tingkat kesalahan percobaan dan meningkatkan ketelitian eksperimen. Sedangkan randomisasi dimaksudkan untuk meratakan pengaruh error, memberi kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen sehinga ada kehomogenan pengaruh dan mendapatkan hasil pengamatan yang independent satu sama lain.Analisis data, Pada tahap ini dilakukan pengumpulan, pengaturan, perhitungan, perhitungan, dan penyajian data dalam suatu layout tertentu sesuai dengan desain yang dipilih. Beberapa tool yang dipilih adalah analisis variansi, F-test, pooling up dan signal to noise ratio.Pemilihan setting level faktor yang optimal.Melakukan eksperimen ulang/konfirmasi untuk kemudian nilainya dibandingkan dengan perkiraan yang telah dibuat, untuk membuktikan apakah sudah ditemukan kondisi yang optimum dari proses.Interpretasi hasil, Dapat dilakukan dengan menggunakan persentase kontribusi dan selang kepercayaan faktor.

Pada penelitian ini akan dilakukan eksperimen dengan desain eksperimen Taguchi.

Eksperimen dengan Metode Taguchi

Metode Taguchi merupakan perkembangan lebih lanjut dari desain eksperimen klasik yang dapat digunakan untuk melakukan pengendalian kualitas dan dilakukan sebelum proses produksi (offline quality control) berlangsung. Melalui metode ini akan dicari desain yang tidak sensitif terhadap faktor gangguan (robust). Taguchi merancang sebuah desain eksperimen dengan tujuan untuk mengurangi dan mengendalikan variasi dari produk yang dihasilkan maupun dari proses produksi itu sendiri.

Bila 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. Pada dasarnya metode ini adalah penggabungan dari beberapa metode penelitian klasik tapi dengan berbagai penyesuaian. 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. Dengan demikian, tingkat kualitas suatu produk ditentukan oleh besarnya nilai kerugian yang harus ditanggung oleh konsumen setelah produk tersebut dikirim kepada konsumen untuk digunakan.

Seperti telah disebutkan sebelumnya, bahwa metode Taguchi adalah salah satu metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan suatu produk dengan mengendalikan faktor-faktor yang tidak diperlukan ataupun tidak berpengaruh terhadap suatu rancangan desain sehingga bias meminimumkan biaya produksi.

Parameter Design

Pada perancangan parameter, ada dua jenis faktor yang mempengaruhi unjuk kerja produk ataupun proses, yaitu :

Faktor kendali

Faktor kendali merupakan ciri-ciri utama dan berbeda dari suatu proses atau produk yang mempengaruhi dan menentukan unjuk kerjanya. Perancang dapat mengatur dengan bebas nilai parameter ini sedemikian hingga unjuk kerja produk atau proses tersebut sesuai dengan target. Pengaturan ini juga untuk menetapkan spesifikasi dari desain produk atau proses yang ingin diketahui. Bila nilai faktor kendali tertentu diubah, maka karakteristik mutu dapat pula berubah.

Faktor noise

Faktor noise adalah factor-faktor yang dalam lingkungannya sulit untuk dikendalikan maupun tidak ekonomis / mahal untuk ditentukan, meskipun faktor-faktor ini dapat menimbulkan variasi-variasi yang tidak diinginkan dalam unjuk kerja proses atau produk.

Orthogonal Array

Taguchi menggunakan orthogonal array tidak hanya untuk mengukur efek dari sebuah faktor pada nilai rata-rata, tapi juga untuk mengurangi variasi dari rata-rata. Dengan menggunakan orthogonal array kita dapat mengetahui hubungan antar faktor. Disebut orthogonal array karena untuk setiap level dari sebuah faktor, jumlah semua levelnya akan sama. Hal ini membuat eksperimen dan efek dari sebuah faktor akan terpisah dengan efek dari faktor lain. Sehingga kita dapat memilih faktor mana saja yang mempunyai efek paling besar dengan mudah. Kelebihan menggunakan orthogonal array ini adalah dapat mengevaluasi pengaruh berbagai faktor dengan menggunakan eksperimen dalam jumlah eksperimen yang tidak terlalu banyak sehingga dapat mengurangi biaya dan waktu penelitian. Penggunaaan orthogonal array ini merupakan salah satu kelebihan metode Taguchi jika dibandingkan dengan pmetode perancangan yang lainnya.

Pemilihan orthogonal array dilakukan sebelum melakukan eksperimen, dan pemilihan orthogonal array yang tepat bergantung pada hal-hal berikut:

Jumlah faktor terkendali dengan interaksi antar faktor yang akan diamati Jumlah tingkat perlakuan (level) dari masing-masing faktor Keterbatasan biaya.

Selanjutnya hitung derajat kebebasan atau degree of freedom (dk atau dof) untuk menentukan berapa banyak suatu percobaan harus dilakukan. Hasil perhitungan derajat kebebasan menunjukkan jumlah baris minimal dalam memilih orthogonal array.

Notasi untuk orthogonal arrays dapat dituliskan sebagai berikut.

Lx (Ny) (2.10)

Dengan :

L = Merupakan informasi yang berdasarkan pada penyusunan faktor latin square. Penyusunan latin square adalah penyusunan square matriks dengan pemisahan faktor-faktor yang berpengaruh. Sehingga notasi L menggambarkan informasi orthogonal array.

x = Jumlah baris, merupakan jumlah eksperimen yang dibutuhkan pada saat menggunakan orthogonal array.

N = Jumlah level, merupakan jumlah level dari faktor faktor yang digunakan dalam eksperimen.

y = Jumlah kolom, merupakan jumlah faktor yang dapat dipelajari dalam orthogonal array yang dipilih.

Dalam membuat atau membangun matrik eksperimen maka harus diketahui terlebih dahulu jenis dan orthogonal arrays yang akan dibuat. Taguchi hanya menyediakan dua macam orthogonal arrays dasar, yaitu orthogonal arrays dengan faktor-faktornya yang mempunyai dua level dan orthogonal arrays mempunyai 3 level dengan faktor-faktornya. Bilamana orthogonal arrays yang siap dipakai tidak tersedia maka perlu dilakukan modifikasi. Berikut adalah jenis-jenis dari orthogonal arrays yang terdapat dalam level design, yaitu:

1. 2n series orthogonal arrays, yaitu susunan matrik hasil eksperimen yang hanya dapat digunakan atau diterapkan pada eksperimen yang mempunyai n faktor dan mempunyai 2 level.

Contoh: L4(23), L8(27), L12(211),

2. 3n series orthogonal arrays, yaitu susunan matrik hasil eksperirnen yang hanya dapat digunakan atau diterapkan pada eksperimen yang mempunyai n faktor dan mempunyai 3 level.

Contoh: L9(34), L27(313), L81(340)

3. 4n series orthogonal arrays, yaitu susunan matrik hasil eksperirnen yang hanya dapat digunakan atau diterapkan pada eksperimen yang mempunyai n faktor dan mempunyai 4 level.

Contoh: L16(45)

4. 5n series orthogonal arrays, yaitu susunan matrik hasil eksperirnen yang hanya dapat digunakan atau diterapkan pada eksperimen yang mempunyai n faktor dan mempunyai 5 level.

Contoh: L25 (56)

5. Mixed series orthogonal arrays, yaitu susunan matrik hasil eksperirnen yang hanya dapat digunakan atau diterapkan pada eksperimen yang mempunyai n faktor dan pada level yang berbeda.

Contoh: L18(21 x 37), L32(21 x 49), L36(211 x 312), L36(23 x 313), L54(21 x 325)

Tabel 2.2. Matriks orthogonal umum

2 Level

3 Level

4 Level

5 Level

Mixed Level

L4(23)

L9(34)

L16(45)

L25 (56)

L18(21 x 37)

L8(27)

L27(313)

L32(21 x 49)

L12(211)

L81(340)

L36(211 x 312)

L16(215)

L36(23 x 313)

L32(231)

L54(21 x 325)

L64(263)

Tabel 2.3. Matriks orthogonal khusus 2 level

Jumlah Faktor

Matriks orthogonal

2-4

L8

5-7

L27

Keterangan : L8(24) (2.11)

L = Menjelaskan notasi L

8 = Menjelaskan jumlah baris

2 = Menjelaskan jumlah level

4 = Menjelaskan jumlah kolom

Dalam eksperimen, pengukuran yang dihasilkan dibuat level untuk faktor-faktor yang berpengaruh. Eksperimen yang menggunakan orthogonal arrays, memberikan angka-angka yang dapat dibandingkan untuk masing-masing faktornya disebut juga derajat kebebasan (degrees of freedom). Atau dengan kata lain yang dimaksud dengan derajat kebebasan adalah angka atau nilai yang diperoleh dan perbandingan faktor-faktor dalam eksperimen. Derajat kebebasan dalam orthogonal arrays (VOA) mempunyai nilai jumlah eksperimen dikurangi 1 dan dapat dinotasikan sebagai berikut:

VOA = jumlah eksperimen - 1 (2.12)

Sedangkan derajat kebebasan untuk level faktor (Vf1) sebagai berikut:

Vf1 = jumlah faktor x (jumlah level - 1) (2.13)

Signal to Noise Ratio (SNR)

Dalam perancangan dan pembuatan produk tidaklah mudah untuk menghasilkan suatu produk yang seragam atau sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Seringkali dalam memproduksi timbul variansi dan produk yang tidak diinginkan atau tidak memiliki fungsi sebagaimana mestinya yang disebabkan oleh faktor-faktor tertentu. Hal tersebut dinamakan noise faktor yang dapat dikategorikan menjadi tiga jenis yaitu:

Eksternal noise, merupakan faktor lingkungan atau kondisi yang ada pada saat perancangan maupun proses produksi yang mempengaruhi fungsi ideal dari suatu produk

Internal noise, merupakan faktor-faktor yang menyebabkan suatu produk mengalami kerusakan selama penyimpanan atau perubahan karakteristik komponen dan material produk

Variational noise, merupakan faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan produk yang dihasilkan satu sama Iainnya meskipun produk yang dibuat memiliki spesifikasi yang sama.

Maksimasi ukuran performansi ini ditunjukkan dengan tingginya nilai signal dan rendahnya noise, karena itu karakteristik kualitas perlu dikelompokkan terlebih dahulu agar diperoleh konsistensi dalam mengambil keputusan terhadap hasil eksperimen. Dalam perancangan kualitas Taguchi merekomendasikan karakteristik dari signal to noise ratio sebagai berikut:

Smaller the better (stb),

Memiliki karakteristik kualitas yang kontinu dan non negatif yang mempunyai nilai dari 0 sampai dimana nilai defect yang diinginkan adalah 0. Sehingga signal to noise ratio dapat dihitung dengan rumus:

-

=

2

1

log

10

i

stb

y

n

SN

(2.14)

Dengan:

n = jumlah pengulangan eksperimen

i

y

= data pengamatan ke-i (i= 1, 2, 3,....,n)

Larger the better (ltb),

Memiliki karakter kualitas yang kontinu dan non negatif yang mempunyai nilai dari 0 sampai - dimana nilai target yang diharapkan adalah selain 0 atau dengan kata lain memiliki nilai sebesar mungkin. Sehingga signal to noise ratio dapat dihitung dengan rumus :

-

=

=

n

i

i

ltb

y

n

SN

1

2

1

1

log

10

(2.15)

Dengan:

n = jumlah pengulangan eksperimen

i

y

= data pengamatan ke-i (i= 1, 2, 3,....,n)Nominal the best (ntb),

Memiliki karakter kualitas yang kontinu dan non negatif yang mempunyai nilai dari 0 sampai dimana nilai target yang diharapkan adalah selain 0 dan merupakan bilangan yang terbatas. Sehingga signal to noise ratio dapat dihitung dengan rumus :

=

2

2

10

log

10

s

m

ntb

SN

(2.16)

Dengan:

=

=

n

i

Yi

n

1

1

m

;

=

-

=

n

i

Yi

n

1

2

2

)

(

1

m

s

Analysis of Variance (ANOVA)

Analisis variansi diperkenalkan pertama kali oleh Sir Ronald Fisher, ahli statistik dari Inggris. Analisis variansi adalah suatu metode yang membagi variansi menjadi sumber variansi yang dapat diidentifikasikan dan merupakan pengumpulan derajat kebebasan dalam eksperimen. Data-data yang diambil, baik data kondisi sebenarnya maupun data hasil eksperimen dalam robust design dapat dibedakan menjadi tiga tipe yaitu:

Variabel, yaitu data yang dapat dipertanggungjawabkan selama pengukuran dalam skala yang kontinu.Atribut, yaitu data dari eksperimen yang mempunyai karakteristik yang bukan kontinu tetapi dapat diklasifikasikan dalam skala diskret. Digital, yaitu suatu data yang memiliki nilai 0 atau 1.

Dalam perhitungan analisis variansi metode Taguchi langkah-langkah pengerjaannya sebagai berikut:

Menghitung rata-rata respon setiap eksperimen dengan rumus sebagai berikut:

a

=

y

i

y

(2.17)

Keterangan: x = Hasil eksperimen ke x (replikasi)

a = Jumlah eksperimen x

Menghitung rata-rata total seluruh eksperimen (overall experimental average) dengan rumus sebagai berikut:

n

y

y

=

(2.18)

Keterangan: y = Hasil eksperimen ke y (replikasi)

n = Jumlah eksperimen y

Membuat tabel respon efek tiap faktor, perbedaan (difference) dapat diketahui dengan cara melakukan pengurangan nilai tertinggi dengan nilai terendah dari tiap-tiap level factor kemudian dirangking dari nilai tertinggi sampai nilai terendah kemudian dimasukkan dalam tabel respon.

=

0

1

y

k

Effect

(2.19)

Keterangan: y0 = Hasil eksperimen yang mempunyai level sama

K = Jumlah munculnya y0 dalam matriks eksperimen

Tabel 2.4. Respon faktor

Faktor A

Faktor B

............

Faktor X

Level 1

...

...

...

Level 2

...

...

...

............

Level Y

...

...

...

Different

...

...

...

Rank

...

...

...

Sumber: Belavendram,1995

Menghitung total sum of squares dengan rumus sebagai berikut:

=

2

y

ST

(2.20)

Menghitung the sum of squares due to the mean dengan rumus sebagai berikut:

2

y

n

Sm

=

(2.21)Menghitung the sum of squares due to the faktors dengan rumus sebagai berikut:

Sm

ij

n

i

n

i

n

Ss

ij

i

i

-

+

+

+

=

2

2

2

2

1

......

2

1

(2.22)

Keterangan:

n = Jumlah munculnya tiap level factor dalam suatu kolom matriks orthogonal

ij = rata-rata efek tiap level factor

j = faktor-faktor yang diuji = 1,2,j

Menghitung the sum of squares due to the error dengan rumus sebagai berikut:

(

SsB

SsA

Sm

ST

Se

+

+

-

-

=

..... + Ssi)

(2.23)

Menghitung total sum of squares dengan rumus sebagai berikut :

St = Se + (SsA+sSB+Ssi) (2.24)

Menghitung Mean sum of squares dengan rumus sebagai berikut:

v

SS

V

=

(2.25)

Keterangan v = derajat bebas dari faktor k = 1

Menghitung F-ratio dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

F = (2.26)

(2.27)

Keterangan: V= derajat bebas dari error

Menghitung pooled of squares dengan rumus sebagai berikut:

(2.28)

Menghitung percent contribution dengan rumus sebagai berikut:

% Confiedence = ( 1 Fdist ( F, v, v (error pooled ) ) (2.29)

Membuat tabel analisa variansi hasil perhitungan Analisa hasil perhitungan.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

MULAI

Penentuan level

faktor kendali

Faktor kendali B

(jarak)

(200 mm dan 300 mm)

Faktor kendali A

(tekanan)

(6 bar dan 8 bar)

Faktor kendali C

(arus)

(100 A dan 150 A)

Faktor kendali D

(kekasaran

permukaan)

(grinding 80 dan 100)

Penentuan orthogonal array

Setting kombinasi L8 (2

4

)

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal spray sesuai

setting kombinasi orhogonal array L8 (2

4

)

Sampel hasil

lapisan

Uji Daya LekatUji Kekerasan

Analisa

Data

Literatur

SNR, Mean,

Anova

Kesimpulan

SELESAI

Identifikasi faktor yang berpengaruh

terhadap kekuatan lekat dan

kekerasan proses thermal spray

dengan metode Taguchi

Phase

MULAI

Penentuan orthogonal arraySetting kombinasi L8 (24 )

Identifikasi faktor yang berpengaruh terhadap kekuatan lekat dan kekerasan proses thermal spray dengan metode Taguchi

Penentuan level faktor kendali

Faktor kendali B(jarak)(200 mm dan 300 mm)

Faktor kendali A(tekanan)(6 bar dan 8 bar)

Faktor kendali C(arus)(100 A dan 150 A)

Faktor kendali D(kekasaran permukaan)(grinding 80 dan 100)

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal spray sesuai setting kombinasi orhogonal array L8 (24)

Sampel hasil lapisan

Uji Daya Lekat

Uji Kekerasan

Kesimpulan

Analisa Data

LiteraturSNR, Mean, Anova

Selesai

MULAI

Penentuan level

faktor kendali

Faktor kendali B

(jarak)

(200 mm dan 300 mm)

Faktor kendali A

(tekanan)

(6 bar dan 8 bar)

Faktor kendali C

(arus)

(100 A dan 150 A)

Faktor kendali D

(kekasaran

permukaan)

(grinding 80 dan 100)

Penentuan orthogonal array

Setting kombinasi L8 (2

4

)

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal spray sesuai

setting kombinasi orhogonal array L8 (2

4

)

Sampel hasil

lapisan

Uji Daya LekatUji Kekerasan

Analisa

Data

Literatur

SNR, Mean,

Anova

Kesimpulan

SELESAI

Identifikasi faktor yang berpengaruh

terhadap kekuatan lekat dan

kekerasan proses thermal spray

dengan metode Taguchi

Phase

MULAI

Penentuan orthogonal arraySetting kombinasi L8 (24 )

Identifikasi faktor yang berpengaruh terhadap kekuatan lekat dan kekerasan proses thermal spray dengan metode Taguchi

Penentuan level faktor kendali

Faktor kendali B(jarak)(200 mm dan 300 mm)

Faktor kendali A(tekanan)(6 bar dan 8 bar)

Faktor kendali C(arus)(100 A dan 150 A)

Faktor kendali D(kekasaran permukaan)(grinding 80 dan 100)

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal spray sesuai setting kombinasi orhogonal array L8 (24)

Sampel hasil lapisan

Uji Daya Lekat

Uji Kekerasan

Kesimpulan

Analisa Data

LiteraturSNR, Mean, Anova

Selesai

MULAI

Penentuan level

faktor kendali

Faktor kendali B

(

jarak

)

(

200

mm dan

300

mm

)

Faktor kendali A

(

tekanan

)

(

6

bar dan

8

bar

)

Faktor kendali C

(

arus

)

(

100

A dan

150

A

)

Faktor kendali D

(

kekasaran

permukaan

)

(

grinding

80

dan

100

)

Penentuan

orthogonal array

Setting kombinasi L

8

(

2

4

)

Pelaksanaan eksperimen pelapisan thermal spray sesuai

setting kombinasi orhogonal array L

8

(

2

4

)

Sampel hasil

lapisan

Uji Daya Lekat

Uji Kekerasan

Analisa

Data

Literatur

SNR

,

Mean

,

Anova

Kesimpulan

SELESAI

Identifikasi faktor yang berpengaruh

terhadap kekuatan lekat dan

kekerasan proses thermal spray

dengan metode Taguchi

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Metodologi penelitian di atas diuraikan dalam beberapa tahap dan tiap tahapnya akan dijelaskan melalui langkah-langkah yang dilakukan. Uraian lebih lengkap tiap tahapnya akan dijelaskan dalam subbab berikut ini.

3.2 Identifikasi Masalah

Penelitian dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa di daerah Tigaraksa-Tangerang, sedangkan pengujian kekuatan lekat (Bonding Testing) dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisika LIPI Kawasan Puspitek Serpong tangerang. Sedangkan pengujian kekerasan dilakukan di PT.Krakatau Steel Divisi Quality control Seksi Lab.Metalurgi BLD. Penelitian ini merupakan studi kasus untuk menentukan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada kekuatan lekat lapisan dan kekerasan hasil pelapisan thermal arc spray pada baja AISI 4140 sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum. Tahap identifikasi masalah meliputi langkah-langkah sebagai berikut:

Latar belakang dan perumusan masalah, latar belakang dalam penelitian ini adalah adanya kebutuhan setting variasi yang optimal dari faktor-faktor yang berpengaruh pada proses Thermal arc spray double wire. Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray antara lain Tekanan, Jarak, Kekasaran permukaan baja sebelum dilapisi dan Arus. Oleh karena itu diperlukan adanya penelitian tentang setting variasi faktor-faktor tersebut sehingga dapat diketahui besaran optimum kekuatan lekat dan kekerasan hasil pelapisan thermal arc spray double wire khususnya pada baja AISI 4140. Perumusan masalah yaitu bagaimana menentukan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum.Tujuan dan manfaat penelitian, tujuan penelitian ini yaitu mengetahui pengaruh variasi setting level faktor-faktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray stainless steel 730 terhadap nilai kekuatan lekat dan kekerasan. Manfaat penelitian ini yaitu dapat menentukan setting optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray untuk meningkatkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan lapisan stainless steel 316 pada baja AISI 4140. Studi pustaka, studi pustaka mempunyai fungsi yang sangat penting karena dalam kegiatan tersebut dapat digunakan sebagai panduan untuk mendapatkan informasi terhadap studi lapangan yang dilakukan. Studi pustaka dalam penelitian ini dilakukan untuk mendalami materi dalam penyelesaian masalah yang dirumuskan.

Materi yang dipelajari yaitu metode Taguchi yang selanjutnya akan digunakan untuk langkah-langkah dalam eksperimen. Metode Taguchi adalah salah satu metode yang digunakan dalam kegiatan off line quality control (aktivitas pengendalian kualitas dalam perancangan produk) pada tahap desain proses produksi. Tujuan sebuah perancangan dalam pembuatan produk adalah meminimalkan penyimpangan karakteristik kualitas dari nilai targetnya. Hal ini dapat dilakukan dengan melalui identifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas dengan cara mengubah level-level dari faktor-faktor yang sesuai sehingga penyimpangannya dapat dibuat sekecil mungkin dan karakteristik kualitas dapat mencapai target (Belavendram,1995).

Studi lapangan, studi lapangan dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa yang bertujuan untuk mendalami materi pada area penelitian, sehingga penelitian dapat dilakukan sesuai dengan kondisi yang ada di lapangan. Studi lapangan yang dilakukan antara lain untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang dapat diterapkan dalam penelitian sesuai dengan kondisi di lapangan untuk dapat menghasilkan setting level optimal faktorfaktor yang berpengaruh pada proses thermal arc spray double wire SS 316 sehingga menghasilkan nilai kekuatan lekat dan kekerasan yang optimum, sehingga hasil penelitian dapat diterapkan pada kondisi nyata.

Perencanaan Eksperimen

Tahap perencanaan eksperimen dimulai dengan mengidentifikasi karakteristik kualitas yang terdiri dari penentuan karakteristik kualitas dan penentuan sistem pengukuran untuk masing-masing karakteristik kualitas untuk menghitung hasil eksperimen. Tahap ini dilakukan untuk menentukan faktor-faktor berpengaruh dan levelnya yang akan dilibatkan dalam eksperimen, kemudian dijelaskan dalam susunan orthogonal array. Langkah-langkah yang dilakukan dalam tahap ini sebagai berikut:

Identifikasi karakteristik kualitas, langkah ini meliputi penentuan karakteristik kualitas yang akan diukur dan sistem pengukurannya. menurut Bondan T.Sofyan (literature Variasi Kekasaran Permukaan FT UI),Studi menunjukkan udara grit blasting akan meningkatkan kekasaran permukaan dari 4,54 pm sebelum gri blasitng menjadi 5,72 pm dengan tekanan udara grit blasting 6 bar. Kekerasan mikro rata-rata lapisan adalah 631 VHN300. Kekuatan tertinggi sebesar 44 Mpa dimiliki lapisan yang diaplikasikan pada permukaan dengan kekasaran 5,42 pm hasil grit blasting tekanan udara 4 bar. Analisis struktur mikro menggunakan mikroskop optik san scaning elektron microscope (SEM) menunjukkan bahwa lapisan tersusun atas lamel yang relatif padat dengan komposisi bervariasi pada daerah berbeda. Penguncian mekanis (mechanical interlocking) antara lapisan dan substrat merupakan mekanisme utama yang berkontribusi pada kekuatan lekat lapisan.

Dalam proses tersebut diperlukan setting variasi dan level yang optimal sehingga dapat diketahui besaran optimum kekuatan lekat dan kekerasan hasil thermal arc spray dan pengujian yang tepat untuk mengetahui nilai kekerasan ini adalah uji macrohardness Vicker karena lapisan stainless steel yang terbentuk tidak terlalu tipis dan tidak dimungkinkan menggunakan alat uji kekerasan berukuran mikro, dan pengujian yang tepat untuk mengetahui nilai Adhesion adalah uji Bonding tester sesuai ASTM C 633-79. Semakin tinggi nilai kekerasan dan kekuatan lekat Stainless steel hasil pelaisan maka semakin baik kualitasnya, sehingga karakteritik kualitas yang digunakan yaitu larger the better.

Penentuan faktor berpengaruh, faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik kualitas diklasifikasikan menjadi faktor kendali (terkendali) dan faktor noise (tidak terkendali). Identifikasi faktor terkendali, faktor kendali merupakan faktor utama yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap respon. Faktor-faktor kendali diidentifikasi melalui studi pustaka dan penelitian-penelitian sebelumnya. Langkah selanjutnya setelah penetapan faktor berpengaruh yaitu penetapan level-level faktor yang diidentifikasi menjadi faktor terkendali.

Adapun faktor-faktor kendali dalam proses Thermal arc spray double wire adalah :

Tekanan dalam (bar)

Tekanan yang dimaksud adalah tekanan pada saat proses spray.

Jarak dalam milimeter (mm)

Adalah jarak yang dijaga konstan sesuai level pada saat proses spray.

Arus dalam ampere (A)

Adalah arus yang dijaga konstan sesuai level pada saat proses spray.

Kekasaran permukaan hasil grinding substrat dalam mesh (Ra)

Adalah kekasaran permukaan substrat sebelum proses spray dilakukan Sesuai setting faktor.

Identifikasi faktor noise, faktor noise merupakan faktor yang baik secara teknis maupun ekonomi sulit dikontrol. Level dari faktor-faktor noise ini dapat berubah-ubah dari suatu unit ke unit lainnya, dari suatu lingkungan ke lingkungan bahkan dari waktu ke waktu.

Adapun faktor-faktor noise yang akan diteliti adalah nilai kekuatan lekat dan kekerasan pelapisan dari stainless steel hasil thermal arc spray, dimana nilai yang dicari dari faktor noise ini adalah larger the better atau semakin besar nilainya semakin baik. Larger the better memiliki karakteristik kualitas yang kontinu dan non negatif yang mempunyai nilai 0 sampai ~ dimana nilai target yang diharapkan adalah selain 0 atau dengan kata lain mempunyai nilai sebesar mungkin.

Penentuan setting level faktor, setelah faktor-faktor terkendali diidentifikasi, kemudian menetapkan level-level dari masing-masing faktor terkendali. Penetapan level ini didasarkan studi putaka, literatur penelitian sebelumnya serta berdasarkan kondisi di perusahaan. Adapun setting level faktor yang dilakukan pada eksperimen awal adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1. Setting level faktor

Faktor

Level

1

2

A. Tekanan (bar)

6

8

B. Jarak (mm)

200

300

C. Arus (A)

100

150

D. Kekasaran permukaan hasil grinding (Ra)

Grinding 80 mesh

Grinding 1000 mesh

Penentuan orthogonal array, Pada penelitian ini ada 4 faktor kendali yang masing-masing mempunyai 2 level. Untuk menentukan penggunaan matriks orthogonal yang nantinya akan dipakai dalam percobaan maka perlu dihitung derajat bebas tiap faktor, sesuai dengan persamaan (2.16) yaitu:

Vf = 4 x (3-1) = 8

Karena VOA > VF maka derajat bebas matriks orthogonal yang sesuai harus lebih besar atau sama dengan 8. Maka matriks orthogonal yang sesuai dalam penelitian ini adalah L8 (24).

Tabel 3.2. Matriks orthogonal L8 (24) dari faktor kendali

Dimana 1,2. (faktor kendali) merupakan level-level dari faktor kendali.

Setelah matriks orthogonal yang sesuai dipilih, lalu dilanjutkan dengan perencanaan eksperimen dengan membuat matriks kombinasi faktor kendali dengan faktor noise yang telah berisi level-level tiap faktor.

Tabel 3.3. Matriks kombinasi faktor kendali dan faktor noise

Eksperimen No.

Faktor Kendali

Faktor Noise

(Nilai Kekuatan Lekat dan kekerasan )

A

B

C

D

1

2

i

y

1

1

1

1

1

2

1

1

2

2

3

1

2

1

2

4

1

2

2

1

5

2

1

1

1

6

2

1

2

2

7

2

2

1

2

8

2

2

2

1

3.4 Tahap Pelaksanaan Eksperimen

Eksperimen dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa Plating di daerah Tigaraksa-Tangerang pada tanggal 29-30 agustus 2013. Eksperimen dilaksanakan berdasarkan orthogonal array yang telah dibuat dan disesuaikan dengan kondisi operasional perusahaan. Alat dan bahan yang akan digunakan dalam pelaksanaan eksperimen adalah:

Alat-alat dan Bahan Eksperimen

Benda kerja,

Benda kerja dari baja AISI 4140 yang akan dilapisi dengan kawat Stainless steel 730 dengan proses Thermal arc spray double wire. Pada tiap eksperimen menggunakan baja dengan panjang 20 mm dan berdiameter 30 mm 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.

Fungsi:

Sebagai elektroda positif.Tempat terjadi reaksi oksidasi.Sumber logam yang akan dilapiskan.

Gambar 3.2. Sample baja 4140 sebelum di Coating thermal arc spray

Amplas

Digunakan untuk menghaluskan permukaan atau pemberian profil kekasaran permukaan sebelum proses thermal arc spray sesuai grit yang yang sudah ditentukan yaitu grit 80 dan grit 1000. Dan dilanjut proses Grinding.

(a)(b)

Gambar 3.3.(a) Amplas dan (b) Mesin Grinding.

Sumber : Laboratorium Metalurgi BLD PT.Krakatau Steel. 2013

Thiner sak/aseton

Untuk membersihkan permukaan dari sisa air atau pelumas hasil proses grinding, Permukaan benda kerja yang telah dibersihkan tidak boleh disentuh dengan tangan kosong atau perkakas apa pun karena dapat mengotori permukaan

Masking

Proses ini bertujuan untuk melindungi bagian yang tidak dilakukan pelapisan. Biasanya menggunakan seal-tape atau bahan lainnya yang dapat melindungi bagian yang tidak dilakukan pelapisan.

Kawat PMET 730 ( Stainless steel )

Kawat PMET 885 (95Ni5Al), merupakan material yang digunakan sebagai pengikat antara pelapis dan substrat. Diameter kawat tersebut yaitu 1,6 mm.Kawat PMET 730 (stainless steel 316), merupakan material yang digunakan sebagai pelapis pada material substrat. Diameter kawat tersebut yaitu 1,6 mm.

Gambar 3.4 Kawat PMET 730 (SS 316)

Sumber : Work shop PT.Mulya Bangun Sentosa Platingl. 2013

Proses Pelapisan Electric Arc Spray

Proses pelapisan menggunakan metode electric arc spray ini dilakukan di PT. Mulya Bangun Sentosa, Tigaraksa - Tangerang. Sebelum dilakukan proses pelapisan, terlebih setting level faktor sesuai orthogonal array L8(2)4.

Gambar 3.5 Mesin electric arc spray model AT-400 produksi Thermach Inc

Sumber : Work shop PT.Mulya Bangun Sentosa Platingl. 2013

3.4.2 Pengujian Kekerasan Vickers

Setelah eksperimen terlaksana maka dilanjutkan dengan pengujian kekerasan untuk mengetahui nilai kekerasan stainless steel hasil thermal arc spray, pengujian kekerasan menggunakan alat macrohardness tester merk Wolpert Dia-2-RC. Proses pengujian ini dilakukan di Laboratorium Cold Rolling Mill PT. Krakatau Steel - Divisi Quality control Seksi Lab. Metalurgi BLD. Uji Vickers dilakukan dengan penekanan sebuah indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136 oleh gaya tekan secara statis ke permukaan logam yang akan diuji dimana permukaan tersebut harus rata dan bersih. Dalam pengujian ini beban yang digunakan sebesar 10 kg.

Langkah-langkah dalam melakukan pengujian kekerasan yaitu:

Menyiapkan spesimen untuk uji kekerasan.Permukaan spesimen dilakukan pengampelasan dengan mengunakan kertas amplas nomor 80, 120, 220, 320, 500 dan 1000.Setelah permukaan spesimen halus, dilakukan pemolesan hingga terlihat seperti cermin.Memeriksa alat uji yang akan digunakan dengan standar ASTM E92-82.Pemeriksaan pembebanan dan indentor intan yang digunakan.Dilakukan penekanan pada permukaan spesimen.Melepaskan beban tekan dan mengeluarkan indentor intan dari jejakan.Memasang alat optis untuk melihat jejak dan mengukur diagonal jejak secara teliti menggunakan mikrometer pada mikroskop. Pengukuran panjang diagonal dilakukan pada kedua diagonal yang terbentuk dan diambil nilai rata-ratanya. Untuk mendapatkan nilai kekerasan vickers, lihat pada tabel sesuai dengan nilai panjang diagonal rata-rata dan beban yang digunakan.

Pengujian dilakukan sebanyak lima kali pada setiap spesimen uji kemudian diambil nilai rata-ratanya.

Gambar 3.6. Alat uji kekerasan vickers

Sumber : Laboratorium Metalurgi BLD PT.Krakatau Steel. 2013

Pengujian kekuatan lekat

Pengujian kekuatan lekat dilakukan menggunakan alat UTM (Universal Testing Machine) Kristal Elmec 100k di Laboratorium Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan indonesia (LIPI) serpong. Sampel yang akan diuji tersusun atas dua bagian yaitu top part dan bottom part, dimana top part merupakan material utama yaitu AISI 4140 dan bottom part merupakan material SS 316. Prosedur pengujian ini sebagai berikut :

Menyiapkan preparasi sampel untuk bagian top part dengan material utama yaitu AISI 4140 kemudian lubang ulir yang akan digunakan untuk handle poros yang berulir. Berukuran M10x1.5 sedalam 15 mm pada top part maupun bottom part.Sebelum melakukan pengeleman, Pada permukaan top part dan bottom part dibersihkan dengan thiner sak/aseton.

Melakukan pengeleman pada permukaan yang akan di sambungkan antara top part dan bottom part dengan menggunakan bahan Epoxy Araldite AV 138M-1 yang dicampurkan dengan Hardener HV 998 dengan perbandingan 10:4. Setelah tercampur merata kemudian bahan adhesive tersebut dioleskan pada salah satu bagian top part maupun bottom part.

Gambar 3.7. Proses Pengeleman

Setelah terhubung menjadi satu antara kedua material, melanjutkan dengan penjepitan spesimen agar lebih presisi dan bahan adhesive menempel merata pada kedua permukaan spesimen,(proses pengeringan adhesive setelah pengeleman selama 16 jam pada suhu

40c).

Gambar 3.8. Penjepitan sampel untuk memastikan pelekatan epoxy

Secara merata.

Sampel di pasang dengan poros ulir berukuran M10x1.5. Kemudian disambungkan pada top part dan bottom part yang sebelumnya sudah sudah terpasang di grip pencekam sampel.

Gambar 3.9. Sebelum diuji Kekuatan Lekat.

Memasukkan data sampel yang akan diuji kedalam software alat uji dengan Head Cross Speed yang digunakan berkecepatan 30 mm/min

Mencatat nilai maximum load pada saat kedua bagian sampel terpisah.

Gambar 3.10. Setelah diuji Kekuatan Lekat.

Sumber : Laboratorium Fisika LIPI. 2013

3.5 Pelaksanaan Eksperimen Setting Faktor Dan Level Faktor

Pelaksanaan eksperimen dimaksudkan untuk mengetahui apakah proses telah sesuai dengan spesifikasi atau tidak. Proses eksperimen pelapisan seperti pada tahapan proses thermal arc spray yang telah dijelaskan pada subbab 2.2.7. Eksperimen ini dilakukan sesuai dengan matriks orthogonal dan level faktor yang telah ditentukan terlebih dahulu. Pelaksanaan eksperimen I ini dengan menggunakan setting level faktor terkecil dan terbesar dalam proses thermal arc spray . Fungsi dari eksperimen I ini adalah untuk melihat secara visual permukaan aluminium hasil thermal arc spray sesuai dengan standar perusahaan atau tidak. Adapun setting level faktor yang dilakukan pada eksperimen awal sebagai berikut:

Tabel 3.4. Setting level faktor

Faktor

Level

1

2

A. Tekanan (bar)

6

8

B. Jarak (mm)

200

300

C. Arus (A)

100

150

D. Kekasaran permukaan (Ra)

Grinding 80 mesh

Grinding 1000 mesh

Tabel 3.5. Matriks eksperimen untuk faktor kendali

Eksperimen No.

Faktor

Faktor Kendali

A

B

C

D

Tekanan

(Bar)

Jarak

(mm)

Arus

(mm)

Mesh

(Ra)

1

1

1

1

1

6

200

100

80

2

1

1

2

2

6

200

150

1000

3

1

2

1

2

6

300

100

1000

4

1

2

2

1

6

300

150

80

5

2

1

1

1

8

200

100

80

6

2

1

2

2

8

200

150

1000

7

2

2

1

2

8

300

100

1000

8

2

2

2

1

8

300

150

80

3.6 Tahap Pengolahan Data

Tahap selanjutnya adalah pengolahan data untuk mendapatkan hasil sesuai dengan tujuannya. Langkah-langkah pengolahan data dijelaskan dalam uraian berikut:

1.Perhitungan rata rata dan SNR eksperimen taguchi, Perhitungan rata rata dilakukan untuk mengetahui rata rata hasil pengujian kekuatan lekat dan kekerasan dari dua replikasi yang dilakukan, Sedangkan perhitungan SNR untuk mendapatkan gambaran seberapa besar variansi yang ada.

2. Perhitungan analysis of variance (anova), analisa variansi dapat digunakan sebagai kriteria pemilihan faktor-faktor yang diperkirakan paling berpengaruh terhadap rataan dan variansi karakteristik kualitas.

3.Penentuan Setting level Optimal, Optimasi dilakukan dengan memaksimalkan nilai rata-rata dan meminimalkan nilai variansi. Hasil optimasi adalah setting level optimal dari masing-masing faktor.

3.7 Analisis dan Interpretasi Hasil

Pada bagian ini dijelaskan hasil perhitungan metode Taguchi mulai dari identifikasi masalah dalam perusahaan sebelum diterapkannya metode Taguchi, penentuan setting level optimal sampai pada saat setting optimal diterapkan dalam eksperimen konfirmasi sehingga dapat terlihat jelas sejauh mana keefektifan dari pembahasan masalah tersebut dan manfaat diterapkannya metode Taguchi.

3.8 Kesimpulan dan Saran

Berisi tentang hal-hal yang dapat disimpulkan dari pengolahan yang telah dilakukan seperti mengenai faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses pelapisan thermal arc spray dan setting optimal yang dihasilkan. Sedangkan saran menjelaskan mengenai perbaikan dan pengembangan penelitian lebih lanjut, serta hal-hal yang harus dipertimbangkan agar hasil penelitian dapat menjadi tolak ukur kekuatan lekat dan nilai kekerasan yang dihasilkan agar kualitas produk yang dihasilkan dapat lebih ditingkatkan.

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENELITIAN

4.1 Pelaksanaan Eksperimen

Penelitian dilakukan pada baja AISI 4140 dengan melakukan thermal arc spray double wire pada baja tersebut. Pelaksanaan proses thermal arc spray double wire dilakukan di Workshop PT. Mulya Bangun Sentosa yang berada di daerah Tigaraksa Tangerang pada tanggal 29-30 Agustus 2013 dengan menggunakan faktor-faktor yang telah ditentukan level-levelnya terlebih dahulu sesuai orthogonal array yang telah ditentukan atau pada tabel 3.6. Pada tiap eksperimen menggunakan baja dengan panjang 20 mm, berdiameter 30 mm dan kemudian dilapisi oleh stainless steel 730 dengan proses thermal arc spray double wire 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 4.1. Sample baja AISI 4140 setelah proses Thermal arc spray

Setelah eksperimen terlaksana maka dilanjutkan dengan pengujian kekuatan lekat lapisan stainless steel PMET 730, pengujian kekuatan lekat lapisan stainless steel 730 thermal arc spray double wire pada baja AISI 4140 menggunakan bonding tester. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisika LIPI kawasan Puspitek Serpong Tangerang pada tanggal 10 Oktober 2013. Pemasangan sampel harus presisi untuk memastikan pengujiaan dilakukan dengan benar dan meminimalisir kesalahan hasil dalam pengujian.

Data yang diperoleh dari pelaksanaan pengujian pada spesimen Baja AISI 4140 yang telah di coating thermal arc spray double wire dapat dilihat pada tabel 4.2. Angka yang tercantum merupakan nilai kekuatan lekat lapisan stainles steel 316 PMET 730 hasil pengujian menggunakan bonding testing. Hasil selengkapnya yang diperoleh dari pengujian kekuatan lekat pada baja AISI 4140 hasil adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1. Nilai Level Faktor

Faktor

Level

1

2

A. Tekanan (bar)

6

8

B. Jarak (mm)

200

300

C. Arus (A)

100

150

D. Kekasaran permukaan substrat hasil grinding (Ra)

Grinding 80 mesh

Grinding 1000 mesh

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Bonding Testing.

No.

Faktor Kendali

Nilai Kekuatan lekat (mpa)

i

y

Tekanan

(bar)

Jarak

(mm)

Arus

(A)

Grinding

(mesh)

1

2

1

6

200

100

80

13,52

13,52

13,52

2

6

200

150

1000

10,82

12,39

11,60

3

6

300

100

1000

6,69

6,69

6,69

4

6

300

150

80

1,30

1,30

1,30

5

8

200

100

80

8,51

10,62

9,56

6

8

200

150

1000

0,99

0,99

0,99

7

8

300

100

1000

7,16

11,88

9,52

8

8

300

150

80

10,41

8,41

9,41

Tabel 4.3. Normalisasi

No.

Faktor Kendali

Nilai Kekuatan lekat (mpa)

i

y

Tekanan

(bar)

Jarak

(mm)

Arus

(A)

Grinding

(Mesh)

1

2

1.

6

200

100

80

12,53

12,53

12,53

2.

6

200

150

1000

9,83

11,4

10,61

3.

6

300

100

1000

5,7

5,7

5,7

4.

6

300

150

80

0,31

0,31

0,31

5.

8

200

100

80

7,53

9,63

8,58

6.

8

200

150

1000

0

0

0

7.

8

300

100

1000

6,17

10,89

8,53

8.

8

300

150

80

9,42

7,42

8,42

4.2 Perhitungan Hasil Eksperimen Untuk Pengaruh Kekuatan Lekat

Perhitungan terhadap hasil eksperimen sesuai dengan karakteristik mutu yang diamati adalah sebagai berikut :

4.2.1 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) Hasil Uji Kekuatan Lekat

A. Perhitungan SNR

Taguchi menggunakan perhitungan signal to noise ratio untuk mencari faktor-faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu karakteristik kualitas (variabel respon). Karakteristik kualitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilai kekuatan lekat, dimana semakin tinggi nilainya semakin baik, sehingga SNR yang digunakan adalah larger the better.

Langkah-langkah perhitungan SNR sebagai berikut:

Contoh perhitungan untuk SNR eksperimen nomor 1

-

=

=

=

n

i

i

y

n

SNR

1

2

10

1

1

log

10

h

959

,

21

2

/

53

.

12

1

53

.

12

1

log

10

2

2

=

+

+

-

=

h

h

Perhitungan SNR untuk eksperimen yang lain sama seperti contoh perhitungan eksperimen nomor 1 di atas, Hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat dalam tabel 4.4. berikut :

Tabel 4.4. Signal to Noise Ratio (SNR) Kekuatan Lekat

Eksperimen

No.

Nilai kekuatan lekat (mpa)

i

y

SNR

1

2

1.

12.53

12.53

12,53

21,959

2.

9,83

11,4

10,61

20,447

3.

5,7

5,7

5,7

15,1174

4.

0,31

0,31

0,31

-10,1727

5.

7,53

9,63

8,58

18,4741

6..

0

0

0

0

7.

6,17

10,89

8,53

17,6069

8.

9,42

7,42

8,42

18,322

Dari data di atas kemudian dianalisa menggunakan perhitungan efek tiap faktor dari SNR.

B. Perhitungan Efek Tiap Faktor SNR kekuatan lekat

Perhitungan efek untuk tiap faktor dilakukan dengan membuat response tabel menggunakan rumus seperti pada persamaan (2.19). Hasil selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.5. Sebagai berikut :

Tabel 4.5. Response tabel untuk SNR kekuatan lekat

A

B

C

D

Level 1

11,837

15,22

18,2893

12,1456

Level 2

13,6

10,2184

7,149

13,2928

Difference

1,763

5,0016

11,1403

1,1472

Ranking

3

2

1

4

Optimum

A2

B1

C1

D2

Contoh perhitungan :

Perhitungan faktor A level 1:

837

,

11

)

1727

,

10

1147

,

15

447

,

20

959

,

21

(

4

1

1

0

=

-

+

+

=

=

y

k

Effect

Difference = Rata-rata respon terbesar Rata-rata respon terkecil

Contoh perhitungan difference untuk faktor A = 13,6-11,837

= 1,763

C. Grafik Efek Tiap Faktor SNR Terhadap Kekuatan Lekat

Gambar 4.2. Grafik Efek SNR Untuk Faktor A (Tekanan)

Dari gambar 4.2 didapat grafik efek SNR untuk faktor kendali laju tekanan. Faktor kendali untuk laju tekanan memberikan kontribusi dengan positif difference 1,763 dari level 1 dan 2. Jika setting kecepatan tekanan semprot yang mendorong partikel terlalu rendah, maka partikel cair tidak cukup mampat sehingga adanya rongga udara yang terjebak pada hasil pelapisan (porositas) yang dapat mengurangi kekuatan ikat lapisan, sedangkan semakin tinggi peningkatan tekanan semprot akan mengakibatkan impak yang tinggi dan menyebabkan kerapatan lapisan, semakin tinggi kerapatan partikel semakin kuat ikatan lapisan.

Gambar 4.3. Grafik Efek SNR Untuk Faktor B (Jarak)

Dari gambar 4.3 didapat grafik efek SNR untuk faktor kendali jarak semprot pelapisan. Faktor kendali untuk jarak semprot pelapisan memberikan kontribusi dengan negatif difference 5,0016 dari level 1 dan 2. Semakin jauh jarak semprot, maka semakin rendah daya lekatnya. Hal ini disebabkan karena kecepatan partikel dan area jangkau partikel luas, kondisi ini berpeluang terjadinya kekuatan ikat antar partikel berkurang.

Gambar 4.4. Grafik Efek SNR Untuk Faktor C (Arus)

Dari gambar 4.4 didapat grafik efek SNR untuk faktor kendali arus. Faktor kendali untuk arus memberikan kontribusi dominan dengan negatif difference 11,1403 dari level 1 dan 2. Semakin tinggi arus yang diberikan untuk melelehkan kawat, semakin rendah daya lekatnya. Karena, dengan meningkatnya arus yang diberikan, kadar oksida yang diberikan akan meningkat. Hal ini dapat mengurangi kekuatan lekat lapisan pada substrat.

Gambar 4.5. Grafik Efek SNR Untuk Faktor D

Dari gambar 4.5 didapat grafik efek SNR untuk faktor kendali kekasaran permukaan substrat hasil grinding memberikan kontribusi difference 1,1472 dari level 1 dan 2. Mekanisme ikatan antara material pelapis dan substrat dipengaruhi dengan adanya penguncian mekanis antara material pelapis dan substrat (mechanical interlocking) akibat mengalirnya partikulat cair membungkus kontur permukaan. Dengan meningkatnya kekasaran permukaan substrat meningkat pula kekuatan lekat lapisan.

4.2.2 Perhitungan Mean Untuk Hasil Kekuatan Lekat

A. Perhitungan Mean

Taguchi menggunakan analysis of means untuk mencari faktor-faktor yang

mempengaruhi nilai rata-rata respon. Analysis of means merupakan metode yang digunakan untuk mencari setting level optimal yang dapat meminimalkan penyimpangan nilai rata-rata. Langkah-langkah dalam perhitungan analisis variansi (mean), yaitu:

Untuk menghitung mean maka dilakukan terlebih dahulu perhitungan mean dari masing-masing eksperimen. Sebagai contoh perhitungan mean dari eksperimen nomor 1 dengan menggunakan persamaan (2.18), yaitu :

53

,

12

2

53

,

12

53

,

12

y

i

y

rata

-

Rata

=

+

=

=

=

n

Perhitungan rata-rata untuk eksperimen yang lain sama seperti contoh perhitungan eksperimen nomor 1 diatas, hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 4.6. Mean (rata-rata) kekuatan lekat

No.

Faktor Kendali

Nilai Kekuatan lekat (mpa)

i

y

Tekanan

(bar)

Jarak

(mm)

Arus

(A)

Grinding

(Ra)

1

2

1

6

200

100

80

12,53

12,53

12,53

2

6

200

150

1000

9,83

11,4

10,61

3

6

300

100

1000

5,7

5,7

5,7

4

6

300

150

80

0,31

0,31

0,31

5

8

200

100

80

7,53

9,63

8,58

6

8

200

150

1000

0

0

0

7

8

300

100

1000

6,17

10,89

8,53

8

8

300

150

80

9,42

7,42

8,42

B. Perhitungan Efek Tiap Faktor Mean Kekuatan Lekat

Perhitungan efek untuk tiap faktor dilakukan dengan membuat response table menggunakan rumus seperti pada persamaan (2.19). Hasil selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.7. Sebagai berikut :

Tabel 4.7. Response tabel untuk Mean Kekuatan lekat

A

B

C

D

Level 1

7,2875

7,93

8,835

7,46

Level 2

6,3825

5,74

4,835

6,21

Difference

0,905

2,19

4

1,25

Ranking

4

2

1

3

Optimum

A1

B1

C1

D1

Contoh perhitungan :

Perhitungan faktor A level 1:

2875

,

7

)

31

,

0

7

,

5

61

,

10

53

,

12

(

4

1

1

0

=

+

+

+

=

=

y

k

Effect

Difference = Rata-rata respon terbesar Rata-rata respon terkecil

Contoh perhitungan difference untuk faktor A = 7,2875 6,3825

= 0,905

C. Grafik Efek Mean Tiap Faktor Terhadap Kekuatan Lekat

Gambar 4.6. Grafik Efek Mean Untuk Faktor A (Tekanan)

Dari gambar 4.6 didapat grafik efek Mean untuk faktor kendali laju tekanan penyemprotan memberikan kontribusi dengan difference 0,905 dari level 1 dan 2. Jika setting kecepatan tekanan semprot yang mendorong partikel terlalu rendah, maka partikel cair tidak cukup mampat sehingga adanya rongga udara yang terjebak pada hasil pelapisan (porositas) yang dapat mengurangi kekuatan ikat lapisan, sedangkan semakin tinggi peningkatan tekanan semprot akan mengakibatkan impak yang tinggi dan menyebabkan kerapatan lapisan, semakin tinggi kerapatan partikel semakin kuat ikatan lapisan.

Gambar 4.7. Grafik Efek Mean Untuk Faktor B (Jarak)

Dari gambar 4.7 didapat grafik efek Mean untuk faktor kendali jarak penyemprotan. Faktor kendali untuk jarak penyemprotan memberikan kontribusi dengan negatif difference 2,19 dari level 1 dan 2. Semakin jauh jarak semprot, maka semakin rendah daya lekatnya. Hal ini disebabkan karena kecepatan partikel dan area jangkau partikel luas, kondisi ini berpeluang terjadinya kekuatan ikat antar partikel berkurang.

.

Gambar 4.8. Grafik Efek Mean Untuk Faktor C (Arus)

Dari gambar 4.8 didapat grafik efek Mean untuk faktor kendali arus. Faktor kendali untuk arus memberikan kontribusi dominan dengan negatif difference 4 dari level 1 dan 2. Semakin tinggi arus yang diberikan untuk melelehkan kawat, semakin rendah daya lekatnya. Karena, dengan meningkatnya arus yang diberikan, kadar oksida yang diberikan akan meningkat. Hal ini dapat mengurangi kekuatan lekat lapisan pada substrat.

Gambar 4.9. Grafik Efek Mean Untuk Faktor D (Kekasaran permukaan)

Dari gambar 4.9 didapat grafik efek Mean diatas untuk faktor kendali kekasaran permukaan substrat hasil grinding. Faktor kendali dari kekasaran permukaan hasil grinding memberikan kontribusi negatif difference 1,25 dari level 1 dan 2. Mekanisme ikatan antara material pelapis dan substrat dipengaruhi dengan adanya penguncian mekanis antara material pelapis dan substrat (mechanical interlocking) akibat mengalirnya partikulat cair membungkus kontur permukaan, dengan meningkatnya kekasaran permukaan meningkat pula kekuatan lekat lapisan.

4.2.3 Perhitungan Analysis of Variance (ANOVA) Hasil Kekuatan Lekat

Perhitungan ANOVA dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus yang terdapat pada bab II. Sebagai contoh perhitungan langkah-langkahnya dapat dilihat seperti dibawah ini :

a. Menghitung rata-rata total seluruh eksperimen (overall experimental average) sesuai dengan rumus (2.18), yaitu:

n

y

y

=

8

42

,

8

53

,

8

0

58

,

8

31

,

0

7

,

5

61

,

10

53

,

12

+

+

+

+

+

+

+

=

835

,

6

=

b. Menghitung total sum of squares sesuai dengan rumus (2.20) sebagai berikut:

=

2

y

ST

=

12,532+10,612+5,72+0,312+8,582+02+8,532+8,422

= 519,4328

c. Menghitung sum of squares due to the mean sesuai dengan rumus (2.21) sebagai berikut:

2

y

n

Sm

=

= 8 x (6,835)2 = 373,7378

d. Menghitung sum of squares due to factors sesuai dengan rumus (2.22) sebagai berikut:

Sm

ij

n

i

n

i

n

Ss

ij

i

i

-

+

+

+

=

2

2

2

2

1

......

2

1

Contoh perhitungan untuk faktor A adalah sebagai berikut :

SSA = (4 x (7,28752+6,38252)) 373,7378

= 1,6381

SSB = (4 x ( 7,932+5,742)) 373,7378

= 9,5922

SSC = ( 4x ( 8,8352+4,8352)) 373,7378

= 32

SSD = ( 4x (7,462+6,212)) 373,7378

= 3,125

e. Menghitung the sum of squares due to the error sesuai dengan rumus (2.23) sebagai berikut:

Error = ST Sm (SsA+sSB+Ssi)

= 519,4328 373,7378 (46,3553)

= 99,3397

f. Menghitung total sum of squares sesuai dengan rumus (2.24) sebagai berikut :

ST = Se + (SsA+SsB+Ssi)

= 99,3397 + 46,3553

= 145,695

g. Menghitung Mean sum of squares sesuai dengan rumus (2.25) sebagai berikut :

v

SS

V

=

Contoh perhitungan untuk faktor A adalah sebagai berikut :

v

SS

A

V

=

=

1

6381

,

1

= 1,6381

h. Menghitung F-ratio sesuai dengan rumus (2.26) sebagai berikut :

)

(

st

V

V

F

=

Untuk mencari nilai F sesuai dengan rumus (2.27) sebagai berikut :

)

(

st

V

V

F

=

=

8679

,

19

6381

,

1

= 0,08244

i. Menghitung pooled sesuai dengan rumus (2.28) sebagai berikut :

100

)

(

))

(

(

-

=

Error

SS

st

V

v

SS