SIMULASI PROSES BENDING DAN STUDI EKSPERIMENTAL MENGENAI PENGARUH BENDING DAN SLAG BALL BLASTING TERHADAP PENINGKATAN SIFAT MEKANIS KNEE JOINT PROSTHETIC

Marcellia Crenata, Dr. Suyitno, S.T., M.Sc.

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Bending merupakan salah satu proses cold forming yang digunakan untuk membentuk lengkungan pada aksis material, dan dapat pula sebaliknya, digunakan untuk meluruskan material dengan kelengkungan tertentu, sedangkan slag ball blasting merupakan salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan sifat mekanis material dengan diikuti peningkatan kekerasan permukaan dan kekasaran permukaan material. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui simulasi proses bending dan pengaruh proses bending yang dikombinasikan dengan slag ball blasting terhadap sifat mekanis dan bioaktifitas material baja tahan karat AISI 316L dalam bentuk prototype femoral head knee joint prosthetic. Simulasi proses bending dilakukan dengan menggunakan software ABAQUS 6.11. Pengujian kekasaran, kekerasan, pengamatan struktur mikro, dan bioaktifitas dilakukan pada material sebelum dan setelah perlakuan slag ball blasting. Proses slag ball blasting dilakukan dengan memutar prototype knee joint prosthetic dengan kecepatan putar < 60 rpm dan > 600 rpm sebagai variabel pembanding, dalam sebuah chamber tertutup, dan kemudian ditembak dengan material abrasif berupa slag ball. Ukuran slag ball yang digunakan adalah 1 - 2 mm dengan tekanan kompressor yang digunakan 5 - 7 kg/cm2, selama 5, 10, dan 15 menit. Pengamatan bioaktifitas material dilakukan dengan menggunakan SBF (simulated body fluid) pada suhu ruang dan suhu tubuh. Pengambilan data bioaktifitas dilakukan dengan menggunakan alat uji kekasaran permukaan pada hari kesepuluh dan kedua puluh pada pengamatan dalam suhu ruang dan pada hari kedua dan kelima pada pengamatan dalam suhu tubuh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah dilakukan simulasi proses bending, spesimen mengalami tegangan Von Mises tertinggi sebesar 800 MPa dan tegangan Von Mises terendah sebesar 548 MPa. Displacement terbesar yang terjadi adalah 55 mm dan yang terendah adalah 23 mm. Regangan terbesar yang terjadi adalah 1,47 dan yang terendah 1,75 x 10-3. Proses slag ball blasting dapat meningkatkan kekasaran permukaan dan kekerasan permukaan. Perubahan nilai kekerasan hanya terjadi pada permukaan material hingga mencapai kedalaman rata-rata 150 mm dari permukaan spesimen yang ter-blasting. Nilai kekerasan tertinggi adalah 318,84 kg/mm2 sedangkan nilai kekasaran tertinggi adalah 5,1 mikro meter. Nilai kekasaran permukaan pada spesimen ter-blasting setelah pengamatan bioaktifitas turun pada nilai terendah 2,96 mikro meter. Hasil penelitian juga menunjukkan adanya korelasi antara tegangan yang diperoleh dari proses simulasi dengan data nilai kekerasan yang diperoleh dari pengujian eksperimental.

Bending is one of cold forming process that is used to make a curve shape at the axis of material and vice versa to straighten it. Slag ball blasting is one of method for increasing mechanical properties of material with followed by the increase of surface hardness and surface roughness. This research was done to observed the effect of bending process and slag ball blasting treatment at mechanical properties and bioactivity of AISI 316L stainless steel as prototype of femoral head knee joint prosthetic. Simulation bending process was done by ABAQUS 6.11. Surface roughness, micro hardness testing, microstructure and bioactivity observation was done at specimen before and after treatment with slag ball blasting. Slag ball blasting was done by rotate the prototype of knee joint prosthetic with < 60 rpm and > 600 rpm as variable inside of a closed chamber. After that, the specimen was blasted by abrasive material (slag ball). The dimension of slag ball that was used is 1 - 2 mm with 5 - 7 kg/cm2 as the pressure of the compressor for 5, 10, and 15 duration of time. Bioactivity observation was done with SBF (simulated body fluid) at room temperature and body temperature. The data was taken at 10th and 20th day at room temperature, and at 2nd ad 5th day at body temperature by used surface roughness testing machine. The result of this research showed that after bending with ABAQUS, specimen has Von Mises stress, displacement, and strain. The highest Von Mises stress is 800 MPa and the lowest is 548 MPa. The highest displacement is 55 mm and the lowest is 23 mm. The highest strain is 1,47 and the lowest is 1,75 x 10-3. Slag ball blasting can increase surface roughness and surface micro hardness. The increased of micro hardness only happened at the surface of the specimen. The highest micro hardness value is 318,84 kg/mm2 and the highest surface roughness value is 5,1 μm. The highest Von Mises stress at bending process is 800 MPa. Surface roughness value at the blasted surface after bioactivity observation decreased until 2,96 μm. The research result also shown that there is a correlation between stress in simulation and hardness value from experimental.

Kata Kunci : slag ball blasting, knee joint prosthetic, baja tahan karat AISI 316L, kekasaran permukaan, kekerasan permukaan, finite element method, ABAQUS.