ANALISA SIFAT MEKANIK PERMUKAAN BAJA ST 37 DENGAN PROSES PACK CARBURIZING, MENGGUNAKAN ARANG KELAPA SAWIT SEBAGAI MEDIA KARBON PADAT Ir. Kaidir. M . Eng., M.Si,1) Rizky Arman, ST. MT2) Julisman3) Jurusan Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Padang 2015 Jln. Gajah Mada. No. 19 Olo Nanggalo Padang 25143 E-mail :
[email protected]
ABSTRAK Baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam dunia industri karena beberapa kelebihan sifatnya seperti tahan aus, keuletan dan ketanguhan. Untuk peningkatan atau perubahan sifat mekanis biasanya dilakukan penambahan unsur lain seperti karbon dengan perlakuan panas. Penelitian ini membandingkan sifat impact dan gaya tekan baja ST 37 akibat perlakuan pack carburizing dengan material arang cangkang kelapa sawit. Pemanasan pada proses pack carburizing menggunakan temperatur 600, 650 dan 700°C dengan holding time selama 3 jam. Proses pendinginan dilakukan dengan metode normalizing. Hasil penelitian menunjukkan dengan menggunakan arang cangkang kelapa sawit, harga impact maximum 2,874 J/mm2 terjadi pada temperatur pemanasan 650°C dan gaya tekan maximum 34.525,4 N terjadi pada temperatur 700°C, namun pada harga impact minimum 1,933 J/mm2 terjadi pada tempratur 700°C, dan gaya tekan minimum 2.631,9 N terjadi pada temperatur 650°C , penambahan sumber karbon padat dari arang cangkang kelapa sawit terhadap sifat impact dan gaya tekan baja ST 37 terjadi pada temperatur pemanasan 700°C. Kata kunci : Baja ST 37, pack carburizing, normalizing, impact, gaya tekan
ABSTRACT Steel is a metal that is widely used in industry because of its several advantages such as wear resistance, toughness and ketanguhan. To increase or change in mechanical properties is usually the addition of other elements such as carbon by heat treatment. The study compared the impact properties and the compressive force steel ST 37 as a result of treatment pack carburizing with palm shell charcoal material. Heating the pack carburizing process using a temperature of 600, 650 and 700 ° C with a holding time for 3 hours. The cooling process is done by normalizing method. The results showed the use of oil palm shell charcoal, maximum impact the price of 2.874 J / mm2 occur at heating temperature of 650 ° C and a maximum compressive force 34525.4 N occurs at a temperature of 700 ° C, but at the price of minimum impact 1,933 J / mm2 occur in tempratur 700 ° C, and a minimum compressive force N 2631.9 occurs at a temperature of 650 ° C, the addition of solid carbon source of oil palm shell charcoal impact on the nature and style of ST 37 steel compression heating occurs at a temperature of 700 ° C. Keywords: Steel ST 37, pack carburizing, normalizing, impact, compressive force
1. PENDAHULUAN 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 presentase 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. Perbedaan presentase karbon dalam campuran logam baja karbon menjadi salah satu cara mengklasifikasikan baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam, yaitu : 1. Baja karbon rendah Baja kabon rendah (low carbon steel) mengandung karbon dalam campuran baja karbon kurang dari 0,3%. Baja ini bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3%C. Baja karbon rendah tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk struktur martensit (Amanto, 1999). 2. Baja karbon menengah Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3%C – 0,6%C (medium carbon steel) dan dengan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah (Amanto, 1999). 3. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi mengandung 0,6%C – 1,5%C dan memiliki kekerasan tinggi namun keuletannya lebih rendah, hampir tidak dapat diketahui jarak tegangan lumernya terhadap tegangan proporsional pada grafik tegangan regangan.
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. Kandungan unsur Karbon dalam baja berkisar antara 0.2 % hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Baja ST 37 adalah baja yang memiliki kekuatan tarik maximum < 37 kg/mm2. Baja ST 37 merupakan baja karbon rendah yang mempunyai kandungan karbon kurang dari 0,3% dan lebih dari 99% seperti tampak pada tabel dibawah ini.
2. METODOLOGI 2.1. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi dua macam yaitu bahan sebagai obyek pengamatan dan bahan pendukung penelitian. 1. Bahan Pengamatan Bahan utama sebagai obyek pengamatan yaitu baja st 37 kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2 % hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Baja ST 37 adalah baja yang memiliki kekuatan tarik maximum < 37 kg/mm2. Baja ST 37 merupakan baja karbon rendah yang mempunyai kandungan karbon kurang dari 0,3% dan lebih dari 99%.
Gambar 1. Baja ST 37 Uji Impact
Gambar 3. Furnace
Gambar 2. Baja ST 37 Uji Tekan 2. Bahan Pendukung (Arang Kelapa Sawit) Penggunaan arang kelapa sawit dalam penelitian ini merupakan pilihan dari sumber karbon lainnya sebagai media dalam proses pack carburizing pada baja st 37.
Proses pemanasan untuk dua jenis spesimen dan arang yang sama terdiri dari tiga tahap, tahapan tersebut merupakan variasi temperatur pemanasan yaitu 600, 650 dan 700oC dimana terdiri dari 3 spesimen untuk masing-masing temperatur pemanasan. Holding time yang dilakukan adalah selama tiga jam, setelah itu spesimen didinginkan di luar furnace hingga mencapai temperatur ruangan (normalizing). Untuk mengetahui harga impact spesimen dilakukan pegujian impact metode charpy di Laboratorium Material Teknik & Metalurgi Fisik Universitas Bung Hatta. Spesifikasi alat ini adalah model JB-300B diperlihatkan pada gambar 4.
2.2. Alat Beberapa peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah selongsong tabung pack carburizing, furnace, alat uji impact charpy dan alat uji tekan. Selongsong merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai wadah pengkarbonan dalam proses pack carburizing . Spesimen ditempatkan ditengah-tengah selongsong dan dikelilingi oleh arang yang telah dipadatkan. Furnace merupakan alat untuk memanaskan spesimen. Furnace yang di gunakan adalah merk thermolyne model FB1410M-26 seperti diperlihatkan pada gambar 3. Gambar 4. Alat uji impact metode charpy
Persamaan yang digunakan untuk menentukan harga impact spesimen adalah sebagai berikut:
Gambar 5. Alat Uji tekan Persamaan yang digunakan untuk menentukan gaya tekan spesimen adalah sebagai berikut:
Untuk mengetahui gaya tekan spesimen dilakukan pengujian tekan di Politeknik Negeri Padang, dapat dilihat pada gambar 5.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 2. Harga Gaya Tekan Spesimen
3.1. HASIL Hasil pengujian impact dan tekan dapat dilihat seperti pada grafik, tabel berikut : Tabel 1. Harga impact Spesimen
Gambar 7. Grafik perbandingan gaya tekan rata-rata pada masing-masing spesimen Gambar 6. Grafik Perbandingan harga impact rata-rata pada masing-masing spesimen
3.2. PEMBAHASAN Gambar 6. Grafik dapat menjelaskan bahwa harga impact rata-rata terendah yaitu pada spesimen pack carburizing temperatur pemanasan 700 oC yaitu 1,933 j/mm2, spesimen ini merupakan spesimen paling getas. Hal ini di sebabkan karena pada temperatur 700 oC baja karbon ST 37 telah mendekati titik regristalisasi atau terjadinya perubahan fasa, dan pada saat itu struktur micro baja ST 37 telah membuka dan bisa menerima atom karbon dari arang cangkang kelapa sawit.
Gambar 8. Permukan patahan Baja ST 37. Hasil Pengujian Impact Baja ST 37 (a); Baja ST 37 pack carburizing 600oC (b); Baja ST 37 Baja ST 37pack carburizing 650oC (c), Baja ST 37 pack carburizing 700oC (d)
Gambar 9. Hasil uji tekan Baja ST 37. Spesimen control (a); Spesimen pack carburizing 600oC (b); Spesimen pack carburizing 650oC (c), Spesimen pack carburizing 700oC (d)
Untuk temperatur 650 oC harga impactnya yaitu 2,874 j/mm2. Spesimen pada temperatur ini merupakan spesimen paling ulet, disebabkan karena pada temperatur 650oC baja ini mengalami pemuaian, tapi atom karbon belum bisa masuk kedalam struktur micro baja. Spesimen pack carburizing pada temperatur pemanasan 600 oC memiliki harga impact 2,382 j/mm2, spesimen ini memiliki keuletan lebih rendah dibandingkan spesimen pada temperatur pemanasan 650oC, namun lebih ulet jika dibandingkan pada temperatur pemanasan 700oC dan spesimen control. Hal ini disebabkan karena baja hanya mengalami pemanasan serta perubahan fasa, namun tidak ada atom karbon lain yang masuk , perubahan yang terjadi pada struktur mikro baja ini adalah perubahan dari fasa perlit menjadi fasa peredozoid. Spesimen tanpa proses pack carburizing harga imapctnya adalah 2,025 j/mm2. Spesimen ini lebih ulet dibandingkan spesimen pack carburizing temperatur pemanasan 700oC, namun lebih getas jika dibandingkan spesimen pack carburizing temperatur pemanasan 600oC dan 650oC.Harga impact dari masing-masing spesimen dapat dihubungkan dengan gaya tekan rata-rata pada pengujian tekan, Gambar 7. grafik menampilkan gaya tekan rata-rata pada masing-masing spesimen. Nilai gaya tekan
pada temperatur pemanasan 700 oC yaitu 34.525,4 N, spesimen ini memiliki nilai gaya tekan rata-rata yang paling tinggi dan yang paling getas. Untuk temperatur 650 o C nilai gaya tekan rata-rata adalah 21.050,4 N spesimen pada temperatur ini merupakan spesimen paling ulet , karna memiliki nilai gaya tekan rata-rata paling rendah. Spesimen pada temperatur pemanasan 600oC memiliki nilai gaya tekan rata-rata yaitu 27.737,2 N yang merupakan spesimen paling getas dari pada spesimen untuk temperatur 650 oC, namun lebih ulet bila dibandingkan dengan spesimen pada temperatur 700 oC dan spesimen control. 4. KESIMPULAN Berdasarkan penilitian yang meliputi pengujian dan analisa terhadap sifat mekanis baja ST 37 tanpa perlakuan dan yang diperlakukan pack carburizing menggunakan arang kelapa sawit sebagai sumber karbon padat dengan temperatur pemanasan yang berfariasi, dapat disimpulan bahwa : 1.
Baja ST 37 yang diperlaku pack carburizing pada temperatur o pemanasan 700 C memiliki keuletan paling rendah, namun gaya tekannya paling besar dibandingkan pada temperatur pemanasan 600oC, 650oC dan spesimen kontrol. 2. Baja ST 37 yang diperlaku pack carburizing pada temperatur o pemanasan 650 C memiliki keuletan paling tinggi, namun gaya tekannya paling kecil dibandingkan pada temperatur pemanasan 600oC, 700 oC dan spesimen control. Secara garis besar, sifat yang diperoleh dari perlakuan tersebut adalah dapat meningkatkan keuletan dan kegetasan baja ST 37. Hal ini tergantung pada temperatur pemanasannya, karena pada setiap temperatur pemanasan akan membentuk fasa yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA Abdurrahman1,Burmawi2, Yovial3. Analisa sifat Mekanik Biokomposit Dengan Variasi Komposisi Hidroksiapatit, Titanium, Dan Resin Akrilik Sebagai Penganti Tulang. Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Amanto. 1999. Analisa Sifat Kekasaran Baja ST-42 Dengan Pengaruh Besarnya Butiran Media Katalisator (Tulang Sapi(CaCO3). Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburizing). Canny S Dayu, dkk. Analisa Perbandingan Sifat Impact dan Kekerasan Akibat PerlakuanPack Carburizing Dengan Material Arang yang berbeda Pada Aluminium AA 110.0.
Sumber :Rusianto & Sigit, 2002. Pengaruh Karburisai Padat Dengan Katalisator Cangkang Kerang Darah (CaCO2) Terhadap Sifat mekanik Dan Keasuhan Baja ST 37.
