BAB III METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini penulis meneliti tentang pengaruh penahanan waktu pemanasan (holding time) terhadap kekerasan baja karbon rendah pada proses karburasi dengan menggunakan media padat. Jadi penahanan waktu pemanasan dan media pendinginan dibuat bervariasi dengan tujuan untuk
mengetahui
sejauhmana
pengaruh
terhadap
kekerasan
yang
dihasilkan.
3.1.
Alur Penelitian Dalam melakukan penelitian dibutuhkan alat–alat antara lain : a. Material Benda uji. Material atau spesimen yang digunakan adalah baja karbon rendah perupa plat strip. Komposisi kimia :
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
31
Fe
= 99 , 51 %
C
= 0 , 07 %
Si
= 0 , 02 %
P
= 0 , 063 %
Mn
= 0 , 317 %
5 mm 50 mm 25 mm
Gambar 3 - 1 : Matrial Benda Uji
b. Kawat Berfungsi sebagai pengikat benda uji agar memudahkan dalam pengambilan
dari
kotak
sementasi
pada
waktu
proses
pendinginan. c. Bubuk karbon (arang kayu) dan bubuk barium karbonat. d. Kotak sementasi (kotak karbon)
gambar 3 – 2 : Kotak Sementasi
Kotak sementasi harus memiliki karakteristik sebagai berikut : o Harus
rapat
sehingga
tidak
memungkinkan
adanya
kebocoran dari gas yang terbentuk.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
32
o Tahan suhu tinggi untuk waktu yang relatif lama. o Sesuai untuk bentuk dan ukuran benda kerja yang akan diproses. o Memiliki sifat mekanik yang memadai sehingga tidak terjadi perubahan bentuk pada sat mengalami pemanasan pada waktu yang cukup lama. o Relatif ringan. Biasanya bahan Sementasi terbuat dari : o Baja Cr – Ni o Bahan ini harganya relatif mahal, tetapi bahan ini sangat stabil pada suhu yang tinggi serta relatif ringan. o Baja lunak, murah tetapi masa pakainya singkat. o Besi cor, relatif tebal (rata – rata diatas 10 mm) agar masa pakainya menjadi panjang. e. Penjepit Berfungsi untuk pengambilan kotak karbon dari tungku dan benda uji dari kotak karbon.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
33
Gambar 3 – 3 : Penjepit
f. Open listrik. Open listrik berfungsi untuk memanaskan benda kerja dengan temperatur stabil atau tetap. g. Alat Pengujian kekerasan Pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan vickers. h. Kertas gosok besi. Berfungsi untuk menggosok benda uji supaya halus.
3.2.
Perencanaan Penelitian Adapun
perencanaan
penelitian
yang
dilakukan
adalah
sebagai berikut : a. Persiapan Sebelum proses pemanasan dimulai, pertama – tama yang harus dilakukan adalah memberi tanda terhadap benda uji. Hal tersebut dilakukan karena proses karburasi untuk satu benda uji
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
34
dengan benda uji yang lainnya mempunyai perlakuan yang berbeda. Tanda yang diberikan adalah :
Waktu Penahanan
Media Pendinginan
A1
(Holding Time) 15 Menit
(Quenching) Oli
A2
15 Menit
Ol i
B1
30 Menit
Oli
B2
30 Menit
Oli
C1
50 Menit
Oli
C2 Z
50 Menit Oli Tanpa proses perlakuan panas
Tanda Spesimen
Kotak sementasi diisi dengan bubuk karbon dan BaCO3 dengan perbandingan 60 % bubuk karbon dan 40 % BaCO3. Spesimen sebelum dimasukkan ke kotak sementasi harus diikat dahulu dengan kawat.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
35
Gambar 3 – 4 : Pengikatan spesimen dengan kawat
b. Pemanasan Oven dihidupkan, kemudian kotak sementasi dimasukkan dan temperatur diatur 8750 C. Proses pemanasan dilakukan 3 kali tiap 2 spesimen sesuai dengan penahanan waktu pemanasan yang telah ditentukan pada benda uji tersebut yaitu : Proses pemanasan I
:
Benda
uji
A1
dan
A2,
waktu
penahanan temperatur 15 menit.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
36
C
0
TEMPERATUR
900
15 MENIT
800
700
600
500
400
300
200
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TIME
Gambar 3 – 5 : Grafik Proses Pemanasan I
Proses pemanasan II
:
Benda
uji
B1
dan
B2,
waktu
TEMPERATUR
0
C
penahanan temperatur 30 menit.
900
30 MENIT
800
700
600
500
400
300
200
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TIME
Gambar 3 – 6 : Grafik Proses Pemanasan II UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
37
Proses pemanasan III
:
Benda
uji
C1
dan
C2,
waktu
TEMPERATUR
0
C
penahanan temperatur 50 menit
900
50 MENIT
800
700
600
500
400
300
200
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TIME
Gambar 3 – 7 : Grafik Proses Pemanasan III
c. Pendinginan Pendinginan dilakukan setelah waktu penahanan temperatur tercapai dengan cara langsung dari media karburasi (Dirrect Quenching). Media pendinginan mengunakan Oli SAE 20 – 50 d. Proses Permesinan Setelah pendinginan dilakukan dan spesimen telah menjadi dingin dengan suhu kamar, pada salah satu sisi dari spesimen tersebut dilakukan proses permesinan yaitu dengan menyekrap / memakan setebal 1 – 2 mm. UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
38
Pada saat menyekrap suhu benda kerja dijaga agar tidak sampai panas karena bisa mengakibatkan perubahan kekerasan akibat
panas
yang
ditimbulkan.
Sedangkan
tujuan
dari
penyekrapan adalah untuk mengetahui kekerasan dari bagian pinggir yang telah terkaburasi dan bagian dalam dan untuk mengetahui ketebalan difusi karbon. e. Proses Penggosokan (Grinding) Sebelum proses penggosokan, spesimen dimasukkan kedalam pipa yang telah diisi dengan dempul besi. Tujuan dalam hal ini adalah agar nantinya pada waktu penggosokan spesimen benar – benar halus, siku dan rata. Jika tidak rata, hasil dari pemotretan pada bagian yang tidak rata akan kabur atau jelek.
Dempul besi
Gambar 3 – 8 : Benda uji dalam pipa yang didempul
Penggosokan benda uji pada bagian yang telah disekrap tadi kemudian dilakukan secara bertahap. Penggosokan dilakukan UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
39
dengan kertas gosok besi (amplas kertas) dengan dimulai dari grid yang paling kasar sampai yang paling halus yaitu : 120, 180, 240, 320, 360, 400, 600, 800, 1000, 1200.
Proses
pengososkan harus teratur sesuai dengan arah agar dicapai kehalusan yang baik. f. Proses Pemolesan (Polishing) Proses polishing dilakukan apabila proses penggosokan telah selesai.
Spesimen
selanjutnya
dicuci
dikeringkan
dengan dengan
air lap
dan
alkohol
kering.
Pada
yang proses
polishing ini spesimen digosok pada kain yang halus yang diletakkan pada piringan yang berputar, selama penggosokan kain ditaburi dengan polishing powder yaitu serbuk alumia (pasta alumia). Proses polishing ini selesai apabila bekas goresan - goresan akibat penggosokan telah hilang sehingga spesimen menjadi halus dan mengkilat, lalu spesimen dicuci dengan air dan alkohol kemudian dikeringkan. g. ETSA Proses ini dilakukan dengan cara mencelupkan permukaan benda uji pada larutan kimia guna memperjelas penglihatan struktur mikro pada mikroskop dan waktu pencelupannya juga harus relatif singkat. Karena komposisi dan struktur permukaan heterogen maka kelarutan pada permukaan heterogen maka kelarutan
pada
permukaan
spesimen
menjadi
tidak
sama,
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
40
daerah yang mudah melarutkan larutan kimia akan tampak lebih dalam sehingga akan tampak lebih gelap. Larutan esta yang digunakan adalah nikel 2 %, yang terdiri dari 2 % HNO3 dan 98 % alkohol. Pencelupan dilakukan kurang lebih 3 detik pada temperatur kamar. Proses esta selesai setelah benda uji diletakkan dibawah mikroskop, terlihat struktur mikro dengan jelas. h. Pengukuran Tebal Difusi Karbon Pengukuran hardness
dilakukan
tester.
Benda
dengan uji
menggunakan
setelah
diesta
bila
alat
mikro
diletakkan
dibawah mikroskop pada mikro hadrness tester akan terlihat ketebalan difusi karbonnya. Sehingga pengukuran ketebalan difusi karbon dapat dilakukan karena didalam lensa okuler mikroskop terdapat skala pengukuran dalam mikron meter (1/1000 mm). Adapun pembesaran total dari mikroskop yang dipakai adalah 400x terdiri dari pembesaran lensa okuler 10x dan pembesaran lensa obyektif 40x.
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
41
200
80 0
Gambar 3 – 9 : Skala Pengukuran pada lensa okuler
i. Pengujian Kekerasan Pengujian yang digunakan adalah dengan metode pengujian kekerasan vickers. Pengujian ini dilakukan pada 2 bagian yaitu bagian penampang luasan (a) dan salah satu sisi permukaan (b). b
a
Gambar 3 – 10 : Penampang dan Permukaan Benda Uji
Pengujian kekerasan dilakukan pada tahap terakhir dengan maksud agar diperoleh hasil yang akurat, karena permukaan benda
uji
sudah
rata,
halus
dan
bersih
pada
bagian
penampang luasannya dan sisi permukaannya. UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
42
Sedangkan
pada
bagian
sisi
permukaannya
dilakukan
penggosokan terlebih dahulu untuk menghilangkan oksidasi yang timbul. Setelah benda uji bersih baru dilakukan pengujian kekerasan : o Spesimen
diklem
pada
penjepit
benda
kerja
dan
diusahakan agar didapatkan permukaan yang benar – benar horizontal.
Penjepit
melingkar
360
0
,
benda
kerja
sehingga
ini
dapat
dapat bergerak
bergerak dengan
kemiringan seperti yang kita inginkan. Setelah didapatkan yang benar – benar horizontal baru klem
permukaan
tersebut dikeraskan. o Spesimen
diletakkan
Penetrator
pada
meja
pengujian
kemudian
dipasang berupa prisma intan dengan sudut
136 0. o Penyetelan beban awal 10 kg sampai beban utama 30 kg. o Meja
pengujian
dinaikkan
hingga
spesimen
menekan
indikator samapi beban 10 kg. o Pengujian kekerasan pada penampang dilakukan dengan jarak yang teratur mulai dari permukaan yaitu ± 0,3 mm, 0,6 mm dan seterusnya hingga permukaan pada bagian bawah, dan penekanan dilakukan secara berurutan atau diagonal. Sedangkan pada permukaan benda uji dilakukan secara acak. UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
43
o Setelah pembebanan awal 10 kg, beban utama 30 kg ditekan
dengan
pembebanan
menggerakkan
terlihat
jarum
tuas.
bergerak
Pada
sampai
skala berhenti.
setelah berhenti dibiarkan selama 15 detik, kemudian beban dihilanhkan. o Dan kemudian mengukur diagonal hasil indikator prisma tersebut. o Setelah diketahui diagonal rata - rata, kekerasan vickers didapat dengan rumus :
HV
=
1,8544
.
P 2
d
dimana :
P
= Gaya penekanan (kg)
d
= Diameter tapak tekan (mm)
dimana rumus tersebut didapat : a
a2
+ a2
= d2
a2
=
d2
a2
= ½ d2
2
a
d
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
44
luas bidang segitiga dari prisma , o Luas 1 bidang (A), A
=
½ . a .
t
Dimana : a
t Cos 22
=
½ a t
=
a 2 cos 22
220 t
1360
sehingga : A
=
½ . a
.
a 2 Cos 22
a2
=
4 cos 22
karena a2 = ½ d2 maka : A
=
d
2
8 cos 22
o Luas 4 bidang (prisma) : A
=
4 .
d2 8 cos 22
sehingga : A
=
d
2
2 cos 22
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
45
maka rumus kekerasan Vickers didapat :
HV
=
P
d ;
dimana
A
=
2 cos 22
A HV
= 2 cos 22 .
P
P
d
2
= 2
1,854 .
d
2
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
46
ALUR PROSES KARBURASI
Mulai
Pemotongan Spesimen Ukuran 5 x 2,5 cm
Pemberian Tanda pada Spesimen
Z
A1, A2
B1, B2
C1, C2
Spesimen Diikat Dengan kawat
Spesimen disusun dalam kotak simentasi
Pengisian Kotak Simentasi dengan bubuk karbon dan Barium Carbonat
0
Pemanasan 875 C
Waktu Penahanan
Pendinginan degan oli
Spesimen dikeluarkan secepat mungkin dari oven dan kotak simentasi
Permesinan
Pengambilan data
Analisa data
kesimpulan
Selesai
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Halaman
47
