BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Rancangan
Penelitian
Ditinjau
dari jenis metode penelitian, maka jenis penelitian ini termasuk dalam kategori
penelitian eksperimen yang dilakukan di laboratorium. Sedangkan bentuk
penelitian eksperimen dalam penelitian ini adalah bentuk pre experimental design karena
masih terdapat variabel luar yang ikut berpengaruh terhadap terbentuknya
variabel dependen. Pada penelitian ini digunakan one group pretest-posttest design yaitu sebelum diberi perlakuan,
spesimen dalam penelitian ini diujji (pretest)
terlebih dahulu dan setelah pemberian perlakuan spesimen diuji (posttest), sehingga hasil perlakuan
dapat diketahui lebih akurat karena dapat membandingkan dengan keadaan sebelum
diberi perlakuan. Adapun design ini
dapat digambarkan sebagai berikut:
Keterangan:
O x O(1, 2, 3, 4, 5)
O
: Baja St. 60 sebelum diberi
perlakuan.
O1 : Baja St. 60 setelah diberi perlakuan hardening tempering dengan kadar media pendingin dromus oil 10%.
O2 : Baja St. 60 setelah diberi perlakuan hardening tempering dengan kadar media pendingin dromus oil 20%.
O3 : Baja St. 60 setelah diberi perlakuan hardening tempering dengan kadar media pendingin dromus oil 30%.
Berdasarkan
jenis data yang diperoleh, penelitian ini termasuk dalam penelitian
kuantitatif. Hal ini karena data yang diperoleh berupa angka-angka sehingga
dalam analisis data menggunakan analisis statistik. Sedangkan jika melihat
permasalahan yang diteliti, penelitian ini termasuk ke dalam jenis penelitian
korelasional. Jenis penelitian ini digunakan karena penelitian ini berusaha
untuk menemukan ada tidaknya pengaruh kadar dromus
oil dalam media pendingin terhadap tingkat kekuatan tarik pada proses
pengerasan baja St. 60. Penelitian ini bersifat korelasional karena penelitian
ini bertujuan menyelidiki sejauh mana variasi dalam suatu variabel berhubungan
dengan variasi dari variabel lain berdasarkan koefisien korelasi.
Untuk
mengetahui perbedaan nilai kekuatan tarik dan struktur mikro pada baja St. 60
yang telah mengalami proses hardening
tempering dengan media pendingin yang ditambahkan kadar garam 5%, 15%, 25%,
35% dan 45%. Rancangan penelitian ini akan disajikan dalam bentuk tabel dibawah
ini:
Tabel
3.1 Rancangan Penelitian
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai Kekuatan Tarik dan Struktur
Mikro
|
||
|
1
|
2
|
3
|
||
|
1.
|
Raw Material
|
A
|
A
|
A
|
|
2.
|
10% Dromus oil
|
V
|
V
|
V
|
|
3.
|
20% Dromus oil
|
W
|
W
|
W
|
|
4.
|
30% Dromus oil
|
X
|
X
|
X
|
Keterangan:
A : Perlakuan
panas hardening dengan media
pendingin udara pada suhu 900 0C dengan waktu tahan 40 menit.
V : Perlakuan
panas hardening dengan media
pendingin dromus oil 10% pada suhu
900 0C dengan waktu tahan 40 menit kemudian tempering pada suhu 200 0C dengan waktu tahan 60 menit
didinginkan dalam dapur.
W : Perlakuan
panas hardening dengan media
pendingin dromus oil 20% pada suhu
900 0C dengan waktu tahan 40 menit kemudian tempering pada suhu 200 0C dengan waktu tahan 60 menit
didinginkan dalam dapur.
X : Perlakuan
panas hardening dengan media
pendingin dromus oil 30% pada suhu
900 0C dengan waktu tahan 40 menit kemudian tempering pada suhu 200 0C dengan waktu tahan 60 menit
didinginkan dalam dapur.
3.2
Variabel
Penelitian
1. Variabel
bebas : Kadar dromus oil yaitu 5%,15%, 25%, 35% dan 45%.
2. Variabel
terikat : Nilai kekuatan tarik dan
struktur miro baja St. 60.
3. Variabel
kontrol : Temperatur, waktu, dan alat uji.
3.3
Objek
Penelitian
Objek yang dipakai pada penelitian
ini adalah silinder baja karbon menengah St. 60. Spesimen ini memiliki ukuran
pada setiap spesimen dengan diameter 12,5 mm dan panjang 110 mm. Total semua
spesimen adalah 18 dengan ukuran dan bentuk yang sama. Silinder baja karbon
tersebut akan dianalisis perbedaan tingkat kekuatan tariknya dengan menggunakan
perbedaan media pendingin yang sebelumnya telah diberikan proses perlakuan
panas hardening tempering.
Tabel
3.2 Spesifikasi Kadar Kandungan Unsur Pembentuk Baja St. 60
|
No.
|
Nama Unsur
|
Jumlah (%) berat
|
|
1.
|
Karbon (C)
|
0,45
|
|
2.
|
Silikon (Si)
|
0,3
|
|
3.
|
Mangan (Mn)
|
0,7
|
3.4
Instrumen
Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan
adalah lembar observasi yang berisi data angka nilai kekuatan tarik dan hasil
pengamatan struktur mikro pada baja St. 60 yang telah mengalami proses hardening tempering dengan menggunakan variasi
kadar media pendingin dromus oil yaitu
5%, 15%, 25%, 35%, dan 45%.
3.4.1
Alat
yang Digunakan
Alat
yang digunakan untuk menunjang keberhasilan penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Tabel 3.3 Alat yang
Digunakan dan Spesifikasi
|
No.
|
Nama alat yang digunakan
|
Spesifikasi
|
|
1.
|
Mistar Baja
|
Konvensional
|
|
2.
|
Peralatan K3
|
Sarung tangan, pelindung mata, dll.
|
|
3.
|
Kikir
|
Konvensional
|
|
4.
|
Mesin bubut
|
Krisbow
|
|
5.
|
Jangka sorong
|
Mitutoyo
|
|
6.
|
Dapur pemanas listrik
|
Konvensional
|
|
7.
|
Mesin gergaji
|
GREAT CAPTAIN
|
|
8.
|
Mesin uji kekuatan tarik
|
Hung Ta Instrumen Mesin co, LTD
|
|
9.
|
Mikroskop optik
|
|
|
10.
|
Kertas ampelas
|
|
|
11.
|
Kamera
|
SE Elm
|
Jenis
media pendingin dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tabel
3.4 Media Pendingin dan Variasi Kadar
|
No.
|
Jenis Media Pendingin
|
Variasi Kadar
|
|
1.
|
Dromus Oil
|
5%
|
|
2.
|
Dromus Oil
|
15%
|
|
3.
|
Dromus Oil
|
25%
|
|
4.
|
Dromus Oil
|
35%
|
|
5.
|
Dromus Oil
|
45%
|
Dalam
penelitian ini dilakukan lima perlakuan laju pendingan cepat yaitu dengan
menggunakan media pendingin dromus oil dengan kadar 5%, 15%, 25%, 35% dan 45%.
Dengan jumlah masing-masing setiap media pendingin 3 spesimen dan untuk raw spesimen 3 buah, sehingga total jumlah
spesimen sebanyak 18 buah.
3.5
Tempat
Penelitian
Pelaksanaan
penelitian yaitu pembentukan spesimen baja St. 60, proses hardening tempering dan uji kekuatan tarik ini dilakukan di
laboratorium Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Malang. Untuk penelitian pengamatan
struktur mikro dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Brawijaya
Malang.
3.6
Prosedur
Pengumpulan Data
Pada prosedur pengumpulan data
penelitian ini terdapat beberapa tahap.
Adapun langkah-langkah tersebut akan dibahas dalam
subab ini.
3.6.1
Persiapan
Tahap persiapan adalah
mempersiapkan peralatan dan bahan yang diperlukan pada waktu pelaksanaan
penelitian. Adapun bahan yang dibutuhkan adalah baja St. 60, air dan dromus
oil. Peralatan yang perlu disiapkan antara lain adalah mesin gergaji, jangka
sorong, kertas ampelas, mesin bubut, dapur pemanas listrik, mikroskop, mesin
uji kekuatan tarik, tempat pendingin dan
mesin gerinda.
3.6.2
Pengambilan
Data
Adapun langkah pengambilan data
dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pembentukan
spesimen
a.
Pemotongan bahan
Pemotongan bahan yang berupa baja
St. 60 dalam bentuk silinder dengan diameter 12,5 mm dan panjang 110 mm. Pemotongan spesimen dilakukan dengan gergaji besi.
b.
Pembentukan spesimen
 |
Pembentukan bahan berupa baja St. 60 berbentuk silinder sesuai dengan standar pengujian kekuatan tarik yang ditentukan yaitu ASTM A370. Pembentukan spesimen ini dilakukan dengan menggunakan mesin bubut.
Gambar
3.1 Spesimen Uji Tarik ASTM A370
Keterangan:
G
(Gage length) = 50.0 mm ± 0.1
D
(Diameter) = 12.5 mm ± 0.2
R
(Radius of fillet) = 10 mm
A
(Lenght of reduce section) = 60 mm
c.
Meratakan permukaan benda kerja pada
mesin gerinda
Untuk meratakan permukaan benda
kerja dengan mesin gerinda dilakukan tahap-tahap sebagai berikut:
• Memasang
benda kerja pada meja kerja yang terdapat magnetnya .
• Pengaturan
tinggi rendahnya batu gerinda pada benda kerja.
• Mesin
dihidupkan dan lakukan pemakanan pada permukaan benda kerja.
• Mematikan
mesin dan memeriksa permukaan benda kerja.
• Melakukan
penggerindaan untuk semua benda kerja.
2. Penakaran
media pendingin
Pada langkah ini adalah proses
penakaran media pendingin yang meliputi menakar dromus oil dan air dengan gelas
ukur. Media pendingin dalam penelitian ini terdapat lima macam yakni variasi
kadar dromus oil 5%, 15%, 25%, 35% dan 45%.
a. Kadar
dromus oil 5% terdiri dari 20 liter air per 1 liter dromus oil.
b. Kadar
dromus oil 15% terdiri dari 6,67 liter air per 1 liter dromus oil.
c. Kadar
dromus oil 25% terdiri dari 4 liter air per 1 liter dromus oil.
d. Kadar
dromus oil 35% terdiri dari 2,86 liter air per 1 liter dromus oil.
e. Kadar
dromus oil 45% terdiri dari 2,22 liter air per 1 liter dromus oil.
3. Proses
hardening
Adapun langkah-langkah dalam proses
hardening adalah sebagai berikut:
a. Menyiapkan
spesimen yang akan diberi perlakuan panas dan peralatan yang dibutuhkan dalam
proses hardening tempering.
b. Sebelum
dilakukan hardening, spesimen harus
dinormalising terlebih dahulu.
c. Menyiapkan
dan mengatur suhu dapur listrik untuk
melakukan proses normalising pada benda kerja.
d. Suhu
untuk proses normalising adalah 900 0C dan didinginkan dengan udara
luar.
e. Setelah
benda uji dinormalising, langkah berikutnya adalah proses hardening yaitu dengan memasukkan semua spesimen ke dalam dapur
pemanas listrik lalu mengatur suhu sesuai dengan ketentuan yakni 900 0C
dengan holding time selama 40 menit.
f. Pengambilan
benda uji dalam dapur pemanas listrik dengan penjepit yang dilanjutkan dengan
pendinginan benda uji.
g. Pengambilan
benda uji langsung dari dapur pemanas listrik dan mencelupkannya ke dalam media
pendingin yang telah dipersiapkan.
h. Setiap
media pendingin yakni dromus oil 5%, 15%, 25%, 35% dan 45%. Tiga buah spesimen
dicelupkan dalam tiap media pendingin tersebut.
i. Tunggu
beberapa saat hingga benda uji tersebut mencapai suhu kamar yang dilanjutkan dengan
proses selanjutnya yaitu tempering.
4. Perlakuan
Tempering
Adapun langkah-langkah dalam proses
hardening adalah sebagai berikut:
a. Spesimen
uji yang telah melalui proses hardening dengan laju pendinginan cepat
menggunakan variasi kadar media pendingin dromus oil disiapkan untuk
selanjutnya dimasukkan ke dalam dapur listrik untuk proses tempering.
b. Dapur
listrik disetting dengan suhu 200 0C dan ditahan (holding time)
selama 1jam dan setelah itu didinginkan di dalam dapur listrik. Untuk benda uji
yang normal tidak dilakukan perlakuan panas.
c. Benda
uji hasil proses tempering dibersihkan.
5. Pengujian
Kekuatan Tarik
Pada proses pengujian tarik ini
menggunakan 18 buah spesimenyang telah melalui proses hardening tempering dengan ketentuan 3 buah spesimen tanpa
perlakuan panas, 3 buah spesimen menggunakan variasi media pendingin dengan
kadar dromus oil 5%, 3 buah spesimen menggunakan variasi media pendingin dengan
kadar dromus oil 15%, 3 buah spesimen menggunakan variasi media pendingin
dengan kadar dromus oil 25%, 3 buah spesimen menggunakan variasi media
pendingin dengan kadar dromus oil 35%, dan 3 buah spesimen menggunakan variasi
media pendingin dengan kadar dromus oil 45%. Spesimen yang akan diuji dibentuk
terlebih dahulu sesuai dengan standar pengujian tarik.
Pengujian kekuatan tarik dilakukan
di laboratorium Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Malang, dengan spesifikasi
merk mesin Hung Ta Instrumen Mesin co, LTD dengan kecepatan penarikan 1mm/menit
Langkah-langkah pengujian kekuatan
tarik:
a. Menghidupkan
mesin uji tarik dan komputer untuk mengontrol mesin uji tarik.
b. Input
data yaitu dimensi tebal dan lebar dari spesimen yang akan diuji kekuatan
tarik.
c. Pasang
spesimen uji pada grips.
d. Pasang
extensometer pada bagian tengah
spesimen uji.
e. Setelah
spesimen uji patah, putar panel pada manual kontrol pada posisi nol.
f. Lepas
spesimen uji yang telah patah oleh pengujian kekuatan tarik.
g. Simpan
dan cetak data hasil pengujian kekuatan tarik spesimen uji.
6. Pengamatan
Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro
dilaksanakan di laboratorium Universitas Brawijaya Malang. Spesifikasi mesin
pengamat struktur mikro adalah Nixon dengan perbesaran maksimal 500 kali.
Prosedur pengamatan struktur mikro
adalah sebagai berikut:
· Permukaan
spesimen dihaluskan dengan kertas ampelas sampai halus dengan grig 400, 600,
1000, 1500, dan 2000.
· Proses
polishing dilakukan dengan meja polis menggunakan pita bubuk alumina yang halus
(0,1 milimikron) dan kemudian dipolis dengan menggunakan larutan nital 2% yang
berfungsi untuk mengikis permukaan agar strukturnya bisa terlihat jelas ketika
difoto.
· Pengamatan
dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik sampai dengan diperoleh gambar
yang jelas dengan perbesaran 400 kali, setelah proses pengamatan struktur mikro
dilakukan pemotretan pada benda uji.
3.6.3
Diagram Alir Penelitian
Diagram Alir Penelitian
3.7
Teknik
Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data yang
digunakan pada penelitian ini adalah dengan mencatat data yang diperoleh dari
penelitian pada lembar observasi sebagai berikut:
Tabel
3.5 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 Sebelum Perlakuan
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.6 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah proses normalising
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.7 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah Proses Hardening Tempering dengan Media
Pendingin dromus oil 5 %
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.8 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah Proses Hardening Tempering dengan Media
Pendingin dromus oil 15 %
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.9 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah Proses Hardening Tempering dengan Media
Pendingin dromus oil 25 %
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.10 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah Proses Hardening Tempering dengan Media
Pendingin dromus oil 35 %
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
Tabel
3.11 Data Kekuatan Tarik Spesimen Baja St. 60 setelah Proses Hardening Tempering dengan Media
Pendingin dromus oil 45 %
|
No.
|
Spesimen
|
Nilai
Kekuatan Tarik (Mpa)
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
|
Rata-rata
|
|
3.8
Teknik
Analisis Data
Teknik analisis data yang digunakan
dalam penelitian ini adalah analisis deskriptif, yaitu untuk mengetahui rata-rata
kekuatan tarik dari masing-masing percobaan proses hardening tempering pada
baja St. 60 yang didinginkan dengan media pendingin emulsi dromus oil dan air.
Pada penelitian ini, digunakan
paired samples t test untuk menguji hipotesis adanya perbedaan tingkat kekuatan
tarik pada baja St. 60 antara sebelum dan sesudah proses hardening tempering
dengan media pendingin yang ditambahkan kadar dromus oil 5%, 15%, 25%, 35%, dan
45%. Namun sebelum dilakukan analisis paired samples t test, data harus diuji
normalitas dengan menggunakan uji Kolmogrov-Smirnov. Sehingga H0 menyatakan
populasi adalah berdistribusi normal. Dengan kata lain populasi data yang telah
diuji berdistribusi normal dan asumsi yang digunakan pada pengujian paired
samples t test yaitu populasi yang akan diuji berdistribusi normal.
Kemudian untuk menguji hipotesis
yang kedua yakni adanya pengaruh kadar dromus oil dalam media pendingin
terhadap tingkat kekuatan tarik pada proses hardening baja St. 60, digunakan
analisis one way anava dengan taraf signifikansi 0,05.
Sebelum dilakukan analisis one way
anova, data harus diuji normalitas dan homogenitas. Tujuan dilakukannya uji
normalitas ini adalah untuk melihat apakah populasi yang digunakan termasuk berdistribusi
normal atau tidak. Sehingga H0 menyatakan populasi adalah berdistribusi normal.
Dengan kata lain populasi data yang telah diuji berdistribusi normal dan asumsi
yang digunakan pada pengujian anova yaitu populasi yang akan diuji
berdistribusi normal.
Selain uji normalitas, data harus
diuji homogenitas dengan tujuan untuk melihat kehomogenan data varians sebagai
prasyarat uji one way anova. Hasil uji homogenitas pada penelitian ini
menggunakan uji Lavene. Nilai Lavene F hitung sebesar 0,578 dengan nilai
probabilitas 0,566 > 0,05, maka H0 tidak ditolak yaitu ketiga varians
populasi adalah identik atau sama. Dengan demikian asumsi kesamaan varians
untuk uji Anova sudah terpenuhi.
