ANALISA PERSENTASE KANDUNGAN KARBON PADA LOGAM BAJA Rusmardi (1) Feidihal(1) (1)
Staf Pengajar Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang ABSTRAK
Seleksi mutu bahan logam dalam kegiatan manufacturing dan konstruksi sangat dibutuhkan. Untuk menjamin persaingan di pasaran terutama mutu dan harga logam perlu diadakan penelitian yang menyangkut pengolahan bahan dasar menjadi bahan jadi. Adanya standardisasi mutu logam dna struktur logam semakin lebih terjamin mutu logam yang akan di pasarkan. Salah satu alternatif yang digunakan untuk menentukan jumlah karbon pada baja adalah photografis yang berguna untuk melihat bulir-bulir baja yang besar dan yang kecil. Pada penelitian ini digunakan baja St37, St42, Amutite dan SPK-5. metoda yang digunakan pada percobaan untuk menentukan kadar persentase karbon maka digunakan metoda observasi berdasarkan perbedaan bunyi saat baja dipukul dan kilapan baja. baja St37 dan St42 digolongkan kadar karbon rendah (hypoeutectoid) setelah diteliti didapatkan nilai karbon St37 (0,468- 0,574)% dan St 42 (0,402-0,682)% dari grafik cementite (0,008 0,83)% baja tersebut sudah cukup ideal bila digunakan untuk alat-alat perkakas. Tegangan tariknya mempunyai nilai (370-420) N/nm2. Kekerasannya bisa mencapai 90 Hrb. Untuk baja amutite dan SPK-5 setelah diteliti didapatkan nilai karbon (0,746-1,114)% dan (1,61,86)%. Persentase kadar karbon pada baja berbeda jumlahnya masing-masing. Semakin banyak kadar karbon maka sifat baja semakin keras. ABSTRACT Selection quality of metal materials in activity of construction and manufacturing very is required. To guarantee emulation in marketing especially quality of and metal price require to be performed a research which concerning processing of elementary materials become materials become. Existence of standardization quality of metal of dna metal structure progressively more well guaranted quality of metal to in marketing. One of the alternative used to determine the amount of carbon at steel is photografis which good for seeing small and big steel seeds. At this research is used by steel of St37, St42, Amutite and of SPK-5. method used at attempt to determine rate percentage of carbon hence used by observation method pursuant to difference of steel moment sound beated and steel Iustre. become militant St37 and of St42 classified by low carbon rate ( hypoeutectoid) after checked to be to be got by carbon value of St37 ( 0,468- 0,574)% and St 42 (0,402-0,682)% from graph of cementite ( 0,008 - 0,83)% the steel have ideal enough if used for the appliances of tool. Interesting tension of him have value (370-420) N / nm2. Its hardness can reach 90 Hrb. For the steel of and amutite of SPK-5 after checked to be to be got by carbon value ( 0,746-1,114)% and (1,61,86)%. Percentage of carbon rate at steel differ its amount each. More and more carbon rate hence nature of steel getting louder. Keywords: manufacturing, quality control, hypoetectoid, carbon, metal 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Masalah Dengan perkembangan teknologi yang semakin maju, didalam maupun di luar negeri terutama pada negara-negara industri maupun negara maju. Di Indonesia merupakan negara sedang berkembang dan berusha mengejar ketinggalannya dari negara industri, terutama industri logam yang sangat sulit untuk mengejarnya, berbagai cara Indonesia untuk meningkatkan pengetahuan dan ilmu bidang bahan terutama logam, terutama dengan menyekolahkan ke luar negeri, pelatihan, seminar maupun penelitian.
Logam-logam yang sudah beredar di Indonesia sebagian bisa diproduksi sendiri dan sebagian pula belum bisa diproduksi sendiri. Untuk baja kualitas tertentu Indonesia masih mengimpor dari negara lain terutama negara industri maju. Bahan baku dari Indonesia belum memenuhi, untuk memenuhi target produksi logam perlu didatangkan dari luar negeri. Seleksi mutu bahan baku tersebut sangat oenting, mengingat perkembangan pabrik dan konstruksi logam sangat dibutuhkan sekali. Untuk menjamin persaingan dipasaran terutama mtu dan harga logam perlu diadakannya penelitian yang menyangkut pengolahan bahan dasar menjadi bahan jadi. Untuk mendapatkan hasil produksi logam bermutu tinggi
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
perusahaan telah berupaya bekerjasama dengan lembaga-lembaga penelitian, riset dan teknologi. Hingga penelitiannya tidak hanya meliputi yang makro tapi yang lebi penntin pula adalah yang mikro. Khususnya penelitian yang mikro ini sekarang telah banyak perkembangannya. Sampai-sampai departemen industri telah mengeluarkan edaran Standar Nasional Indonesia (SNI), dengan adanya standar tersebut mutu logam dan struktur semakin baik. Kesulitan menyeleksi logam ferro (baja dan besi) untuk pemakaiannya. Sering dijumpai untuk menentukan spesifikasi pemakaian kadangkala terbalik. Pemakaian yang dimaksud tersebut adalah untuk baja konstruksi dan baja perkakas. Penggolongan itu perlu dibuat batasan baja karbon tinggi dan baja karbon rendah. Kesulitan selanjutnya belum dimilikinya peralatan dengan kepersisian tinggi untuk membedakan yang mana baja karbon rendah dan baja karbon tinggi. Salah satu alternatif yang digunakan untuk menentukan jumlah karbon pada baja adalah dengan photografis. Dengan alternatif ini akan tampak perbedaan setiap butir yang besar dan yang kecil. Perbedaan itu sangat membantu untuk menyeleksi spesifikasi logam baja. Pada permasalahan ini dibatasi pada benda baja St37, St42, Amutite dan spesial K-5 buatan Bohler daru Jerman Barat, sedangkan pengaruh lainnya tidak ada. 1.2 Ruang Lingkup Pada ilmu bahan membahas tentang berbagai jenis bahan, seperti bahan logam dan non logam, pembahasannya mulai dari asal bahan-bahan tersebut sampai pemakaiannya. Untuk selanjutnya yang diperhatikan pada logam, dan logam tersebut dibagi menjadi bermacam-macam, tetapi pada garis besarnya ada logam ferro dan non ferro dengan paduannya. Pada logam ferro dengan paduannya ada beberapa jenis yaitu baja lunak dan baja keras. Penggunaan baja lunak seperti untuk konstruksi kendaraan, konstruksi jembatan, baut, mur, dll. Baja keras digunakan juga seperti poros, roda gigi, pasak, alat-alat perkakas dll. Pada bahasan ini yang diperhitungkan kabron pada mikrografis. 1.3 Metoda Pendekatan Metoda pendekatan dalam penelitian ini adalah metoda percobaan dan metoda observasi. Metoda percobaan digunakan sewaktu mencoba melaksanakan proses pennetuan jumlah karbon. Dan metoda observasi digunakan sewaktu membedakan bunyi saat baja dipukul dan warna baja mengkilap atau tidak mengkilap. 1.4 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah kadar karbon pada baja dan untuk mengetahui bentuk-bentuk bulir pada logam baja.
ISSN 1829-8958
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu para operator sebagai masukan untuk bahan pertimbangan dalam proses pemilihan baja karbon. 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan Pada baja yang terdiri dari unsur karbon saja biaanya ada pula unsur-unsur lainnya yang ikut dalam baja, umumnya disebut baja paduan. Baja paduan ini terdiri dari kromium, mangan, silisium, nikel, wolfram, molibdin, titanium, vanadium, dan unsurunsur lainnya. Baja paduan dapat diklasifikasikan sesuai dengan komposisi, struktur, dan penggunaan. a. Baja paduan berdasarkan komposisi : Berdasarkan komposisi, baja paduan dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu : Baja tiga komponen Baja empat komponen b. Baja paduan berdasarkan struktur : Berdasarkan strukturnya, baja paduan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Baja Ferrite, terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu Cr, W, dan Si tetapi karbonnya rendah dan tidak dapat dikeraskan. Baja Pearlite, didapat jika unsur-unsur paduan relatif kecil maksimum 5% dan baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya meningkat oleh kekerasan. Baja Martensit, baja ini unsurpemadunya lebih dari 5%, sangat keras sukar dimesin. Baja Autensit, terdiri dari 10% : 30 % unsur pemadu tertentu Ni, Mn dan Co misalnya baja tahan karat stainless steel, non magnetis dan baja tahan panas. Baja Ledeburit atau karbit, terdiri dari sejumlah karbon dan unsur-unsur pembentuk karbit, yaitu Cr, W, Mn, Ti, Zr. c. Baja paduan berdasarkan penggunaan : Berdasarkan penggunaannya baja dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yang pokok, yaitu : Baja konstruksi, baja ini dapat dibedakan menjadi 3 bagian yaitu : baja paduan rendah, maksimum 2%, baja paduan menengah 2 % : 5% dan baja paduan tinggi lebih dari 5%. Persentase kadungan karbon baja konstruksi ini adalah lebih kurang 0,3% : 0,83% Baja perkakas, baja ini dipakai untuk alat pemotong, persentase kandungan karbonnya lebih kurang 0,84% : 2%. Baja dengan sifat fisik khusus, baja ini dipakai pada hal-hal yang khusus misalnya : baja tahan karat, baja tahan panas, baja 36
Analisa Persentase Kandungan Karbon pada Logam Baja (Rusmardi)
tahan pakai suhu tinggi, paja paduan istimewa. 2.2 Pengaruh unsur karbon terhadap baja Sifat dari logam baja unsur-unsur yang dikandung akan mempengaruhi sifat keuletan dan kekerasan. Unsur-unsur untuk baja antara lain, nikel, phospor, silikon, mangan, kromium, molybdenum, vanadium, wolfram, belerang dan karbon. Unsur karbon (C) pada baja merupakan unsur utama yang terdapat dalam besi sehingga disebut baja. Unsur karbon dapat membuat baja menjadi keras dan rapuh. Sifat keras dan lunak utnuk baja tergantung persentase karbon, semakin tinggi komposisinya semakin kuat dan rapuh, dan semakin rendah komposisinya baja akan semakin lunak dan elastis. 2.3 Baja karbon Baja karbon adalah suatu baja yang mengandung karbon sampai maksimum 2%. Baja karbon ini dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu : a. Baja karbon rendah Baja karbon rendah (mild steel) mengandung karbon antara 0,008% - 0,3% C. Setiap satu ton baja karbon rendah mengandung 10 – 30 kg karbon. Baja karbon ini dalam perdangangan dibuat dalam bentuk platplat baja, baja strip dan baja batang atau progil. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja, maka baja karbon rendah dapat digunakan atau dijadikan baja-baja sebagai berikut: Baja karbon rendah yang mengandung 0,008 % - 0,10% C dijadikan baja-baja plat atau strip. Baja karbon rendah yang mengandung 0,05 % C digunakan untuk keperluan badan-badan kendaraan. Baja ini mempunyai kekuatan tarik kira-kira 40 kg mm-2. Baja karbon rendah yang mengandung 0,15% - 0,25% C digunakan untuk kosntruksi jembatan, bangunan atau dijadikan baja-baja konstruksi. Baja karbon rendah yang mengandung 0,20% - 0,30% C digunakan untuk membuat baut-baut dan paku-paku keling atau untuk keperluan konstruksi. Baja karbon rendah ini mempunyai sifat yang mudah dikerjakan dengan mesin ataupun ditempa dan karena itu baja karbon ini disebut juga baja tempa atau baja mesin atau baja alat-alat perkakas. b. Baja karbon sedang (medium) Baja karbon ini mengandung karbon antar 0,30% 0,60%C. Setiap ton baja karbon ini mengandung karbon antara 30 – 60 kg. Baja karbon ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagianbagian mesin. Berdasarkan jumlah karbon yang
terkadnung dalam baja, maka baja karbon ini dapat digunakan untuk hal-hal sebagai berikut : Mengandung 0,40% C digunakan untuk keperluan industri kendaraan misalnya untuk bahan membuat baut-baut atau murmur, poros engkol, batang-batang torak atau poros-poros dan lain sebagainya. Mengandung 0,50% dipergunakan untuk membuat roda-roda gigi, martil, clamp (alat penjepit). Mengandung 0,55% - 0,60% C dipergunakan untuk membuat pegaspegas. c. Baja karbon tinggi (HCS) Baja karbon ini mengandung karbon antara 0,70% 1,30% (70 – 130 point) dan setiap 1 ton mengandung karbon antara 70 – 130 kg. Baja karbon ini banyak dipergunakan untuk pekerjaan – pekerjaan yang mengalami panas ( heat treartment). Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung di dalam baja, maka baja karbon ini dapat digunakan untuk hal-hal sebagai berikut : Mengandung kira-kira 0,95% C dipergunakan untuk keperluan pembuatan pegas-pegas, alat-alat perkakas seperti paron/landasan, palu/martil, gergaji, dan alat-alat/pahat-pahat potong. Mengandung karbon 1% - 1,5% dipergunakan untuk keperluan pembuatan kikir, pisau-pisau cukur, mata-mata gergaji dan bola-bola untuk bantalan bola. 2.4 Baja campuran ( alloy steel) Baja campuran adalah hasil penambahan unsur-unsur lain di dalam baja karbon yang akan mempengaruhi sifat-sifat kekerasan, keliatan (elastis) keadaan pembekuan dan komposisi kimia daripada baja karbon, sehingga membuat baja karbon berkualitas tinggi. Penambahan unsur-unsur didalam baja karbon dapat dilakukan dengan satu unsur atau lebih tergantung daripada karakteristik atau sifat-sifat baja karbon yang dibuat. Unsur-unsur yang ditambahkan adalah nikel, krom, mangan, silikon, tungsten, vanadium, molyden, cobalt. Penambahan unsur-unsur tersebut membuat sifat-sifat dan karakteristik baja karbon sebgai berikut:
Baja nikel
Penambahan unsur nikel pada baja karbon akan membuat sifat baja karbon menjadi bertambah liat dan kuat, dan mecegah terhadap karat (tahan karat).
Baja krom
Penambahan unsur krom pada baja karbon membuat sifat baja karbon bertambah liat, keras dan tahan aus. Untuk membuat peralatan seperti roda-roda gigi dan poros-poros seringkali ditambahkan unsur nikel 37
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
sehingga menjadi baja krom nikel. Baja campuran ini kekuatannya sangat baik dna tahan karat.
Baja mangan
Penambahan unsur mangan ini membuat hasil pekerjaan menjadi lebih baik (bersih) dan juga menambah kekuatan dan ketahana panas daripada baja karbon.
Baja tungsten
Penambahan unsur tungsten ini akan menjadi sangat baik bila ditambahkan pula dengan unsur krom, vanadium, molybden atau mangan untuk dijadikan baja potong cepat (HSS) yang pergunakan untuk pahat potong (cutting tools). Baja tungsten terhadap panas yang tinggi pada waktu pekerjaan memotong bahan cukup baik.
Baja molybden
Penambahan unsur molybden ini membuat baja karbon menjadi lebih liat dan menambah tinggi kekuatan baja. Salah satu campuran baja potong cepat (HSS) terbuat dari baja molybdenum, sehingga baja tetap liat pada temperatur yang tinggi.
Baja vanadium
Penambahan dengan unsur vanadium ini memperbaiki bulir-bulir baja menjadi halus. Apabila dengan krom membuat baja karbon menjadi baja krom vanadium dan membuat baja menjadi lebih kuat dan lebih tahan terhadap keausan. Baja karbon vanadium sangat baik dipakai untuk membuat rodaroda gigi dan batang penggerak serta poros engkol.
Baja kobalt
Dengan penambahan unsur kobalt ini membuat sifat baja menjadi keras, tahanpanas dan tahan keausan. Baja kobalt sangat banyak dipergunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau konstruksikonstruksi yang tahan panas. 2.5 Baja alat-alat perkakas Baja alat-alat perkakas ini adalah sangat luas dalam pemakaiannya. Baja ini mengandung karbon antara 0,85 % - 0,95% dan baja alat-alat perkakas ini biasanya dicampur dengan sedikit vanadium. Baja ini dapat dipergunakan untuk ujung alat-alat potong seperti mata bor, reamer, pisau frais (milling cutter) dan mata-mata pahat. Baja ini setelah dicampur dengan unsur-unsur lain dapat dijadikan baja potong cepat (HSS) yang dapat membuat pernyataan atau pemakanan yang lebih tebal (dalam) pada kecepatan yang tinggi dan dalam waktu yang lama. Adapun baja ini mempunyai kemampuan demikian karena baja ini mempunyai kesanggupan mempertahankan kekerasan pada suhu yang tinggi dan tahan terhadap gesekan yang tinggi.
a.
ISSN 1829-8958
Baja widia
Baja ini mempunyai campuran unsur-unsur karbon, kobalt, silisium,titanium, dan wolfram. Dengan baja widia dapat dipakai bekerja secara terus menerus dengan kecepatan potong yang tinggi. Tenaga kerasnya tinggal tetap sampai pada suhu kira-kira 9000 C. Pemakaian baja widia disambungkan pada ujung pahat sebagai mata potong. b.
Baja intan (diamond steel)
Baja intan merupakan bahan pemotong yang paling keras, dipakai untuk membentuk permukaan batu gerinda yang telahdipakai, untuk memotong kaca dan untuk memotong baja-baja keras lainnya. Pemakaian baja intan dengan jalan disambungkan pada ujung pahat secara elektris. c.
Baja tahan karat (stainless steel)
Baja tahan karat ini bersifat memberikan perlawanan terhadap karat. Untuk membuat baja tahan karat perlu dicampur unsur krom kira-kira 12%. Ada tiga jenis baja tahan karat, yaitu : ferritic, martensitic, dan austesitic. Baja tahan karat ini banyak dipakai untuk alat-alat kedokteran, alat-alat kendaraan dan alat-alat rumah tangga. 2.6 Baja tuang Baja tuang mengandung karbon antara 2% - 4% dan sifatnya tergantung dari kemurnian campuran unsurunsur yang terbentuk didalamnya. Pembuatan baja tuang ini lebih mudah pengerjaannya akan tetapi cepat rusak (patah), karena baja ini sangat rapuh dan getasserta tidak dapat dibentuk. Baja tuang ini sangat banyak dipergunakan untuk peralatan-peralatan bagian mesin seperti silinder blok dan tutup silinder motor, badan (kerangka) mesin bubut, frais dan mesin bor. Baja tuang dimasukkan kedalam kotak yang berisi serbuk Fe2O3, kemudian bdibakar dengan temperatur 9000 C selama 7 – 10 hari. Sehingga terjadi pembebanan O2 dari Fe2 , O3, dan O2 akan bersenyawa dengan C dari Fe3C. Akibat pembakaran ini kulit dari baja tuang akan menjadi lunak, sehingga dapat digunakan menjadi besi tuang yang dapat ditempa.
Gambar 1. Fotomikro besi tuang zat hitam (grafit)
38
Analisa Persentase Kandungan Karbon pada Logam Baja (Rusmardi)
3
METODE PENELITIAN
3.1 Alat yang digunakan 1.
2. 3.
4.
5.
Mesin potong adalah mesin untuk memotong logam dengan bantuan batu gerinda. Plastik moulding (cetak plastik) adalah alat untuk mencetak pemegang logam. Mesin poles adalah alat untuk memoles hasil cetak plastik agar permukaan benda plastik rata dan halus. Kamera fotografis adalah alat untuk melihat mikro struktur logam dan memfoto permukaan logam. mesin cuci cetak film
adalah baja yang kandungan karbon 0,008% - 2%. Dipotong-poton dalam bentuk yang kecil lebih kurang 50mm sebanyak 20 buah, kemudian sampel tersebut dipotong, dicetak plastik, dipoles sehingga didapatkan permukaan yang rata dan halus. 3.4 Prosedur penelitian 1.
potong logam dengan cara menjepitnya pada ragum, kemudian batu gerinda yang sedang berputar langsung diarahkan kebenda potong. Dibuat potongan-potongan kecil dengan ukuran 5 x 5 x 4 mm atau seluas 100 mm2.
2.
cetak logam tersebut dengan cetak plastik (plastic moulding). Yang dihasilkan dari cetakan ini adalah berupa benda kerja yang berbentuk lempeng pejal. Bagian tengah-tengah terdapat logam, sedang bagian pemegangnya berupa bahan plastik jenis bakelit warna hitam.
3.
lakukan pemolesan logam sebanyak tujuh kali pemolesan dengan menggunakan pemolesan dengan tahapan pemolesan sebagai berikut :
3.2 Rancangan penelitian Penelitian ini sifatnya percobaan atau eksperimen, sehingga perlu adanya tahapan-tahapan dalam menjalankan penelitian agar didapatkan hasil yang memuaskan. Tahapan-tahapan penelitian tersebut adalah sebagai berikut: 1.
tahap-tahap pemolesan: Urutan 1. 2. 3 4. 5. 6. 7.
Mengidentifikasi variabel-variabel yang akan diteliti, pengembangan hipotesis sampai persiapan semua peralatan yang akan digunakan.
2.
Tahap penelitian yang diperlukan untuk mengumpulkan data dengan didahului pembuatan sampel yang dipakai untuk penelitian, yang paling utama adalah hasil pemolesan hingga sampai pada etsa. Setelah itu etsa logam tersebut akan mudah terlihat bulirbulirnya. Berikutnya dilanjutkan dengan penyusunan data. Metoda pengumpulan data dimulai dari:
Logam baja setelah dietsa di fotografiskan sehingga akan terlihat bulir-bulir pada permukaannya. Pada saat gambar dipermukaan kelihatan jelas berikutnya difoto dengan film ASA 100 warna hitam putih. Selanjutnya diafdruk ukuran postcard dan dihitung persentase warna hitam putihnya.
3.
Tahap analisis data. Pada tahap ini dilakukan tabulasi data yang telah terkumpul, analisis data, interpretasi data, penarikan kesimpulan, penyusunan draf laporan penelitian sampai pada diskusi atau seminar.
4.
Tahap koreksi. Pada tahap ini semua data dan hasil penelitian dilakukan pemeriksaan dan koreksi.
3.3 Populasi dan Sampel Populasi dalam penelitian ini adalah logam baja yang sudah ada di toko-toko. Sedangkan untuk sampelnya
4.
4
Jenis Amplas Kertas gosok Kertas gosok Kertas gosok Kertas gosok Kertas gosok Kain bludru Kain sutra
Kekasaran N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2
No. Amplas
120 220 320 400 600
lihat mikro struktur logan dan foto permukaan logam dengan menggunakan camera fotografis. HASIL DAN BAHASAN
4.1 Hasil penelitian Hasil penelitian jumlah kadar karbon pada masingmasing logam baja seperti tertera pada tabel berikut ini : No.
St37 (%)
St42 (%)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10. 11. 12. 13. 14 15. 16 17. 18.
0,566 0,564 0,468 0,468 0,530 0,534 0,520 0,478 0,498 0,474 0,548 0,532 0,534 0,574 0,524 0,512 0,484 0,482
0,632 0,402 0,566 0,556 0,632 0,602 0,682 0,644 0,628 0,628 0,566 0,612 0,634 0,642 0,576 0,574 0,572 0,498
Amutit (%) 0,769 1,077 1,077 0,846 0,923 0,923 0,824 0,968 1,022 1,022 0,114 0,746 0,823 0,954 0,968 0,812 0,994 0,746
SPK – 5 (%) 1,68 1,76 1,6 1,76 1,76 1,76 1,60 1,82 1,64 1,62 1,75 1,61 1,81 1,63 1,75 1,75 1,82 1,75
39
Jurnal Teknik Mesin 19. 20. Σ Ratarata
0,482 0,518 10,772 0,5386
Vol. 3, No.1, Juni 2006 0,556 0,572 11,77802 0,588901
0,856 1,002 18,466 0,9233
1,86 1,76 34,47 1,7235
4.2 Pengolahan data Untuk mendapatkan data persentase karbon dari hasil eksperimen maka dikelompokkan satu persatu sesuai dengan tingkatan kadar karbonnya. Pengendalian kualitas untuk St37 Sampel group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total Rataan BKA BKB
Kadar karbon 0,566 0,566 0,468 0,468 0,53 0,534 0,52 0,478 0,98 0,474 0,548 0,532 0,534 0,524 0,524 0,512 0,484 0,482 0,482 0,518 10,772 0,5386 0,87304 0,20416
Regression output : Constant Std Err of Y Est : R Squared No. of observations Degrees of freedom X Coefficient (s) : Std Err of Coef :
Rataan
BKA
BKB
0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386 0,5386
0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304 0,87304
0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416 0,20416
: 0,560610 0,111480 : 0,012894 : 20 : 18 -0,00209 0,004323
ISSN 1829-8958
pada titik awal mendekati karbon 0,8% dan terendah mendekati karbon 0,4%. Dari garis horizontal terdapat 20 titik yang mempunyai titik puncak terendah 7 titik. Sedangkan yang tertinggi mencapai 3 titik. Oleh karena itu rata-rata karbon pada grafik tersebut cenderung mendekati 0,6%. Pengendalian kualiatas untuk St42 Sampel group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total Rataan BKA BKB
Kadar karbon 0,672 0,402 0,566 0,556 0,632 0,602 0,682 0,644 0,628 0,628 0,566 0,612 0,634 0,642 0,576 0,574 0,572 0,498 0,556 0,572 11,77802 0,588901 0,777778 0,400024
Regresion output: Constant : Std Err of Y Est : R Squared No. of observations Degrees of freedom X Coefficient (s) : Std Err of Coef. :
Rataan
BKA
BKB
0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901 0,588901
0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778 0,777778
0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024 0,400024
0,594286 0,062959 : 0,002446 : 20 : 18 -0,00051 0,002441
Pada grafik diatas menunjukkan bahwa baja St42 mempunyai kadar karbon rendah. Dari garis vertikal paa titik awal mendekati karbon 0,7% dan terendah mendekati karbon 0,3%. Dari garis horizontal terdapat 20 titik yang mempunyai titik puncak terendah 3 titik. Sedang yang tertinggi mencapai 4 titik. Oleh karena itu rata-rata karbon pada grafik tersebut cenderung mendekati 0,7%. Pengendalian kualitas untuk amutite
Grafik 1. Peta kendali x- Bar baja St37 Pada grafik diatas menunjukkan bahwa baja St37 mempunyai kadar karbon rendah. Dari garis vertikal
Sampel group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kadar karbon 0,769 1,072 1,072 0,866 0,923 0,923 0,824 0,968 1,022 1,022
Rataan
BKA
BKB
0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233
1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203
0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397
40
Analisa Persentase Kandungan Karbon pada Logam Baja (Rusmardi) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total Rataan BKA BKB
1,114 0,746 0,823 0,954 0,968 0,812 0,994 0,746 0,856 1,002 18,466 0,9233 1,272203 0,574397
Regresion output: Constant Std Err of Y Est : R squared No. of observations Degrees of freedom X coefficient (s) : Std Err of Coef. :
0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233 0,9233
1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203 1,272203
0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397 0,574397
: 0,952810 0,116301 : 0,021119 : 20 : 18 -0,00281 0,004509
17 18 19 20 Total Rataan BKA BKB
1,82 1,75 1,86 1,76 36,42 1,7235 1,958322 1,488678
Regresion output: Constant Std Err of Y Est : R squared No. of observations Degrees of freedom X coefficient (s) : Std Err of Coef. :
1,7235 1,7235 1,7235 1,7235
1,958322 1,958322 1,958322 1,958322
1,488678 1,488678 1,488678 1,488678
: 1,678578 0,078274 : 0,099395 : 20 : 18 0,004278 0,003035
Grafik 3. Peta kendali x- Bar baja SPK-5
Grafik 2. Peta kendali x- Bar baja amutite Pada grafik diatas menunjukkan bahwa amutite mempunyai kadar karbon tinggi. Dari garis veritkal pada titik awal mendekati karbon 1,2% dan terendah mendekati karbon 0,7%. Dari garis horizontal terdapat 20 titik yang mempunyai titik puncak terendah 5 titik. Sedang yang tertinggi mencapai 5 titik. Oleh karena itu rata-rata karbon pada grafik tersebut cenderung mendekati 1,2%. Pengendalian kualiatas untuk SPK-5 Sample group 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Kadar karbon 1,67 1,76 1,6 1,76 1,76 1,76 1,6 1,82 1,64 1,64 1,75 1,81 1,61 1,63 1,75 1,22
Rataan
BKA
BKB
1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235 1,7235
1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322 1,958322
1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678 1,488678
Pada grafik diatas menunjukkan bahwa SPK-5 mempunyai kadar karbon tinggi. Dari garis vertikal pada titik awal mendekati karbon 1,9% dan terendah mendekati 1,6%. Dari garis horizontal terdapat 20 titik yang mempunyai titik puncak terendah 4 titik. Sedang yang tertinggi mencapai 7 titik. Oleh karena itu rata-rata karbon pada grafik tersebut cenderung mendekati karbon 1,8%. Baja St37 tersebut diatas termasuk digolongkan baja hypoetektoid (% C < 0,83). Sebagai contoh pada baja St37 dengan kadar karbon 0,5386% C dapat dilihat pada gambar diatas. Paduan ini akan mulai membeku pada daerah perbatasan austenit dengan ferrite dengan membentuk inti ferrite delta, yang nanti akan tumbuh menjadi dendrit ferrite delta. Terbentuknya inti-inti ferrite pada batas bulir austenit akan mempengaruhi keadaan austenit sendiri. Austenit pada paduan ini mengandung 0,25%C sedang ferrite ini hanya mampu melarutkan sedikit karbon. Karena itu austenit yang akan menjadi ferrit harus mengeluarkan karbonnya sehingga sisa austenit akan menjadi lebih kaya karbon. Untuk baja St42 tidak jauh berbeda enan baja St37. Komposisi karbon St42 0,588% dapat dilihat pda gambar berikut ini. Komposisinya berdekatan denga baja St37. austenit akan semakin berkurang hingga nampak gambar bulir-bulirnya yang warna hitam persentasenya semakin padat. Kondisi seperti ini 41
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 3, No.1, Juni 2006
disebabkan perubahan temperatur semakin kecil pada saat peleburan baja, sehingga akan terbentuk ferrite semakin banyak. Kekurangan karbon pada austenit akan menyebabkan terjadinya komposisi eutektoid. Sisa austenit ini selanjutnya akan mengalami reaksi eutektoid menjadi pearlite. Jadi paduan akan terdiri dari ferrite dan pearlite. Pada baja amutite kadar karbon 0,923%. Bentuk bulir-bulirnya berwarna hitam semakin banyak bila dibandingkan dengan baja St42. Hal ini disebabkan selesainya reaksi eutektoid ferrit dan pearlite. Berikutnya bentukan pearlite lebih dominan dan akan ada perubahan lain yaitu akan mendekati terjadinya cementite sehingga akan membentuk gambar bulir-bulir warna hitam semakin banyak. Perubahan ini disebabkan karbon yang keluar dari ferrite akan berupa cementite. Perubahan dari baja amutite menjadi SPK-5 yang mencapai kadar karbon 1,723% akan melalui proses di temperatur eutektoid bulir austenit bertranformasi, sehingga strukturnya berupa pearlite yang terbungkus oleh jaringan cementite. Gambar berikut memperlihatkan struktur mikro hypoeutektoid. Tampak bulir-bulir kristal pearlite dikelilingi lapisan cementite. Warna putih seperti bulat-bulat adalah cementite yang mengelilingi pearlite. Keberadaan cementite lebih dominan bila dibandingkan pada baja amutite. Ferrite pearlite
Gambar 2. Struktur mikro frrite dan pealite baja St37
Ferrite
pearlite
Gambar 3. Struktur mikro ferrite dan pearlite baja St42
Ferrite pearlite
ISSN 1829-8958
Ferrite pearlite
Gambar 5. Struktur mikro pearlite dan cementite pada baja SPK-5
4.3
Pembahasan
Baja ferrite disebut juga besi alpha (α) yang terdapat pada temperatur 16700 F. Struktur kristal BCC terdapat diatas temperatur 13330F, perlu diketahui bahwa besi bersifat non magnetic pada temperatur antara 14200 dan 16700F. Ferrite merupakan larutan padat karbon dalam besi alpha. Ferrite merupakan komponen yang paling lunak dari baja dan sangat ductile. Baja pearlite membentuk struktur lamellar. Keadaan ini disebabkan adanya karbon yang berdifusi keluar dari austenit membentuk plat cementite dan sisa karbon dalam austenit akan membentuk ferrite selama pendinginan berlangsung. Kondisi ini akan menyebabkan pearlite mempunyai sifat fisik antara cementite dan ferrite (sangat keras dan sangat lunak). Pearlite ini akan terbentuk jika besi mengandung 0,83% karbon. Karbon dan besi dalam jumlah yang pasti diperlukan untuk membentuk cementite. Demikian pula dengan pearlite membutuhkan cementite dan ferrite dalam jumlah yang pasti. Pearlite akan terbentuk jika persentase kadar karbon dapat memperoleh sejumlah cementite yang diperlukan. Jika jumlah karbon tidak mencukupi yang berarti kurang dari 0,83%, karbon dan besi akan berkombinasi membentuk cementite sampai semua karbon diserap. Cementite ini akan berkombinasi dengan sejumlah ferrite untuk membentuk pearlite. Sedangkan sisa ferrite masih tetap ada yang disebut dengan proeutectoid ferrite. Pearlite dan proeutectoid ferrite disebut dengan hypotectoid. Apabila jumlah karbon lebih dari 0,83% dalam austenit maka pearlite akan terbentuk dan kelebihannya akan membentuk cementite. Cementite yang berlebih ini akan menempati batas bulir yang disebut sebagai proeutectoid cementite. Strukturnya yang terdiri dari pearlite dan proeutecyoid cementite disebut dengan hypereutectoid. Baja cementite merupakan komponen yang paling keras dan sangat rapuh dalam baja. Cementite mempunyai kandungan karbon 6,67%, cementite bisa ditemukan dalam pearlite dan juga pada batas bulir. Struktur kristal dari cementite adalah orthorhombic.
Gambar 4. Struktur mikro ferrite dan paerlite pada baja amutite
Ditinjau dengan metode statistik yaitu dengan cara standar deviasi maka baja St37 jumlah kadar karbon 42
Analisa Persentase Kandungan Karbon pada Logam Baja (Rusmardi)
rata-rata 0,53% sedangkan batas kontrol atas mencapai 0,87% dan batas bawah 0,2%. Kondisi seperti tersebut dapat digolongkan persentase karbon rendah. Baja St42 jumlah kadar karbon rata-rata 0,58% sedangkan batas kontrol atas mencapai 0,77% dan batas kontrol bawah 0,4%. Kondisi seperti tersebut sama seperti baja St37. Baja amutite jumlah kadar karbon rata-rata 0,92% sedangkan batas kontrol atas mencapai 1,27% dan batas kontrol bawah 0,57%. Kondisi seperti tersebut diatas dapat digolongkan persentase karbon tinggi. Pada baja SPK-5 jumlah kadar karbon rata-rata 1,72% sedangkan batas kontrol atas mencapai 1,95% dan batas kontrol bawah 1,48%. Kondisi seperti tersebut diatas dapat digolongkan persentase karbon tinggi.
karbon tinggi dan lebih tinggi dari baja amutite. Pada baja amutite strukturnya terdiri dari pearlite dan cementite. Kecenderungan struktur cementite semakin banyak dibandingkan pearlite, dapat dikatakan terletak pada titik transisi pada daerah besi tuang. Batasan baja karbon maksimum komposisinya 2%C diatas nilai ini sudah termasuk daerah besi tuang. Dengan semakin banyak struktur cementite maka kekerasan baja SPK-5 akan lebih tinggi, tetapi kekuatannya semakin menurun dibandingkan baja hypeitectoid. 5.2 Saran Hasil penelitian ini masih dapat dikatakan tahap awal sehingga masih dapat dilaksanakan penelitian yang lain yang lebih lengkap dan rinci terutama untuk bahan logam. Walaupun penelitian ini belum dapat dikatakan sempurna namun dapat dipakai sebagai petunjuk awal bagi para peneliti berikutnya. Peralatan untuk penelitian berikutnya diharapkan akan semakin canggih sehingga didapatkan hasil komposisi kadar karbon yang lebih akurat. PUSTAKA
Gambar 6. Struktur mikro baja dari berbagai kadar karbon
5.
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Setelah dilakukan penelitian maka dapat disimpulkan persentase baja karbon hasil uji mulai dari baja karbon rendah sampai karbon tinggi nilainya bervariasi. Untuk baja St37 dan St42 digolongkan kadar karbon rendah (hypoeutectoid) setelah diteliti didapatkan nilai karbon St37 (0,468- 0,574)% dan St 42 (0,402-0,682)% dari grafik cementite (0,008 0,83)% baja tersebut sudah cukup ideal bila digunakan untuk alat-alat perkakas. Tegangan tariknya mempunyai nilai (370-420) N/nm2. Kekerasannya bisa mencapai 90 Hrb. Untuk baja amutite dan SPK-5 setelah diteliti didapatkan nilai karbon (0,746-1,114)% dan (1,6-1,86)%. Kedua logam karbon baja tersebut mampu untuk dikeraskan, hingga disebut juga baja potong. menurut bentuk bulir-bulir pda baja St37 dna St42 tidak berbeda jauh karena keberadaannya sangat dekat sekali. Melihat dari hasil perubahan struktur mikro yang terdiri dari ferrite, yang sangat lunak dan ulet, dan sedikit pearlite yang sifatnya lebih kuat. Tentu mudah dimengerti bahwa kekuatan dan kekerasannya akan rendah. Bentuk bulir pada baja amutite dikategorikan daerah baja karbon tinggi. Karena struktur mikro yang nampak jumlah pearlitenya banyak sedang struktur ferrite semakin berkurang. Struktur pearlite tersebut sedikit dilapisi oleh cementite perubahan bentuk yang demikian tentu akan bertambah kadar karbon, juga kekuatan dan kekerasan akan bertambah pula. Bentuk bulir pda baja SPK-5 termasuk baja
1.
Beumer, B.J.M, B.S, Anwir Matondang, Ilmu bahan logam jilid I, Jakarta, PT. Bharata Karya, 1978.
2.
E, Paul De Garmo, Material and processes in manufacturing, New York, Mc Millan Publishing Co. Inc, 1979.
3.
H. W, Pollack, Material science and metalurgi, Virginia, Reston publishing Co.Inc, 1981.
4.
G, E Dieter, Djaprie, Sriati, Mekanik, Jakarta, Erlangga, 1988.
5.
Jutz, Scharkus, Westermen table for the metal trade, New Delhi, Estern Ltd, 1985.
Metalurgi
43
