PENGARUH KARBURISASI PADAT dan QUENCHING PADA SUHU …

i

PENGARUH KARBURISASI PADAT dan QUENCHING PADA SUHU

800℃ DENGAN WAKTU PENAHANAN 4,6,8 JAM MENGGUNAKAN

MEDIA ARANG BATOK KELAPA dan KULIT TELUR SEBAGAI

KATALISATOR TERHADAP NILAI KEKERASAN BAJA KARBON

RENDAH

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Diajukan oleh :

CHRESENSIUS BRIAN PRAPASKA

NIM : 135214117

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE EFFECT OF PACK CARBURIZING and QUENCHING 800℃

TEMPERATURE WITH 4,6,8 HOURS HOLDING TIME WITH

COCONUT SHELL CHARCOAL and EGG SHELL AS CATALYST

AGAINST THE HARDNESS OF LOW CARBON STEEL

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the

Requirement to Obtain the Degree of Sarjana Teknik

Mechanical Engineering Study Program

By

CHRESENSIUS BRIAN PRAPASKA

Student Number : 135214117

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2020


vii

INTISARI

Carburising merupakan proses pengerasan permukaan pada baja karbon

rendah, yang bertujuan untuk menambah kandungan karbon pada kulit spesimen

sehingga kekerasn permukaanya meningkat tetapi bagian dalam masih tetap ulet.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh carburizing kemudian

dilanjutkan quenching dengan media oli pada strip plat baja karbon rendah

terhadap kekeasan dan struktur mikronya.

Proses carburizing dengan menggunakan pack carburizing dan ditahan

dengan tiga fariasi waktu penahanan 4 jam, 6 jam, dan 8 jam dengan suhu 800C,

media carburizing menggunakan sumber karbon arang batok kelapa dan kulit

telur bebek sebagai katalisnya, spesimen menggunakan bahan strip plat baja

dengan kadar karbon 0.049%. Setelah carburizing kemudian dilanjutkan dengan

proses quenching yaitu didinginkan dengan cepat pada media pendingin oli.

Setelah hasil dari proses carburizing dan quenching, dilakuan uji kekerasan

Rockwell dan analisa strutur mikro pada benda uji (sebelum perlakuan panas dan

sesudah perlakuan panas).

Hasil pengujian menunjukan spesimen dengan proses carburizing

mengalami peningkatan kekerasan dari spesimen tanpa carburizing, yaitu 6,50

HRC menjadi 23,39 HRC, dan hasil penelitian menunjukan bahwa terjadi

perubahan struktur mikro, yang awalnya struktur mikro berupa ferrit dan perlit

(spesimen tanpa carburizing) berubah menjadi ferrit, martensit, dan sedikit perlit

dikarenakan media quencingmenggunakan oli, selain itu struktur martensit yang

terbentuk pada setiap spesimen tidak sama karena lamanya waktu penahanan yang

berbeda. Semakin lama waktu penahanan, struktur martensit yang terbentuk

semakin tebal. Ketebalan struktur tertinggi adalah 116 m yang terdapat pada

kaburisasi dengan holding time 8 jam.

Kata kunci: arang batok, baja, carburizing, kekerasan, kulit telur, struktur mikro,

quenching.


viii

ABSTRACK

Carburising is the process of surface hardening in low carbon steel, which

aims to increase the carbon content in the skin of the specimen so that the surface

hardness increases but the inside still remains resilient. This study aims to

determine the effect of carburizing then continued quenching with oil media on

low carbon steel plate strips against the hardness and microstructure.

Carburizing process using carburizing pack and held with three variations

of ho

carburizing media using carbon sources, coconut shell charcoal and duck

eggshells as catalysts, specimens using steel plate strip material with carbon

content of 0.049%. After carburizing then proceed with the quenching process

which is cooled quickly on oil cooling media. After the results of the carburizing

and quenching process, the Rockwell hardness test and microstructure analysis

were carried out on the test specimen (before heat treatment and after heat

treatment).

The test results showed that the specimens with the carburizing process

experienced an increase in hardness from the specimens without carburizing,

namely 6.50 HRC to 23.39 HRC, and the results of the study showed that there

was a change in the microstructure, which initially microstructure in the form of

ferrite and pearlite (specimens without carburizing) changed become ferrit,

martensitic, and a little bit pearlite due to media quencing using oil, besides that

the structure of martensite formed in each specimen is not the same because of the

different holding time. The longer the detention time, the thicker martensitic

structure formed. The highest structure thickness is 116 m which is found in

blurring with an holding time of 8 hours.

Keywords: carburizing, eggshell, hardness, microstructure, steel, shell charcoal,

quenching.


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITLE PAGE ........................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................ v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH .......................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ...................................................... vi

INTISARI .............................................................................................................. vii

ABSTRACK ........................................................................................................ viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi

BAB I ...................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 4

BAB II ..................................................................................................................... 5

DASAR TEORI dan TINJAUAN PUSTAKA ....................................................... 5

A. DASAR TEORI ............................................................................................... 5

2.1 Pengertian Baja ......................................................................................... 5

2.2 Baja Karbon .............................................................................................. 5

2.3 Jenis Baja Menurut Kadar Karbon ........................................................... 5

2.4 Struktur Mikro .......................................................................................... 6

2.5 Diagram Fasa ............................................................................................ 7

2.6 Heat Treatment ....................................................................................... 12


xii

2.6.1 Quenching ....................................................................................... 13

2.6.2 Normalizing..................................................................................... 18

2.7 Carburizing ............................................................................................. 19

2.7.1 Pengkarbonan dengan media padat (Pack Carburizing) ................. 20

2.7.2 Pengkarbonan dengan media cair (Liquid Carburizing) ................. 21

2.7.3 Pengkarbonan dengan media gas (Gas Carburizing) ...................... 22

2.8 Difusi ...................................................................................................... 24

2.9 Katalisator .............................................................................................. 26

2.10 Pengujian Bahan ..................................................................................... 27

2.11 Uji Kekerasan ......................................................................................... 28

2.11.1 Uji kekerasan Rockwell .................................................................. 28

Rockwell superficial ..................................................................................... 37

B. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 39

BAB III ................................................................................................................. 42

METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 42

1.1 Bagan Alur Penelitian ............................................................................ 42

1.2 Persiapan Peralatan dan Bahan ............................................................... 43

1.2.1 Peralatan .......................................................................................... 43

1.2.2 Bahan............................................................................................... 45

1.3 Proses Karburisasi Padat (Pack Carburizing) ......................................... 48

1.4 Pengujian Spesimen ............................................................................... 49

1.4.1 Pengamatan Struktur Mikro ............................................................ 49

1.4.2 Pengujian kekerasan Rockwell ....................................................... 50

1.5 Analisa Data ........................................................................................... 50

BAB IV ................................................................................................................. 51

HASIL PENELITIAN dan PEMBAHASAN ....................................................... 51

4.1 Pengamatan Struktur Mikro Pada Permukaan ........................................ 51

4.2 Pengamatan Struktur Mikro pada Lapisan Spesimen ............................. 54

4.3 Hasil Pengujian Kekerasan ..................................................................... 58

BAB V ................................................................................................................... 65

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 65

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 65


xiii

5.2 Saran ....................................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 67

LAMPIRAN .......................................................................................................... 70


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1.Diagram Fasa...................................................................................... 8

Gambar 2. 2. Struktur mikro fasa ferrite ................................................................. 9

Gambar 2. 3. Struktur mikro fasa cementite ......................................................... 10

Gambar 2. 4. Struktur mikro fasa pearlite ............................................................. 11

Gambar 2. 5. Struktur mikro martensite................................................................ 11

Gambar 2. 6. Struktur mikro delta iron ................................................................. 12

Gambar 2. 7. Grafik pendinginan langsung .......................................................... 16

Gambar 2. 8. Pendinginan Tunggal (Single Quenching) ..................................... 17

Gambar 2. 9. Diagram double quenching ............................................................. 18

Gambar 2. 10. Skema proses pack carburizing ..................................................... 21

Gambar 2. 11. Skema proses liquid carburizing ................................................... 22

Gambar 2. 12. Skema proses gas carburizing ....................................................... 23

Gambar 2. 13. Proses difusi : (a) secara interstisi, (b) secara substitusi ............... 25

Gambar 2. 14. Proses pengujian kekerasan Rockwell .......................................... 29

Gambar 2. 15. Mesin Rockwell manual ................................................................ 30

Gambar 2. 16. Indentor intan dan Indentor bola ................................................... 30

Gambar 2. 17. Pengujian kekerasan Rockwell memakai indentor intan dan

indentor bola.......................................................................................................... 35

Gambar 3. 1 Bagan Alur Penelitian ...................................................................... 42

Gambar 3. 2. Wadah karburisasi padat ................................................................. 43

Gambar 3. 3. Oven pemanas ................................................................................. 43

Gambar 3. 4. Alat uji kekerasan Rockwell ........................................................... 44

Gambar 3. 5. Mikroskop Metallurgy..................................................................... 45

Gambar 3. 13. Ayakan Tepung ............................................................................. 45

Gambar 3. 14. Strip Plat Baja................................................................................ 46

Gambar 3. 15. Arang batok kelapa........................................................................ 47

Gambar 3. 16. Kulit Telur Bebek .......................................................................... 48

Gambar 4. 1 Struktur Mikro Pada Permukaan Spesimen Sebelum Karburisasi ... 52

Gambar 4. 2. Struktur Micro Pada Permukaan Spesimen Setelah Karburisasi

Selama 4 Jam dan quencing .................................................................................. 53


Selama 6 Jam dan quencing .................................................................................. 53


Selama 8 Jamdan quenching ................................................................................. 54

Gambar 4. 5. Struktur mikro lapisan spesimen setelah karburisasi selama 4 jam

dan quencing ......................................................................................................... 55


dan quencing ......................................................................................................... 55


dan quenching ....................................................................................................... 56

Gambar 4. 8. Grafik uji kekerasan Rockwell (HRC) ............................................ 63


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Skala pada pengujian kekerasan Rockwell .......................................... 32

Tabel 2. 2. Aplikasi khas kekerasan Rockwell ..................................................... 33

Tabel 2. 3. Rentang skala kekerasan Rockwell yang dianjurkan .......................... 33

Tabel 2. 4. Skala pada Rockwell superficial dan pemakaiannya .......................... 38

Tabel 4. 1 Data Hasil pengukuran penetrasi karbon ............................................. 57

Tabel 4. 2. Data pengujian Kekerasan spesimen tanpa karburisasi ...................... 59

Tabel 4. 3. Data pengujian Kekerasan spesimen setelah karburisasi 4 jam dan

quencinng .............................................................................................................. 60


quencing ................................................................................................................ 61


quencing ................................................................................................................ 62


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Pengujian Komposisi Spesimen Tanpa Carburizing ....................... 70

Lampiran 2. Uji Kekerasan Spesimen Tanpa Carburizing no.1............................ 71



Lampiran 5. Uji Kekerasan Spesimen Carburizing 4 Jam no.1 ............................ 74




Lampiran 9.Uji Kekerasan Spesimen Carburizing 6 Jam no.2 ............................. 78

Lampiran 10. Uji Kekerasan Spesimen Carburizing 6 Jam no.3 .......................... 79





xvii


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan berkembangnya teknologi di Indonesia khususnya dalam

bidang konstruksi dan perancangan, tentunya dibutuhkan bahan-bahan yang

mempunyai sifat-sifat yang lebih bagus dan lebih baik. Misalnya memiliki

kekuatan tarik, kekerasan, dan ketahanan lelah yang tinggi, sehingga produk yang

terbuat dari logam tersebut awet dan tahan lama, tahan korosi, tahan aus, dan

sebagainya.

Logam mempunyai peranan penting dalam kehidupan manusia, hampir

semua kebutuhan manusia tidak lepas dari unsur logam, kerena hampir semua

alat-alat yang digunakan manusia terbuat dari unsur logam. Salah satu jenis logam

yang banyak digunakan adalah baja, karena memiliki sifat ulet mudah dibentuk,

kuat maupun keras. Selain itu baja dengan unsur utama Fe dan C bisa dipadukan

dengan unsur lain seperti Cr, Ni, Ti dan sebagainya, untuk mendapatkan sifat

mekanik seperti yang diinginkan. Karbon merupakan salah satu unsur terpenting

karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja.

Kandungan karbon di dalam struktur baja akan mempengaruhi sifat

mampu keras. Kekerasan pada baja dapat diperoleh melalui proses perlakuan

panas. Proses peningkatan kekerasan menggunakan perlakuan panas merupakan

cara yang banyak dilakukan untuk baja karbon menengah dan tinggi. Namun tidak

semua jenis baja bisa dikeraskan secara langsung dengan cara ini. Pengerasan


2

langsung hanya dapat dilakukan pada baja dengan kandungan karbon di atas

0,30%. Sementara untuk baja dengan kandungan karbon di bawah 0,30%, harus

melalui proses penambahan karbon. Pengerasan permukaan biasanya dibutuhkan

untuk proses yang mengalami beban kerja berat, karena biasanya membutuhkan

kekerasan di permukaan tetapi bagian dalam masih tetap ulet. Proses penambahan

karbon (carburizing) merupakan pengerasan permukaan pada baja karbon rendah,

yang bertujuan untuk menambah kandungan karbon sehingga kekerasan

permukaannya meningkat.

Salah satu media pengkarbonan yang berbentuk padat adalah arang batok

kelapa. Penelitian ini menggunakan baja karbon rendah dengan kandungan karbon

< 0,3%. Arang batok kelapa sebagai sumber karbon padat, dirubah terlebih dahulu

dalam bentuk butiran. Bentuk butiran akan membantu proses perubahan karbon

padat menjadi gas melalui pemanasan. Gas karbon yang dihasilkan akan berdifusi

ke dalam struktur baja sehingga kadar karbon meningkat. Pemanasan dilakukan

pada temperatur 800ºC, kemudian ditahan selama 4 jam, 6 jam dan 8 jam.

Jenis-jenis proses carburizing:

1. Carburizing dengan perantara zat cair (Liquid Carburizing)

2. Carburizing dengan perantara zat gas (Gas Carburizing)

3. Carburizing dengan perantara zat padat (Pack Carburizing)

Pengarbonan yang kami gunakan yaitu carburizing dengan perantara zat

padat (Pack Carburizing). Pada proses ini caranya adalah benda kerja dimasukkan

ke dalam suatu wadah yang terbuat dari plat baja dan dikelilingi dengan bahan


3

karbonisasi. Bahan yang kami gunakan yaitu arang batok kelapa. Keuntungan

dari karbonisasi ini adalah mudah mengontrol kedalaman dengan mengatur waktu

tunggu (holding time). Kelemahanya yaitu karbonisasi dalam kotak tidak

menguntungkan untuk jumlah besar.

1.2 Rumusan Masalah

Penggunaan bahan kimia dalam proses carburizing memiliki dampak

buruk terhadap lingkungan. Bahan seperti arang batok kelapa dan kulit telur

merupakan limbah organik yang mampu dimanfaatkan sebagai proses

carburizing. Selain memanfaatkan limbah yang sudah tidak terpakai,

menggunakan bahan organik juga dapat mengurangi penggunaan bahan kimia.

Selain itu bahan organik juga lebih ramah lingkungan. Apakah pack carburizing

menggunakan media arang batok kelapa dan kulit telur akan menghasilkan

kekerasan yang lebih baik terhadap baja karbon rendah?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui berapakah nilai kekerasan dari baja karbon rendah sebelum dan

sesudah dilakukannya pack carburizing dan quenching.

2. Mengamati bagaimana struktur mikro yang terbentuk sebelum dan sesudah

proses pack carburizing dan quenching.

3. Membandingan kedalaman lapisan strukur yang terbentuk pada masing-

masing spsimen setelah pack carburizing dan quenching.


4

1.4 Batasan Masalah

Agar hasil penelitian dapat seperti yang diharapkan, maka ditentukan

batasan-batasan masalah guna mengendalikan model pelaksanaan penelitian yang

dilakukan, antara lain :

1. Material yang digunakan adalah baja karbon rendah < 0,3 % C.

2. Proses karburisasi menggunakan variasi waktu 4 jam, 6 jam, dan 8 jam pada

suhu 800 C.

3. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian kekerasan dan struktur mikro

4. Perbandingan komposisi arang 90 dan kulit telur 10.

5. Sumber karbon yang digunakan yaitu arang batok kelapa dan katalisator yang

digunakan yaitu kulit telur bebek.


5

BAB II

DASAR TEORI dan TINJAUAN PUSTAKA

A. DASAR TEORI

2.1 Pengertian Baja

Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak digunakan dengan

unsur karbon sebagai salah satu dasar campurannya. Di samping itu baja juga

mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan

(Mn) dan sebagainya yang jumlahnya dibatasi. Sifat baja pada umumnya sangat

dipengaruhi oleh persentase karbon dan struktur mikro. Struktur mikro pada baja

karbon dipengaruhi oleh perlakuan panas dan komposisi baja. Karbon dengan

unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang dapat menambah

kekerasan, tahan gores dan tahan suhu baja.

2.2 Baja Karbon

Baja karbon adalah baja yang unsur utama paduannya berupa karbon,

meskipun ada unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si) dan

mangan (Mn) dengan jumlah yang sangat sedikit.

2.3 Jenis Baja Menurut Kadar Karbon

Berdasarkan kadar karbonnya, baja diklasifikasikan menjadi:

1. Baja karbon rendah

Baja kabon rendah (low carbon steel) mengandung karbon dalam

campuran baja karbon kurang dari 0,3%. Baja karbon rendah tidak dapat


6

dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk struktur

martensit. Baja karbon rendah biasanya digunakan untuk bahan bangunan

konstruksi gedung, jembatan, rantai, body mobil.

2. Baja karbon menengah

Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3% - 0,6% (medium carbon

steel) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan

sebagian dengan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon

sedang lebih keras dan kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah. Baja

karbon menengah digunakan untuk komponen mesin, roda kereta api, roda gigi

(gear), poros engkol (crankshaft) serta komponen struktur yang memerlukan

kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh.

3. Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6% - 1,5% dan memiliki

kekerasan tinggi namun keuletannya lebih rendah. Berkebalikan dengan baja

karbon rendah, pengerasan dengan perlakuan panas pada baja karbon tinggi tidak

memberikan hasil yang optimal dikarenakan terlalu banyaknya martensit sehingga

membuat baja menjadi getas. Banyak digunakan untuk baja perkakas, dies

(cetakan), pegas, kawat kekuatan tinggi dan alat potong yang dapat dikeraskan

dan ditemper dengan baik (D N arimin - 2013)

2.4 Struktur Mikro

Struktur mikro adalah gambaran dari kumpulan fasa-fasa yang dapat

diamati melalui teknik metalografi. Struktur mikro suatu logam dapat dilihat

dengan menggunakan mikroskop. Mikroskop yang dapat digunakan yaitu


7

mikoroskop optik dan mikroskop elektron. Sebelum dilihat dengan mikroskop,

permukaan logam harus dibersihkan terlebih dahulu, kemudian reaksikan dengan

reagen kimia untuk mempermudah pengamatan. Proses ini dinamakan etching.

Untuk mengetahui sifat dari suatu logam, kita dapat melihat struktur

mikronya. Setiap logam dengan jenis berbeda memiliki struktur mikro yang

berbeda. Dengan melalui diagram fasa, kita dapat meramalkan struktur mikronya

dan dapat mengetahui fasa yang akan diperoleh pada komposisi dan temperatur

tertentu. Dari struktur mikro kita dapat melihat :

1. Ukuran dan bentuk butir

2. Distribusi fasa yang terdapat dalam material khususnya logam

3. Pengotor yang terdapat dalam material

Dari struktur mikro kita juga dapat memprediksi sifat mekanik dari suatu

material sesuai dengan yang kita inginkan.

2.5 Diagram Fasa

Diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dimana terjadi

perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan

kadar karbon. Gambar 2.1. merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi-

operasi perlakuan panas. Fungsi diagram fasa adalah memudahkan memilih

temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik

proses annnealing, normalizing maupun proses pengerasan. Baja adalah paduan

besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1,7%, paduan besi diatas 1,7%

disebut cast iron. Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro

dan sifat yang diinginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat


8

diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur

tertentu.

Gambar 2. 1.Diagram Fasa

(Sumber: http://zaidezza.blogspot.com/2013/01/diagram-fasa-fe-c.html)

Macam-macam struktur yang ada pada baja:

1. Ferrite (α)

Ferrite adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainya pada besi

kubus pusat badan (Fe). Ferrite terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat

dari austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3. Ferit bersifat sangat lunak,

ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas

yang tinggi. Merupakan fasa yang terbentuk pada temperatur sekitar 300 - 723C.

Pada daerah ini, kelarutan karbon maksimalnya adalah 0,025% pada temperatur

725C, dan turun drastis menjadi 0% pada 0C. Fasa ini biasa terjadi bersamaan


9

dengan cementite, membentuk pearlite pada pendinginan lambat. Fasa ini lunak,

dan memberikan kemampuan bentuk pada logam. Gambar 2.2. menunjukkan

struktur fasa ferrite yang berwarna hitam, dan austenite yang berwarna putih. Hal

ini menunjukkan bahwa, selain lunak, ferrite sendiri cenderung lebih mudah

berkarat dibandingkan austenite.

Gambar 2. 2. Struktur mikro fasa ferrite

(Sumber: http://www.infometrik.com/2011/08/perlakuan-panas-logam-1-diagram-

fasa/)

2. Sementit (Fe3C)

Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai

karbida besi dengan prosentase karbon 6,67%, yang bersifat keras sekitar 5 - 68

HRC. Kelarutan karbon yang tinggi memberikan sifat keras pada fasa ini, dan

berkontribusi bersama dengan ferrite untuk menentukan kekuatan dari suatu

logam. Gambar 2.3. menunjukkan fasa cementite yang didapatkan dari proses

pendinginan lambat baja cor putih.


10

Gambar 2. 3. Struktur mikro fasa cementite


fasa/)

3. Pearlite (α + Fe3C)

Pearlite adalah campuran sementit dan ferrite yang memiliki kekerasan

sekitar 10 - 30 HRC . Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid

memiliki kekerasan yang lebih rendah. Pearlite dianggap sebagai satu fasa sendiri,

karena memberikan kontribusi sifat yang seragam. Seperti dijelaskan di atas, di

dalam satu fasa, biasa terbentuk dalam satu butir. Namun, untuk pearlite berbeda,

karena ada dua fasa dalam satu butir. Karena butir berukuran lebih besar dari

ukuran fasa Ferrite dan Cementite itu sendiri maka Pearlite, atas kesepakatan

bersama para ahli material, digolongkan sebagai satu fasa dalam satu butir.

Pearlite memiliki morfologi mirip seperti lapisan antara Ferrite (hitam) dan

Cementite (putih). Pada gambar 2.4. menunjukan struktur mikro dari pearlite.

Perhatikan juga pembesaran yang ada di sebelah kanan bawah, hal ini

menunjukkan perbedaan gambar ini dengan gambar pada baja cor putih.


11

Gambar 2. 4. Struktur mikro fasa pearlite


fasa/)

4. Martensit

Martensit merupakan stuktur yang memiliki kekerasan yang sangat tinggi.

Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke

temperatur rendah. Martensit adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang

terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit. Pada transformasi

membentuk martensite, hanya terjadi sedikit perubahan posisi atom relatif

terhadap yang lainnya. Butiran martensit berbentuk seperti lidi/jarum atau plat.

Pada struktur martensit masih didapati struktur austenit yang tidak sempat

bertransformasi. Gambar 2.5. merupakan gambar struktur mikro martensite.

Gambar 2. 5. Struktur mikro martensite


12

(Sumber: http://nasukhamesin.blogspot.com/2015/01/membentuk-struktur-

martensitbainit.html)

5. Delta Iron (Delta Ferrite)

Delta Iron merupakan fasa yang terbentuk dan stabil pada temperatur

sekitar 1500C. Pada daerah ini, karbon yang bisa menjadi interstisi didalam besi

maksimal sekitar 0.09%. Fasa delta ini cenderung lunak dan tidak stabil pada suhu

kamar. Struktur kristal yang terbentuk adalah BCC. Gambar 2.6. menunjukkan

gambar struktur mikro delta iron yang di etching menggunakan teknik metalurgi

khusus pada baja stainless steel.

Gambar 2. 6. Struktur mikro delta iron


fasa/)

2.6 Heat Treatment

Perlakuan panas (heat treatment) adalah salah satu proses untuk mengubah

struktur logam dengan jalan memanaskan specimen pada tungku pada temperature

dan periode tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara,

air, air garam, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan

pendinginan yang berbeda-beda.


13

Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik sangat dipengaruhi oleh

struktur mikro logam. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan dengan

kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan

perubahan strukturnya.

Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan atau

pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk

mendapatkan sifat-sifat tertentu.

2.6.1 Quenching

Proses quenching atau pengerasan baja adalah suatu proses pemanasan

logam sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan

kehomogenan ini maka austenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya

secara cepat baja tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung pada

kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan baja.

Pada waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat

berubah menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom

karbon yang telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan

bentuk sementit oleh karena itu terjadi fase martensit, ini berupa fase yang sangat

keras dan bergantung pada keadaan karbon.

Martensit terbentuk dengan laju pendinginan cepat, semua unsur paduan

masih larut dalam keadaan padat. Pemanasan harus dilakukan secara bertahap

(preheating) dan perlahan-lahan untuk memperkecil deformasi ataupun resiko


14

retak. Setelah temperatur pengerasan (austenitizing) tercapai, ditahan dalam

selang waktu tertentu (holding time) kemudian didinginkan dengan cepat.

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan baja bermacam-

macam. Berbagai bahan media pendingin yang digunakan dalam proses

perlakuan panas antar lain:

1. Air

Air adalah senyawa kimia dengan rumus kimia H2O. Artinya satu

molekul air tersusun atas dua atom hydrogen terikat secara kovalen pada satu

atom oksigen. Air memiliki sifat tidak berwarna, tidak terasa dan tidak

berbau.Air memiliki titik beku 0C dan titik didih 100C (Halliday dan

Resnick, 1985). Air memiliki koefisien viskositas sebesar 0,001 pada temperatur

20C (Giancoli, 1998). Pendinginan menggunakan air akan memberikan daya

pendinginan yang cepat dibandingkan dengan oli (minyak) karena air dapat

dengan mudah menyerap panas yang dilewatinya dan panas yang terserap akan

cepat menjadi dingin. Kemampuan panas yang dimiliki air besarnya 10 kali dari

minyak. Sehingga akan dihasilkan kekerasan dan kekuatan yang baik pada baja.

Pendinginan menggunakan air menyababkan tegangan dalam, distorsi dan retak.

2. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas

adalah yang dapat memberikan lapisan karbon pada kulit (permukaan) benda

kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai bahan

pendinginan proses perlakuan panas, dapat juga digunakan minyak bakar atau

oli. Viskositas oli dan bahan dasar oli sangat berpengaruh dalam proses


15

pendinginan sampel. Oli yang mempunyai viskositas lebih rendah memiliki

kemampuan penyerapan panas lebih baik dibandingkan dengan oli yang

mempunyai viskositas lebih tinggi karena penyerapan panas akan lebih lambat.

Untuk olimesin SAE 10 pada temperatur 30C memiliki koefesien viskositas 200

× 10-3

Pa (Giancoli, 1998).

3. Udara

Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan

pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan ke dalam

ruangan pendinginan dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai

pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal-

kristal dan kemungkinan mengikat unsur-unsur lain dari udara. Udara memiliki

titik didih -194C dan nilai koefisien viskositasnya 0,018 × 10-3

Pa (Giancoli,

1998).

4. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendinginan disebabkan memiliki sifat

mendinginkan teratur dan cepat. Bahan yang didinginkan di dalam cairan garam

yang akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras karena pada permukaan

benda kerja tersebut akan mengikat zat arang.

Proses pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :

a. Pendinginan langsung (Direct Quenching)


16

Pendinginan langsung (Direct Quenching) dari media karburasi efek yang

timbul adalah kemungkinan adanya pengelupasan pada benda kerja. Pada

pendinginan langsung ini diperoleh permukaan benda kerja yang getas.

Gambar 2. 7. Grafik pendinginan langsung

(Sumber: https://muhnabil.files.wordpress.com)

Diagram pada gambar 2.7. merupakan pendinginan secara langsung

dimana material yang telah diberikan perlakuan panas atau heat treatment

langsung dimasukan kedalam pendingin dimana media yang digunakan untuk

pendinginannya adalah air.

b. Pendinginan tunggal (Single Quenching)

Gambar 2.8. adalah pendinginan tunggal (Single Quenching) yang

merupakan pendinginan dari benda kerja setelah benda kerja tersebut di karburasi

dan telah didinginkan pada suhu kamar.


17

Gambar 2. 8. Pendinginan Tunggal (Single Quenching)

(Sumber: https://muhnabil.files.wordpress.com)

Tujuan dari metode ini adalah untuk memperbaiki difusisitas dari atom-

atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.

c. Double Quenching

Double Quenching adalah proses pendinginan atau pengerasan pada benda

kerja yang telah dikarburasi dan didinginkan pada temperatur kamar kemudian

dipanaskan lagi diluar kotak karbon pada temperatur kamar lalu dipanaskan

kembali pada temperatur austenit dan baru didinginkan cepat (Gambar 2.9).

Tujuan dari metode ini untuk mendapatkan butir struktur yang lebih halus.


18

Gambar 2. 9. Diagram double quenching

(Sumber: https://muhnabil.wordpress.com/2012/01/17/karburasi-pada-logam-dan-

pendinginan-quenching/

2.6.2 Normalizing

Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase

austenit yang kemudian diinginkan secara perlahan-lahan dalam media pendingin

udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namun hasilnya jauh lebih mulus

dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk melunakkan logam.

Namun pada baja karbon tinggi atau baja paduan tertentu dengan proses ini belum

tentu memperoleh baja yang lunak. Mungkin berupa pengerasan dan ini

tergantung dari kadar karbon.

Proses normalizing bertujuan untuk memperbaiki dan menghilangkan

struktur butiran kasar dan ketidak seragaman struktur dalam baja menjadi

berstrukrur yang normal kembali yang otomatis mengembalikan keuletan baja.

Struktur butiran kasar terbentuk karena waktu pemanasan dengan temperatur

tinggi atau di daerah austenit yang menyebabkan baja berstruktur butiran kasar.


19

Pada proses normalizing ini baja dipanaskan secara pelan-pelan sampai suhu 20 -

30ºC diatas suhu pengerasan, ditahan sebentar lalu didinginkan dengan perlahan

dan berlanjut.

2.7 Carburizing

Penambahan karbon yang disebut carburizing (karburasi) dilakukan

dengan cara memanaskan pada temperature yang cukup tinggi yaitu pada

temperatur austenite dalam lingkungan yang mengandung atom karbon aktif,

sehingga atom karbon aktif tersebut akan berdifusi masuk ke dalam permukaan

baja dan mencapai kedalaman tertentu. Setelah proses difusi, diikuti perlakuan

pendinginan cepat (quenching), sehingga diperoleh permukaan yang lebih keras,

tetapi liat dan tangguh bagian tengahnya. Difusi adalah gerak spontan dari atom

atau molekul di dalam bahan yang cenderung membentuk komposisi yang

seragam. Hukum pertama Fick menyatakan bahwa laju difusi merupakan fungsi

koefisien difusi dan gradient konsentrasi. Gradien konsentrasi adalah jumlah atom

karbon/volume. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi yaitu,

temperatur, komposisi dan waktu (Smallman, Bishop, 2000).

Pendinginan cepat dalam proses carburizing bertujuan untuk memperoleh

permukaan yang lebih keras akibat perubahan struktur mikro pada permukaan

baja yang telah dikarburasi. Dari bermacam-macam struktur mikro, martensit

merupakan yang paling keras dan kuat namun paling getas (Callister,2007).

Metode proses carburizing dibedakan berdasarkan media karburasinya,

yaitu:


20

2.7.1 Pengkarbonan dengan media padat (Pack Carburizing)

Metode ini dianggap cara yang paling praktis. Seperti digambar 2.10.

benda kerja dimasukkan ke dalam kotak yang tahan panas dan di dalamnya diberi

arang yang mengelilingi benda kerja dan ditambahkan barium karbonat atau

sodium karbonat sebagai katalisator lalu ditutup rapat agar carbon tidak keluar.

Lalu dipanaskan sampai di atas suhu kritis dengan waktu tahan sesuai dengan

ketebalan kekerasan yang dikehendaki. Pada metode ini, komponen ditempatkan

dalam kotak berisi media karburasi yang saat pemanasan pada suhu austenisasi

(842-953C) akan mengeluarkan gas CO2 dan CO. Pembentukan karbon

monoksida ditingkatkan oleh energy zer atau katalis, seperti barium karbonat

(BaCO3), kalsium karbonat (CaCO3), kalium karbonat (K2CO3), dan natrium

karbonat (Na2CO3). Kandungan karbon dari setiap jenis arang berbeda-beda.

Semakin tinggi kandungan karbon dalam arang, maka penetrasi karbon ke

permukaan baja akan semakin baik pula (Y. Lakhtin,1975).

Proses pack carburizing Gas CO bereaksi dengan permukaan baja karbon

rendah membentuk atom karbon yang kemudian terdifusi masuk ke dalam baja

mengikuti persamaan: 2CO+Fe →Fe (C)+CO2

Metode ini juga memiliki kelemahan :

a. Terdapat banyak debu arang.

b. Waktu pemanasan tergolong lama sampai ke inti benda kerja karena terlapisi

oleh kotak dan media carbon.

c. Kadang proses pengkarbonan berlangsung tidak merata terutama pada kotak

yang besar.


21

Gambar 2. 10. Skema proses pack carburizing

(Sumber: https://www.google.com/skema+pack+carburizing)

2.7.2 Pengkarbonan dengan media cair (Liquid Carburizing)

Pada proses ini pembawa carbon berasal dari cairan garam yang

dimasukkan kedalam bak panas. Karena pemindahan panas dari cairan ke benda

kerja sangat tinggi maka pemanasan berlangsung sangat cepat. Karburising proses

cair adalah proses pengerasan baja dengan cara mencelupkan baja yang telah

ditempatkan pada keranjang kawat ke dalam campuran garam cianida, kalsium

cianida (KCN), atau natrium cianida (NaCN).

Pada proses karburisasi ini selain terserapnya karbon, nitrogen juga ikut

terserap. Bahwa karburisasi cair hampir sama dengan cyaniding, yang menyerap

nitrogen dan karbon. Bedanya terletak pada tingkat perbandingan banyaknya

karbon dan nitrogen yang terserap. Pada karburisasi cair penyerapan karbon lebih

dominan. Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap ini tergantung pada kadar

cianida dalam salt bath dan temperatur kerjanya. Salt bath untuk karburisasi cair

biasanya mengandung 40 - 50% garam cianida. Temperatur yang digunakan


22

adalah 900C selama 5 menit, kedalaman penetrasi karbon yang dicapai antara 0,1

- 0.25 mm dari permukaan baja.

Kadar karbon yang dikarburisasi akan naik dengan semakin tingginya

temperatur dan makin lamanya waktu karburisasi. Bila kadar karbon dipermukaan

terlalu tinggi maka kekerasan tidak begitu tinggi, karena itu baja yang akan di

quenching langsung setelah pemanasan untuk karburisasi hendaknya dipakai

temperatur yang tidak begitu tinggi.

Sema proses liquid carburizing ditunjukan pada gambar 2.11.

Gambar 2. 11. Skema proses liquid carburizing

(Sumber: https://muhnabil.wordpress.com/page/3/)

2.7.3 Pengkarbonan dengan media gas (Gas Carburizing)

Seperti pada gambar 2.12. proses pengerasan ini dilakukan dengan cara

memanaskan baja dalam dapur dengan atmosfer yang banyak mengandung gas

CO dan gas hidro karbon yang mudah berdifusi pada temperatur karburisasi 900


23

- 950C selama 3 jam. Gas-gas pada temperatur karburisasi itu akan bereaksi

menghasilkan karbon aktif yang nantinya berdifusi ke dalam permukaan baja.

Pada proses ini lapisan hyper-eutectoid yang menghalangi pemasukan

karbon dapat dihilangkan dengan memberikan diffusion period, yaitu dengan

menghentikan pengaliran gas tetapi tetap mempertahankan temperatur pemanasan.

Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih ke dalam dan kadar karbon pada

permukaan akan semakin naik.

Karburising dalam media gas lebih menguntungkan dibanding dengan

karburising jenis lain karena permukaan benda kerja tetap bersih, hasil lebih

banyak dan kandungan karbon pada lapisan permukaan dalam dikontrol lebih

teliti. Menurut Amstead (1979: 153) mengatakan bahwa “proses karburisasi media

gas digunakan untuk memperoleh lapisan tipis antara 0,1 - 0,75 mm”.

Gambar 2. 12. Skema proses gas carburizing

(Sumber: https://slideplayer.com/slide/12253237/)


24

2.8 Difusi

Difusi merupakan kejadian atau peristiwa berpindahnya suatu zat dalam

pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah.

Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan dinamakan gradien konsentrasi.

Difusi akan terus terjadi hingga semua partikel tersebar luas secara merata atau

mencapai keadaan kesetimbangan di mana perpindahan molekul tetap terjadi

walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Contoh yang sederhana adalah

pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun cairan menjadi manis. Difusi

yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk

perpindahan dari sebuah lapisan molekul yang diam dari solid atau fluida.

Proses difusi terjadi ketika adanya pergerakan atau perpindahan partikel

suatu zat baik itu zat padat, cair maupun gas dari suatu tempat yang

berkonsentrasi tinggi ke yang berkonsentrasi rendah.

Mekanisme difusi dapat terjadi dengan dua cara yaitu interstisi dan

substitusi. Pada proses pack carburizing, pembentukan dan pertumbuhan

lapisannya merupakan proses difusi dengan mekanisme kekosongan (vacancy)

dimana prinsip dari mekanisme kekosongan ini adalah jika suatu atom

mengisi kekosongan yang terdapat pada susunan atom-atomnya maka akan

terjadi kekosongan baru pada susunan atom tersebut. Kekosongan baru ini dapat

diisi oleh atom lain yang letaknya berdekatan. Gerakan keseluruhan dari atom-

atom disebut sebagai difusi dengan mekanisme kekosongan.

Atom mampu bergerak di dalam kisi-kisi kristal dari satu atom ke atom

lainnya apabila, (Van Vlack, Lawrence, 2004):


25

1. Memiliki cukup energi aktivasi

2. Memiliki agitasi panas yang cukup dari atom-atom

3. Terdapat kekosongan atau cacat kristal lainnya pada kisi kristalnya

4. Ukuran atom dimana perbedaan atom terlarut dan pelarut kurang dari

15%.

Kekosongan dalam logam atau paduan akan menghasilkan ketidakstabilan

yang mengakibatkan terjadinya pergerakan dari atom-atom untuk mengisi

kekosongan itu dengan mekanisime interstisi dan subtitusi. Selain itu, temperatur

sangat berpengaruh pada proses difusi. Hal ini dikarenakan kenaikan temperatur

akan memperbanyak terjadinya kekosongan dalam logam, (Van Vlack, Lawrence,

2004)

Gambar 2. 13. Proses difusi : (a) secara interstisi, (b) secara substitusi

(Sumber: eprints.uny.ac.id)

Gambar 2.13.(a) menggambarkan energi aktivasi secara skematik. Atom

karbon cukup kecil dan dapat menempati posisi interstisial di antara sejumlah

atom besi. Jika atom karbon ini memiliki cukup energi, atom tersebut dapat


26

pindah dari posisi diantara atom besi ke lokasi interstisial berikutnya apabila

bergetar dalam arah itu (Van Vlack, Lawrence, 2004).

Mekanisme difusi lain yang digambarkan secara skematik pada gambar

2.13.(b) Bila semua atom yang ukurannya sama, atau hampir sama, maka

mekanisme kekosongan menjadi dominan. Kekosongan dapat terjadi sebagai

bagian dari suatu struktur yang cacat (Van Vlack, Lawrence, 2004).

2.9 Katalisator

Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat

reaksi, tanpa terkonsumsi oleh reaksi, namun bukannya tanpa bereaksi. Katalis

bersifat mempengaruhi kecepatan reaksi, tanpa mengalami perubahan secara

kimiawi pada akhir reaksi. Proses yang dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis.

Istilah negative catalyst (inhibitor) merujuk kepada zat yang berperan

menghambat atau memperlambat berlangsungnya reaksi (Stadelman, 2000).

Katalis dapat dibedakan menjadi dua yaitu:

1. Katalis homogen

Katalis homogen merupakan katalis yang mempunyai fasa sama dengan

reaktan dan produk. Penggunaan katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu

mencemari lingkungan dan tidak dapat digunakan kembali. Selain itu katalis

homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala laboratorium ataupun

industri bahan kimia tertentu, sulit dilakukan secara komersil, operasi pada fase


27

cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan sehingga peralatan lebih kompleks

dan diperlukan pemisahan antara produk dan katalis.

2. Katalis heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan

reaktan dan produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak

digunakan pada reaktan berbentuk cair atau gas.

Salah satu sumber katalis yang mudah diperoleh disekitar kita adalah kulit

telur. Kulit telur memiliki kandungan CaCO3 (kalsium karbonat) sebanyak 94%,

MgCO3 (magnesium karbonat) sebanyak 1%, Ca3PO4 (kalsium fosfat) sebanyak

1% dan bahan organik sebanyak 4% (Stadelman, 2000)

2.10 Pengujian Bahan

Pengujian bahan adalah pengujian suatu material untuk mengetahui sifat

mekanik, cacat, dan lain-lain suatu material. Dalam pengujian bahan ini ada 2

macam jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut, yaitu :

1. Destructive Test

Pengujian destructive adalah pengujian yang dilakukan terhadap suatu

material dengan merusak benda uji tersebut. Pengujian ini dilakukan untuk

mengetahui performa pada material yang bersangkutan, salah satunya bila

material tersebut dikenai kerja dari luar dengan besar gaya yang berbeda-beda.

Pengujian ini umumnya jauh lebih mudah untuk dilaksanakan, dari pengujian ini

akan diperoleh sifat mekanik bahan.

2. Non-Deatructive Test


28

Pengujian non-destructive adalah salah satu teknik pengujian material

tanpa merusak benda ujinya. Pengujian bertujuan untuk mendeteksi timbulnya

crack atau flaw pada material. Dari tipe keberadaan crack pada material uji dapat

dibedakan menjadi 2 macam, yaitu inside crack dan surface crack.

Pengujian yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian

kekerasan dan struktur mikro yang merupakan kelompok pengujian destructive

test.

2.11 Uji Kekerasan

Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik (mechanical properties) dari

suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk

material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan dan deformasi

plastis. Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk

menahan beban penetrasi (penekanan).

2.11.1 Uji kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan Rockwell merupakan salah satu pengujian kekerasan

bahan yang banyak digunakan, hal ini dikarenakan pengujian kekerasan Rockwell

yang sederhana, cepat, tidak memerlukan mikroskop untuk mengukur jejak, dan

relatif tidak merusak. Skema gambar mesin Rockwell dilihat pada gambar 2.15.

Pengujian kekerasan Rockwell dilaksanakan dengan cara menekan

permukaan spesimen (benda uji) dengan suatu indentor. Seperti pada gambar

2.14. penekanan indentor ke dalam benda uji dilakukan dengan menerapkan beban

pendahuluan (beban minor), kemudian ditambah dengan beban utama (beban


29

mayor), lalu beban utama dilepaskan sedangkan beban minor masih

dipertahankan.

Gambar 2. 14. Proses pengujian kekerasan Rockwell

(Sumber: pusat-lingkaran.blogspot.com)

Besarnya beban minor ini adalah 10 kgf sedangkan besarnya beban utama

biasanya adalah 50 kgf, 90 kgf, atau 140 kgf. Penerapan beban minor

dimaksudkan untuk membantu mendudukan indentor di dalam benda uji

(spesimen) dan menghilangkan pengaruh dari penyimpangan permukaan sehingga

menciptakan permukaan spesimen yang siap untuk menerima beban utama.

Dengan demikian permukaan benda uji tidak perlu dibuat dengan sehalus dan

selicin mungkin.


30

Gambar 2. 15. Mesin Rockwell manual


1. Indentor

Ada dua jenis indentor yang digunakan pada pengujian kekerasan

Rockwell, yaitu intan berbentuk kerucut yang memiliki sudut puncak 120° di

mana bagian ujungnya sedikit dibulatkan dengan jari-jari 0,2 mm dan indentor

bola yang terbuat dari baja yang dikeraskan atau dari tungsten karbida yang

memiliki diameter 1/16", 1/8", 1/4", dan diameter 1/2". Indentor kerucut intan

sering disebut juga sebagai 'Brale'. Jenis indentor dapat di lihat pada gambar 2.16

Gambar 2. 16. Indentor intan dan Indentor bola



31

Indentor kerucut intan pada umumnya digunakan untuk menguji material-

material yang keras. Sementara indentor bola baja sering digunakan untuk

menguji kekerasan material-material yang lebih lunak

2. Skala kekerasan Rockwell

Pada pengujian kekerasan material dengan metode Rockwell dikenal ada

beberapa skala, misalnya skala B yang biasanya diaplikasikan pada material yang

lunak, seperti paduan-paduan tembaga, paduan aluminium dan baja lunak, dengan

menggunakan indentor bola baja berdiameter 1/16" dan beban total sebesar 100

kgf.

Sedangkan skala C diaplikasikan untuk material-material yang lebih keras,

seperti besi tuang, dan banyak paduan-paduan baja yang memakai kerucut intan

sebagai indentornya dengan beban total sampai 150 kgf. Selain skala B dan skala

C yang sering disebut sebagai skala umum, ada beberapa skala lainnya seperti

skala A, D, E, F, G dan lain-lain.

Tabel di bawah ini memperlihatkan berbagai skala pada pengujian kekerasan

Rockwell.


32

Tabel 2. 1 Skala pada pengujian kekerasan Rockwell



33

Tabel 2. 2. Aplikasi khas kekerasan Rockwell


Tabel 2. 3. Rentang skala kekerasan Rockwell yang dianjurkan



34

Berbeda dengan pengujian kekerasan Brinell dan Vickers yang mengukur

luas dari jejak, pada pengujian kekerasan Rockwell yang diukur adalah kedalaman

jejak hasil penetrasi indentor. Dalam hal ini, seberapa jauh indentor bergerak

turun secara vertikal ketika melakukan penetrasi.( Gambar 2.17)

Skala pada jam ukur (dial gage) mesin Rockwell terdiri dari 100

pembagian, masing-masing pembagian sama dengan kedalaman penetrasi sejauh

0,002 mm.

Pada pengujian kekerasan bahan dengan metode Rockwell, kedalaman

penetrasi permanen yang dihasilkan dari penerapan dan pelepasan beban utama

dipakai untuk menentukan angka kekerasan Rockwell, sebagai berikut,

HR = E - e

dimana,

E = konstanta dengan nilai 100 untuk indentor intan dan 130 untuk

indentor bola.

e = kedalaman penetrasi permanen karena beban utama (F1) diukur

dengan satuan 0,002 mm. Jadi, e = h/0,002.

Misalnya pada pengujian digunakan indentor intan dengan kedalaman penetrasi

(h) = 0,082 mm, maka angka kekerasan Rockwell adalah :

HR = 100 - (0,082 : 0,002)

= 100 - 41 = 59 HR

Untuk kedalaman penetrasi yang sama jika digunakan indentor bola menjadi,

HR = 130 - (0,082 : 0,002)

= 130 - 41 = 89 HR


35

Di dalam prakteknya angka kekerasan Rockwell dapat dibaca langsung pada jam

ukur (dial gage), atau ditampilkan pada layar jika menggunakan mesin pengujian

kekerasan Rockwell digital.

Gambar 2. 17. Pengujian kekerasan Rockwell memakai indentor intan dan

indentor bola


Keterangan :

F0 = beban pendahuluan (beban minor)

F1 = beban utama (beban mayor)

a = kedalaman penetrasi oleh beban minor

b = kedalaman penetrasi oleh beban total (F0 + F1)

e = kedalaman penetrasi setelah beban utama dilepaskan


36

Cara penulisan nilai kekerasan Rockwell adalah dengan menulis angka

kekerasannya lalu diikuti dengan huruf HR yang artinya kekerasan Rockwell

(Hardness Rockwell) dan pembubuhan nama skala yang digunakan dalam

pengujian, seperti HRA untuk penggunaan skala A, HRB untuk penggunaan skala

B dan seterusnya. Sebagai contoh, 32 HRC artinya '32' merupakan angka

kekerasan Rockwell dan 'HRC' artinya pengujian dilaksanakan pada skala C dari

pengujian kekerasan Rockwell. Semakin tinggi angka pada setiap skala berarti

semakin keras material yang diuji.

Standar pengujian kekerasan Rockwell

Ada beberapa standar untuk pengujian kekerasan Rockwell, seperti :

- ASTM E 18 - 2000, Standar Metode pengujian kekerasan Rockwell reguler dan

Rockwell superficial untuk bahan metalik.

- ASTM E 110 - 82, Standar metode pengujian kekerasan indentasi bahan-bahan

metalik dengan mesin uji kekerasan portable.

- ASTM E 140 - 97, Standar tabel konversi kekerasan logam

- ISO 6508 - 1, Bahan-bahan metalik - Pengujian kekerasan Rockwell (skala A, B,

C, D, F, G, H, K, N, T) : Metode pengujian


C, D, E, F, G, H, K, N, T) : Verifikasi mesin-mesin uji


C, D, E, F, G, H, K, N, T) : Kalibrasi balok-balok referensi


37

Rockwell superficial

Pengujian kekerasan Rockwell dapat dibedakan menjadi dua, yaitu

pengujian kekerasan Rockwell reguler (standar) dan pengujian kekerasan

Rockwell superficial. Mesin pengujian kekerasan Rockwell superficial beroperasi

dengan cara yang sama dengan mesin pengujian kekerasan Rockwell reguler.

Demikian juga indentor yang digunakan pada Rocwell superficial sama seperti

indentor pada Rockwell reguler.

Rockwell superficial pada umumnya digunakan untuk menguji bahan-

bahan yang tipis, permukaan atau benda dengan pengerasan kulit (case

hardening), komponen-komponen yang kecil atau benda-benda yang tidak bisa

diuji dengan pengujian Rockwell reguler.

Pengujian kekerasan Rockwell superficial menggunakan beban

pendahuluan (beban minor) yang lebih kecil, yaitu hanya 3 kgf dan beban total

yang juga lebih kecil daripada Rockwell reguler, yaitu 15 kgf, 30 kgf, atau 45 kgf.

Cara penulisan nilai kekerasan Rockwell superficial adalah dengan

menulis angka yang diikuti dengan huruf 'T' atau huruf 'N'. Sebagai contoh, 22

HR 15T, dalam contoh ini '22' merupakan angka kekerasan material uji, huruf

'HR' artinya kekerasan Rockwell, '15' artinya beban uji yang digunakan adalah 15

kgf, dan huruf 'T' berarti indentor yang dipakai pada Rockwell superficial adalah

indentor bola dengan diameter 1/16".

Apabila digunakan kerucut intan sebagai indentornya, maka dipakai huruf

'N' sebagai pengganti huruf 'T'.


38

Seperti yang telah diterangkan di atas, pada skala T dipakai indentor bola

berdiameter 1/16". Untuk indentor bola, selain skala T, ada juga skala W untuk

indentor bola berdiameter 1/8", skala X untuk indentor bola berdiameter 1/4", dan

skala Y untuk indentor bola berdiameter 1/2".

Tabel 2.4 memperlihatkan skala-skala pada Rockwell superficial, dengan

jenis indentor yang dipakai, beban minor dan beban total yang diterapkan dan

aplikasi khas dari skala-skala tersebut.

Tabel 2. 4. Skala pada Rockwell superficial dan pemakaiannya



39

Kelebihan dan kekurangan pengujian kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan Rockwell mempunyai beberapa kelebihan dan

kekurangan sebagai berikut :

Kelebihan :

1. Nilai kekerasan benda uji dapat dibaca langsung pada jam ukur (dial gage).

2. Proses pengujian dilaksanakan dengan cepat.

3. Tidak memerlukan mikroskop untuk mengukur jejak (lekukan).

4. Pengujian yang relatif tidak merusak.

5. Sangat cocok untuk menguji produk-produk dalam jumlah banyak.

Kekurangan :

1. Tingkat ketelitian tidak selalu akurat

2. Lokasi pengujian pada spesimen harus bebas pencemaran (minyak, kerak,

zat-zat asing dan lain-lain).

3. Tidak stabil jika mesin uji terkena goncangan.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Bambang Kuswanto (2010), melakukan penelitian “PE LAKUAN PACK

CARBURIZING PADA BAJA KARBON RENDAH SEBAGAI MATERIAL

ALTERNATIF PISAU POTONG PADA PENERAPAN TEKNOLOGI TEPAT

GUNA” , kebutuhan komponen mesin yang berupa pisau potong dapat di jumpai

pada mesin-mesin yang berfungsi sebagai alat potong. Mesin-mesin ini umumnya

merupakan penerapan teknologi tepat yang digunakan sebagai material dasar (raw


40

materials) yang mampu dikeraskan dan membuat harganya lebih mahal. Maka

dari itu, diperlukan alternative material yang dapat digunakan sebagai pengganti

agar harganya lebih murah. Penelitian ini memerlukan penambahan karbon pada

baja karbon rendah melalui proses pack carburizing. Prosesnya dipanaskan

menggunakan temperature 900C dengan watu penahanan dua jam,dari percobaan

ini disimpilkan bahwa telah terjadi difusi atom karbon (C) ke dalam struktur baja.

Hal ini ditunjukan dengan adanya peningkatan nilai kekerasan permukaan

material dan dapat dilihat dengan perbandingan gambar struktur mikro. Dari hasil

yang diperoleh maka material baja karbon rendah dapat digunakan sebagai

alternative penggantimaterial pisau potong yang lebih terjangkau dengan terlebih

dahulu dikenai perlakuan panas yaitu pack carburizing

Pradana, Ponang Adi (2018), melakukan penelitian “PENINGKATAN

KEKERASAN SPROCKET IMITASI MELALUI PROSES KARBURISASI

CAIR PADA SUHU 900C”, proses karburisasi cair dilakukan pada dua jenis

sprocket imitasi untuk kemudian dibandingkan dengan karakteristik sprocket

original. Variabel dalam penelitian ini adalah waktu penahanan, 15 menit, 30

menit dan 45 menit dengan suhu dalam tungku 900C kemudian didinginkan

secara cepat dengan menggunakan media oli. Hasil sprocket yang telah

dikarburisasi selanjutnya dilakukan pengujian kekerasan dan observasi struktur

mikro. Hasil pengujian untuk sprocket imitasi hitam menunjukkan bahwa pada

waktu penahanan 15 menit nilaikekerasan setara dengan nilai kekerasan sprocket

original yakni 105,65 HRB, sedangkan sprocket imitasi putih dapat setara pada

waktu penahanan 45 menit. Hasil peningkatan kekerasan pada kedua jenis


41

sprocket membuktikan bahwa proses karburisasi cair menggunakan Potassium

Hexacyanoferrate sebagai sumber karbon benar-benar bekerja.

Shah, Basyirul (2004), “THE EFFECT OF HOLDING TIME ON

CARBURIZING PROCESS OF LOW CARBON STEEL FATIQUE”, proses

karburising ini menggunakan bubuk arang bathok kelapa (70%), NaCO3 (25%)

dan CaCO3 (5%). Lama penahanan proses karburising menggunakan variasi 1, 3

dan 4 jam. Pengujian kelelahan dilakukan dengan menggunakan mesin rotari

bending. Penelitian ini menunjuan bahwa kekuatan lelah dan kekerasan akan

meningkat sejalan dengan peningkatan lama penahanan proses karburising.

Pendifusian karbn juga akan meningkat bersamaan dengan peningkatan lama

penahanan proses karburising.

Martino, Alexander Dhino (2005), “THE EFFECT OF CARBURIZING

ON MEDIUM CARBON STEEL”, proses pack carburizing yaitu benda

dimasukkan ke dalam sebuah tabung yang tahan panas dan berisi media

pengarbonan padat, baja karbon medium dibungkus lapisan media pengkarbon.

Setelah itu pack carburizing yang sudah siap dimasukkan ke dalam oven pada

suhu 900C dengan variasi waktu 1 jam, 3 jam dan 5 jam. Hasil karburisasi dan

specimen mula-mula dilakukan pengujian kekerasan, analisis struktur mikro dan

pengujian tarik. Hasil pengujian menunjukkan terjadinya peningkatan kekerasan,

kekuatan tarik dan penurunan regangan pada specimen yang dikarburisasi jika

dibandingkan dengan specimen mula-mula. Peningkatan tersebut terjadi karena

karbon yang berdifusi semakin banyak pada setiap peningkatan waktu penahanan

karburisasi


42

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

1.1 Bagan Alur Penelitian

Skema penelitian dalam tugas ahkir ini di tunjukan pada gambar 3.1

Gambar 3. 1 Bagan Alur Penelitian

Uji komposisi spesimen

Perlakuan normalizing

Spesimen Tanpa Carburizing

Pack Carburizing pada

temperatur 800C

1.Waktu penahanan 4 jam



1.Pengujian Kekerasan

2.Pengamatan Struktur Mikro

Hasil Pengujian

Analisa Data dan Pembahasan

Kesimpulan

Pendinginan Cepat

(Quenching)


43

1.2 Persiapan Peralatan dan Bahan

1.2.1 Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Wadah Carburizing

Sebagai wadah untuk proses karburisasi, di dalam wadah diisi dengan

media karburisasi padat, katalisator dan spesimen.

Gambar 3. 2. Wadah karburisasi padat

2. Oven Listrik

Berfungsi untuk menaikkan temperatur sehingga proses karburisasi dapat

dilakukan. Oven akan dipanaskan sampai 800C.

Gambar 3. 3. Oven pemanas


44

3. Alat Uji Kekerasan Rockwell

Digunakan untuk mengukur kekerasan spesimen, baik specimen awal

maupun spesimen yang sudah dilakukan karburisasi.

Gambar 3. 4. Alat uji kekerasan Rockwell

4. Mikroskop

Digunakan untuk mengamati perubahan struktur mikro dari spesimen dan

kedalaman penitrasi karbon dari spesimen yang telah dikarburasi.


45

Gambar 3. 5. Mikroskop Metallurgy

5. Ayakan Tepung

Digunakan untuk memilah arang batok kelapa dan cangkang kulit telur

agar ukuran butirannya relative sama dengan ukuran mesh 30.

Gambar 3. 6. Ayakan Tepung

1.2.2 Bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut:


46

1. Spesimen

Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja strip plat, yang

termasuk dalam baja karbon rendah, karena memiliki kandungan karbon kurang

dari 0,3%. Jumlah spesimen yang akan digunakan adalah sebagai berikut:

a. 1 buah spesimen tanpa perlakuan karburasi

b. 3 buah spesimen pada holding time 4 jam

c. 3 buah spesimen pada holding time 6 jam

d. 3 buah spesimen pada holding time 8 jam

Dimensi setiap spesimen disesuaikan dengan setiap pengujian yang akan

dilakukan pada masing-masing spesimen.

Gambar 3. 7. Strip Plat Baja

2. Sumber karbon padat (arang batok kelapa)

Sumber karbon yang digunakan dalam penelitian ini adalah sumber karbon

padat, yaitu arang batok kelapa. Sebelum digunakan arang batok kelapa yang

berbentuk bongkahan harus ditumbuk dan diayak menggunakan ayakan tepung

sehingga ukuran butirannya menjadi relative sama dan kecil. Dengan bentuk

butiran tersebut maka difusi karbon akan berjalan dengan lebih baik. Jumlah yang


47

digunakan adalah 10 kg, untuk mengatasi penyusutan berat arang setelah

dilakukan penumbukan dan pengayakan.

Gambar 3. 8. Arang batok kelapa

3. Katalisator (cangkang telur bebek)

Katalisator yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang telur

bebek, cangkang telur sebelumnya ditumbuk dan diayak menggunakan ayakan

tepung sehingga ukurannya butirannya relative sama dan lebih mudah untuk

bercampur dengan arang batok kelapa.


48

Gambar 3. 9. Kulit Telur Bebek

4. Komposisi sumber karbon dan katalisator

Perbandingan komposisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah 10%

katalisator dan 90% sumber karbon.

1.3 Proses Karburisasi Padat (Pack Carburizing)

Sebelum melakukan proses karburisasi padat langkah pertama adalah

mengatur komposisi media yaitu komposisi antara arang batok kelapa dan

cangkang telur. Perbandingan komposisi yang digunakan dalam penelitian ini

adalah 10% katalisator dan 90% sumber karbon padat. Pengukuran komposisi

menggunakan komposisi berat, yaitu 1 kg cangkang telur dan 9 kg arang batok

kelapa. Langkah selanjutnya adalah mencampurkan katalisator dan sumber karbon

padat tersebut.

Bahan-bahan tersebut kemudian dimasukkan kedalam wadah karburisasi,

bersaman dengan spesimen yang sudah dipersiapkan, lalu tutup dengan rapat

bagian atas wadah karburisasi.

Masukkan wadah karburisasi ke dalam oven, kemudian nyalakan oven dan

tunggu sampai temperatur mencapai 800C. Setelah temperatur tercapai barulah


49

kita mulai utuk menghitung holding time, penelitian ini menggunakan 3 variasi

holding time, yaitu 4 jam, 6 jam dan 8 jam. Variasi holding time bertujuan untuk

melihat hubungan antara holding time dan kekerasan permukaan yang dihasilkan

setelah dilakukan proses karburisasi padat.

1.4 Pengujian Spesimen

Ada 2 pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, yaitu pengujian

kekerasan Rockwell dan pengamatan struktur mikro. Setiap data yang didapatkan

dari masing-masing pengujian kemudian akan dibandingkan, sehingga akan

diketahui seberapa besar perubahan yang terjadi dari spesimen yang telah melalui

proses karburisasi padat.

1.4.1 Pengamatan Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro bertujuan utuk mengamati perubahan struktur

mikro setelah dilakukan proses karburisasi padat. Pada pengamatan ini, specimen

dipotong tegak lurus dengan batang poros. Setelah pemotongan, bidang specimen

yang akan diamati dihaluskan menggunakan amplas. Pengamplasan ini dilakukan

secara bertahap, yaitu dengan amplas mesh 800 untuk kemudian dilanjutkan

dengan amplas dengan mesh 1000 dan amplas dengan mesh 1500. Setelah proses

pengamplasan selesai, specimen kemudian dipoles dengan menggunakan larutan

nital 2% - 5% (Nitrit Acid 2% dan alcohol 99%) selama kurang lebih 10 detik.

Setelah pemolesan selesai, struktur mikro dari specimen siap untuk diamati.


50

1.4.2 Pengujian kekerasan Rockwell

Dalam penelitian ini pengujian kekerasan menggunakan metode Rockwell,

dikarenakan metode ini nilai kekerasan benda uji dapat dibaca langsung pada jam

ukur, tidak memerlukan mikroskop untuk mengukur jejak (lekukan). Pada

penelitian ini menggunakan skala B Rockwell yang biasanya digunakan untuk

mengukur kekerasan baja lunak. Indentor yang digunakan yaitu bola baja dengan

diameter 1/16 inchi. Pembebanan yang digunakan adalah 10 kgf untuk beban

minor dan 90 kgf untuk beban mayor sehingga beban totalnya 100 kgf.

1.5 Analisa Data

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui peningkatan kekerasan

specimen setelah dilakukannya proses karburisasi padat. Analisa data dilakukan

dengan membandingkan hasil pengujian yang telah dilakukan. Perbandingan

dilakukan dengan data yang telah diambil dari masing-masing specimen, yaitu

perbandingan antara specimen yang tidak melalui proses karburasi padat dan

specimen dengan proses karburasi padat dengan masing-masing variasinya.


51

BAB IV

HASIL PENELITIAN dan PEMBAHASAN

Data yang diambil dalam penelitian ini meliputi data pengamatan stuktur

mikro dan data pengujian kekerasan. Pengamatan struktur micro untuk mengamati

perbedaan bentuk srtuktur spesimen, dan pengujian kekerasan di gunakan untuk

mengetahui pertambahn kekerasan spesimen. Proses karburisasi padat dilakukan

pada temperatur 800C dan dengan holding time 4 jam, 6 jam, dan 8jam.

Selanjutnya, akan dilakukan perbandingan data spesimen sebelum dan sesudah

dilaukan proses pack carburizing untuk kemudian menganalisa keterkaitan antar

data yang telah diperoleh.

4.1 Pengamatan Struktur Mikro Pada Permukaan

Tujuan pengamatan struktur mikro dilakukan untuk melihat jenis strukur

yang terbentuk pada benda kerja dan perubahanya sebelum dan setelah mengalami

proses pack carburizing. Dimana holding time yang di gunakan pada penelitian ini

adalah 4 jam, 6jam, dan 8 jam.

Untuk mencari berapa kali perbesaran dari lensa mikroskop yang

digunakan, dibutuhkan kawat yang digunakan untuk kalibrasi. Diameter aktual

dari kawat yang digunakan adalah 0,18 mm yang diamati menggunakan

mikroskop dengan lensa objektif M15. Perhitungan nilai perbesaran dari lensa

yang di gunakan adalah sebagai berikut:

Diameter kawat aktual = 0,18


52

Diameter terukur = 38,55

Nilai perbesaran = 38,55 / 0,18

=214,7 kali

Pengamatan dilakukan pada setiap jenis benda kerja untuk melihat

perubahan struktur yang terbentuk akibat proses karburisasi. Berikut ini

merupakan hasil pengamatan struktur mikro awal dari benda kerja yang

ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4. 1 Struktur Mikro Pada Permukaan Spesimen Sebelum Karburisasi

Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa spesimen sebelum

karburasi hanya terdiri dari ferrit dan perlit, dapat dilihat pada Gambar 4.1. ferit

memberikan sifat yang liat sedangkan perlit memberikan sifat yang getas dan

keras. Hal tersebut diperkuat dengan hasil pengujian kekerasan yang rendah,

ditunjukkan pada Tabel 4.1. Perlit ditunjukan oleh butiran yang berwarna hitam.


53

Pengamatan stuktur mikro spesimen setelah proses karburisasi padat

ditnjukkan pada Gambar 4.2 hingga Gambar 4.4. Pengamatan struktur micro

diakukan pada masing-masing spesimen untuk setiap variasi waktu penahanan,

yakni 4 jam, 6 jam, dan 8 jam, dengan suhu 800C.


Selama 4 Jam dan quencing


Selama 6 Jam dan quencing


54


Selama 8 Jamdan quenching

Pada spesimen yang dikarburisasi selama 4 jam terlihat sruktur yang

terbentuk adalah, perlit yang berwarna hitam, dan martensit yang berwarna cerah

kusam. Dari foto tersebut sudah terlihat perubahan struktur yang terjadi. Jumlah

perlit semakin bertambah dan martensit sudah mulai terlihat. Maka nilai

kekerasanya pun semakin meningkat (dapat dilihat pada Tabel 4.2)

Spesimen yang di karburisasi selama 6 jam, dan 8 jam menunjukkan

struktur mikro yang di dominasi oleh srtuktur mikro martensit, sedangkan struktur

perlit lebih sedikit hal ini menyebabkan spesimen memiliki nilai kekerasan yang

lebih tinggi (dapat dilihat pada Tabel 4.3,dan Tabel 4.4)

4.2 Pengamatan Struktur Mikro pada Lapisan Spesimen

Tujuan dilakukanya pengamatan lapisan spesimen adalah, untuk melihat

perubahan struktur mikro dari kulit/tepi menuju ke inti secara disfusi, kemudian

melihat perbedaan lapisan spesimen pada setiap holding time yang digunakan


55

dalam proses karburisasi. Holding time yang digunakan pada penelitian ini yaitu 4

jam, 6jam, 8jam.

Pengamatan dilakukan pada setiap jenis benda kerja untuk melihat

perubahan struktur yang terbentuk akibat proses karburisasi. Berikut ini

merupakan hasil pengamatan struktur mikro dengan variasi holding time 4 jam, 6

jam, dan 8 jam yang ditunjukkan pada Gambar 4.5. sampai Gambar 4.7


dan quencing


dan quencing


56


dan quenching

Dari hasil pengamatan struktur mikro lapisan spesimen didapat adanya

perubahan struktur dari setiap periode holding time. Hal tersebut di sebabkan

karena kadar karbon pada setiap jenis spesimen tidak sama, jumlah martensit yang

terbentuk menunjukan jumlah karbon yang terkandung di dalamya, setelah

mengalami proses Quencing tidak ada daerah terkaburasi karena daerah

terkarburasi tersebut menjadi martensit dengan butiran yang tumbuh akan menjadi

halus dan sempurna, maka dari itu semakin banyak kandungan karbon didalam

spesimen semakin banyak juga struktur martensit yang terbntuk.

Pengamatan struktur micro terhadap spesimen yang dikarburisasi selama 4

jam dan 6 jam pada permukaan/kulit spesimen sudah mulai terlihat struktur

martensit, hal tersebut dikarenakan spesimen dipanaskan di dalam oven hingga

mencapai suhu austenit (800C) kemudian didinginkan secara cepat hingga

mencapai suhu ruangan seingga terbentuklah martensit. Selain disebabkan karena


57

pendinginan cepat martensit hanya akan terbentuk apabila kandungan karbon yang

terdapat di dalam spesimen lebih dari 0,2%.

Sedangkan pengamatan spesimen yang dikarburisasi selama 8 jam

menunjukkan bahwa struktur martensit yang terlihat dikelilingi oleh garis-garis

hitam yang tampak seperti batas butir. Garis-garis tersebut merupkan reatained

austenit (austenit sisa) yang terbentuk akibat kandungan karbon yang tinggi.

Struktur martensit yang di kelilingi austenit sisa merupakan jenis plate martensit

(martensit plat). Plate martensit akan terbentuk apabila material memiliki

kandungan karbon lebih dari 1,08%.

Nilai perbesaran digunakan untuk membantu pengukuran ktetebalan struktur

martensit yang terbentuk. Contoh perhitungan untuk mengukur kedalaman

penetrasi karbon dengan holding time 4 jam adalah sebagai berikut:

Nilai perbesaran lensa M15 = 214,7 kali

Kedalaman terukur = 15,9 mm

Kedalaman aktual = 9,3 / 214,7

= 0,074 mm

= 0,74 m

Tabel 4. 1 Data Hasil pengukuran penetrasi karbon

Waktu Tahan Hasil Pengukuran Ukuran Aktual mm Ukuran Aktual m

Karburisasi 4 Jam 15,9 0,074 0,74

Karburisasi 6 Jam 18,5 0,086 0,86

Karburisasi 8 Jam 24,9 0,116 116


58

Hasil pengukuran dari Tabel 4.1 menunjukan bahwa semakin lama waku

penahanan semakin tebal struktur martensit yang terbentuk, karburasi dengan

holding time 4 jam menjunjukan ketebalan dengan ukuran aktual 0,74 m,

karburasi dengan holding time 6 jam menunjukan ketebalan dengan ukuran aktual

0,86 m, karburasi dengan holding time 8 jam menunjukkan ketebalan dengan

ukuran aktual 116 m. Dari Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa semakin lama

holding time maka ketebalan struktur akan semakin meningkat.

4.3 Hasil Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Rockwell. Skala yang

digunakan adalah skala kekerasan Rockwell hardness C, indentor yang digunakan

adalah intan berbentuk kerucut yang memiliki sudut puncak 120. Beban

penekanan total adalah 150 kgf, pengujian dilakukan menggunakan 5 titik uji pada

masing-masing spesimen yang diambil secara acak.

Dalam penelitian ini terdapat tiga spesimen dengan variasi holding time

yaitu 4 jam, 6 jam, dan 8 jam dengan temperatur karburisasi 800C, yang

kemudian akan di bandingkan dengan spesimen tanpa karburisasi.

Berikut ini data pengujian kekerasan spesimen pada kondisi awal sebelum

dikenai proses karburisasi.


59

Tabel 4. 2. Data pengujian Kekerasan spesimen tanpa karburisasi

Perlakuan

Material

Nomor

Spesimen

Titik

Uji

Kekerasan

(HRC)

Kekerasan

Rata-Rata

(HRC)

Tanpa

Karburisasi

1

A 4,02

5,854

B 6,30

C 6,92

D 7,13

E 4,90

2

A 6,15

6,996

B 7,65

C 7,75

D 6,40

E 7,03

3

A 4,02

6,652

B 5,11

C 7,34

D 8,16

E 8,63

Rata-Rata 6,501

Dari Tabel 4.1 di Atas dapat dilihat bahwa nilai kekerasan dari baja

sebelum proses karburasi tergolong rendah dengan rata-rata kekerasan 5,85 HRC

untuk spesimen pertama, 6,99 HRC untuk spesimen edua dan 6,65 HRC untuk

spesimen yang ketiga. Hal ini dikarenakan kandungan karbon pada baja tersebut

adalah 0,049%. Dimana kandungan karbon sangat berpengaruh terhadap nilai

kekerasan baja. Rata-rata nilai kekerasan dari ketiga spesimen tersebut adalah

6,50 HRC.


60


quencinng

Perlakuan

Material

Nomor

Spesimen

Titik

Uji

Kekerasan

(HRC)

Kekerasan

Rata-Rata

(HRC)

Karburisasi 4

jam

1

A 11,68

17,480

B 20,64

C 18,62

D 18,67

E 17,79

2

A 13,50

14,24

B 18,41

C 11,84

D 15,25

E 12,20

3

A 15,77

19,82

B 21,10

C 16,96

D 22,55

E 22,71

Rata-Rata 17,179

Kekerasan baja setelah dilakukan proses karburasi dengan holding time 4

jam mengalami peningkatan (tabel 4.2). dari tiga spesimen yang telah diuji

spesimen pertama memiliki kekerasan rata-rata 17,48 HRC, spesimen kedua 14,24

HRC dan spesimen ketiga memiliki nilai kekerasan rata-rata 19,82 HRC. Rata-

rata nilai kekerasan dari ketiga spesimen pada holding time 3 jam adalah 17,17

HRC. Persentase kenaikan kekerasanya adalah 62,15%, dari kekerasan rata-rata

6,50 HRC (Tabel 4.1) menjadi 17,179 HRC (Tabel 4.2).


61


quencing

Perlakuan

Material

Nomor

Spesimen

Titik

Uji

Kekerasan

(HRC)

Kekerasan Rata-Rata

(HRC)

Karburisasi 6

jam

1

A 25,66

23,372

B 21,21

C 26,95

D 25,40

E 17,64

2

A 18,46

22,61

B 19,96

C 21,05

D 27,05

E 26,54

3

A 22,14

24,16

B 20,38

C 26,54

D 26,43

E 25,30

Rata-Rata

23,38

Nilai kekerasan baja setelah dilakukan karburasi dengan holding time 6

jam mengalami kenaikan dibandingkan dengan nilai kekerasan baja rata-rata

sebelum dilakukan proses karburasi (Tabel 4.1) dan setelah dikarburasi dengan

holding time 4 jam (Tabel 4.2). Dimaana spesimen pertama memiliki kekerasan

rata-rata 23,372 HRC, spesimen kedua 22, 61 HRC, dan spesimen ketiga 24,16

HRC (Tabel 4.3). Sehingga rata-rata kekerasan pada karburisasi dengan holding

time 6 jam adalah 23,38 HRC. Presentase kenaikan karburisasi pada holding time

5 jam adalah 72,19% dari nilai kekerasan spesimen tanpa proses karburisasi yaitu

6,501 HRC.


62


quencing

Perlakuan

Material

Nomor

Spesimen

Titik

Uji

Kekerasan

(HRC)

Kekerasan Rata-Rata

(HRC)

Karburisasi 8

jam

1

A 20,90

24,51

B 22,81

C 27,16

D 23,17

E 28,50

2

A 23,43

22,82

B 26,69

C 19,87

D 27,00

E 17,12

3

A 27,47

22,85

B 23,33

C 20,79

D 18,62

E 24,05

Rata-Rata 23,39

Nilai kekerasan krburisasi dengan holding time 8 jam mengalami kenaikan

yang hampir sama dengan karburisasi dengan holding time 6 jam. Nilai kekerasan

rata-rata pada spesimen pertama 24,51 HRC, spesimen kedua 22,82 HRC, dan

spesimen ketiga 22,85 HRC. Rata-rata Nilai kekersan spesimen pada holding time

8 jam adalah 23,39 HRC (Tabel 4.4), dengan presentase kenaikan nilai kekerasan

72,206% dibandingan dengan nilai kekerasan spesimen tanpa karburisasi yaitu

6,501 HRC (Tabel 4.1).


63

Gambar 4. 8. Grafik uji kekerasan Rockwell (HRC)

Gambar 4.8 menunjukkan perbandingan kekerasan spesimen mula-mula

sebelum mengalami perlakuan panas dan spesimen yang sudah mengalami

perlakuan panas dengan holding time 4 jam, 6jam, dan 8 jam dengan suhu 800C.

Dari data yang diperoleh, spesimen karburisasi 4 jam, 6 jam dan 8 jam

mengalami kenaikan kekerasan dibandingan dengan spesimen tanpa karburisasi,

hal tersebut dikarenakan benda yang mengalami proses karburisasi dipanaskan

dengan suhu austenit kemudian di dinginkan dengan cepat sehingga membentuk

struktur martensit. Akan tetapi, spesimen dengan karburisasi 6 jam dan 8 jam

memiliki angka kekerasan yang hampir sama, hal tersebut dikarenakan difusi

atom karbon telah mencapai kesetimbangan, sehingga jumlah karbon yang

terdapat pada spesimen holding time 6 jam dan 8 jam memiliki angka kekerasan

0

5

10

15

20

25

TanpaKarburisasi

Karburisasi 4Jam

Karburisasi 6Jam

Karburisasi 8Jam

6,50

17,17

23,38 23,39

KEK

ERA

SAN

RO

CK

WEL

L (H

RC

)

JENIS PERLAKUAN

Grafik Uji Kekerasan


64

yang hampirsama, tunak atau sudah mencapai batas, sehingga apabila dilakukan

perlakuan panas lebih lama lagi maka nilai kekerasan tidak akan jauh berbeda.


65

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari analisis data yang telah dilakukan yang meliputi pengujian kekerasan

dan pengamatan struktur mikro dari bahan strip plat baja tanpa proses karburisasi

dan strip plat baja dengan proses karburisasi maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut:

1. Dalam penelitian ini spesimen dengan perlakuan karuburisasi padat

dengan sumber karbon arang batok kelpa dan kulit telur bebek sebagai

katalisnya mengalami peningkatan kekerasan dari spesimen tanpa

karburisasi, yaitu dari 6,501 HRC menjadi 23,39 HRC.

2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi perubahan struktur mikro,

yang awalnya struktur mikro hanya berupa ferrit dan perlit (spesimen

tanpa karburisasi) berubah menjadi ferrit, martensit, dan sedikit perlit

dikarenakan media quenching menggunakan oli (spesimen setelah proses

karburisasi dan quenching dengan media oli).

3. Srtuktur martensit yang terbentuk pada setiap spesimen tidak sama,

karena lamanya waktu penahanan yang berbeda. Semakin lama waktu

penahanan, struktur martensit yang terbentuk semakin tebal. Ketebalan

struktur tertinggi adalah 116 m yang terdapat pada karburisasi dengan

holding time 8 jam.


66

5.2 Saran

Dalam penelitian penulis menemukan hambatan yang timbul dalam proses

penelitian ini, oleh sebab itu penulis memberikan saran antara lain:

1. Dalam proses pack carburizing, wadah karburisasi harus rapat dan

terhindar dari kebocoran, hal ini bertujuan untuk menghindari karbon

yang keluar, agar penelitian mendapatkan hasil yang lebih maksimal.

2. Alangkah baiknya sebelum melakukan proses penelitian, spesimen

diberikan perlakuan normalizing terlebih dahulu. Proses normalizing

bertujuan untuk memperbaiki dan menghilangkan struktur butiran kasar

dan ketidak seragaman struktur dalam baja sehingga menjadi berstrukrur

dan normal kembali yang otomatis mengembalikan keuletan baja.

3. Sebelum dilakukanya proses karburisasi sebaiknya spesimen yang akan di

gunakan dalam proses penelitian di amplas terlebih dahulu sampai bersih,

rata, dan mengkilap, untuk mempermudah dalam proses struktur mikro

dan uji kekerasan.


67

DAFTAR PUSTAKA

ASTM Internasional. (1995), Metals Handbook Heat Treating Vol 4. Jakarta.

Bambang Kuswanto (2010), “PERLAKUAN PACK CARBURIZING PADA BAJA

KARBON RENDAH SEBAGAI MATERIAL ALTERNATIF PISAU

POTONG PADA PENERAPAN TEKNOLOGI TEPAT GUNA”

Callister, William D. 2007.”Material Science and Engineering An Introduction”.

New York: John Wiley and Sons, Inc.

Darmanto. (2006). Pengaruh Holding Time Terhadap Sifat Kekerasan dengan

Refining The Core pada Proses Carburizing Material Baja Karbon

Rendah.

David halliday dan Robert Resnik. Fisika Jilid 1 Edisi 3

Dieter, G.E., 1988, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga jilid I dan II, Erlangga,

Jakarta.

Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Terjemahan oleh Yuhilza

Hanum. 2001. Jakarta: Erlangga

Hafni dan Nurzal. 2015. Pengaruh Waktu Tahan Proses Pack Carburizing Pada

Baja Karbon Rendah Dengan Menggunakan Calcium Carbonat Dan

Arang Tempurung Kelapa Ditinjau Dari Struktur Mikro. Jurnal Teknik

Mesin Vol.5. No.1.April 2015:6-11.


68

Kuswanto, Bambang. 2010. Perlakuan Pack Carburizing Pada Karbon Rendah

Sebagai Material Alternatif Pisau Potong Pada Penerapan Teknologi

Tepat Guna. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi 2010.

Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang.

Lawrence, H., Van Vlack. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasan Material.

Sixth Edition. Penterjemah Sriati Djaprie. Jakarta: Erlangga

Martino, Alexander Dhino (2005), “THE EFFECT OF CARBURIZING ON

MEDIUM CARBON STEEL”

Masyrukan (2006). Penelitian Sifat Fisis dan Mekanis Baja Karbn Rendah Akibat

Pengaruh Proses Pengarbonan dari Arang Kayu Jati. Universitas

Muhamadiyah Surakarta. Media Mesin, Vol. 7. Journals.ums.ac.id.

Mulyanto, Arif Eko, Rubijanto Juni Pribadi, Solechan. 2013. Analisa

Penggunakan Tempurung Kelapa Untuk Meningkatkan Kekerasan

Bahan Pisau Timbangan Meja Dengan Proses Pack Carburizing.

Prosiding

Nanulaitta Nevada J. M., Alexander A. Patty. (2011). Analisa Nilai Kekerasan

Baja Karbon Rendah (S35c) dengan Pengaruh Waktu Penahanan

(Holding Time) Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburizing)

dengan Pemanfaatan Cangkang Kerang sebagai Katalisator.


69

Pradana, Ponang Adi. 2018. Peningkatan Kekerasan Sprocket Imitasi Melalui

Proses Karburisasi Cair Pada Suhu 900 Celcius. Skripsi. Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

. E. mallman and . J. Bishop, 2000,”modern physical metallurgi and

materials engineering”, Hill International Book Company, New York

Santoso, Bagus Heri. 2007. Pengaruh Waktu Karburising Dengan Quencing

Media Air Terhadap Kekerasan Sproket Sepeda Motor. Skripsi. Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

Sarimin, DRN. 2013, hal 5. Hardenabllity Chapter 2.

Shah, Basyirul (2004), “THE EFFECT OF HOLDING TIME ON CARBURIZING

PROCESS OF LOW CARBON STEEL FATIQUE”

Stadelman, E.J. 2000. Eggs and Eggs Product. In Francis, F.J (Ed). Encyclopedia

of Food Science and Technology. Second ed. New York: John Wiley and

Sons. Pp. 593-599.

Y. Lakhtin, 1975: 255. Engineering Physical Metallurgy, (Second edition).

Foreign Language Publishing House. Moscow.


70

LAMPIRAN

Lampiran 1. Pengujian Komposisi Spesimen Tanpa Carburizing


71

Lampiran 2. Uji Kekerasan Spesimen Tanpa Carburizing no.1


72



73



74

Lampiran 5. Uji Kekerasan Spesimen Carburizing 4 Jam no.1


75



76



77



78

Lampiran 9.Uji Kekerasan Spesimen Carburizing 6 Jam no.2


79



80



81



82



Documents

PENGARUH KARBURISASI PADAT dan QUENCHING PADA SUHU …