PENGARUH PROSES NITRIDING DAN NITROCARBURIZING TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN SILINDER LINER ABSTRACT

POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1

Maret 2014

PENGARUH PROSES NITRIDING DAN NITROCARBURIZING TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN SILINDER LINER 1)

Ahmad Haryono, 2)Warsito

1), 2)

Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Pratama Mulia Surakarta 1) Email: [email protected] 2) Email: [email protected]

ABSTRACT This research was conducted to determine the effect of nitriding and nitrocarburizing for cylinder liner surface quality. Nitrocarburizing process is a variation of the principal nitriding method in which the nitrogen atoms and the carbon atoms diffused into the surface of the workpiece simultaneously the temperature around 500 ° C. The composition of the gas mixture used CH4 3,05%, 19,31% H2 and 77,6% N2. Variations in processing time for 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours, and 5 hours at temperature of 500 ° C voltage of 516 volts and 372 mA current and 1.2 mBar vacuum pressure. Test results using a chemical composition spectrometer showed that the type of material used according to standard ASTM A48 class 40 or SAE Grade 4000. The content of graphite which are distributed uniformly on the initial structure of the material is classified into type A 3 according to the size of a standard ASTM A-247. Changes to the structure of ferrite and perlite with small grains occur in any part of the affected nitrocarburizing process. In the conditions of 1,2 mBar vacuum pressure for 5 hours increased rate of violence by 75 % ( 945,76 BHN ) and wear 2 resistance of 99,8 % ( 2,11E-05 mm /kg. ) Keywords: Plasma nitriding, nitrocarburizing, cylinder liner, hardness and wear. I. PENDAHULUAN Teknik pengerasan permukaan merupakan suatu proses untuk meningkatkan sifat kekerasan serta kinerja dari suatu komponen atau material. Kerusakan suatu material biasanya dimulai dari kerusakan pada permukaan material yang disebabkan karena adanya beberapa faktor seperti keausan dan korosi. Dalam bidang otomotif, contoh komponen tersebut adalah ring piston dan silinder liner, di mana keduanya mengalami gesekan Pengaruh Proses Nitriding . .

satu sama lain sehingga dalam jangka waktu tertentu salah satu diantara komponen tersebut akan mengalami penurunan kualitas permukaan. Turunnya kualitas permukaan pada ring piston dan silinder liner akibat beban gesek yang tinggi secara langsung akan menurunkan tingkat kompresi yang bekerja, sehingga mengurangi efektifitas dan efisiensi kerja dari sebuah mesin. Kerusakan pada permukaan silinder liner biasanya diperbaiki dengan cara di bubut 1


Maret 2014

dengan mesin corter yang berakibat pada pembesaran diameter. Sehingga penggunaan piston dan ring piston yang baru harus sesuai dengan pembesaran diameter silinder liner. Material yang digunakan sebagai bahan dasar pembuatan ring piston dan silinder liner adalah besi cor kelabu. Besi cor kelabu merupakan jenis logam yang banyak digunakan pada bidang teknik dalam pembuatan komponen otomotif dan mesin perkakas seperti silinder liner, ring piston, roga gigi, landasan mesin dan beberapa komponen lainnya [1] Perlakuan permukaan dapat didefinisikan sebagai usaha dalam meningkatkan kualitas permukaan suatu material sesuai yang diinginkan.Dalam bidang rekayasa permukaan bahan, cara meningkatkan kualitas permukaan bahan dapat ditempuh melalui dua cara yaitu pertama dengan cara konvensional diantaranya adalah nitridasi, karburasi, karbonitridasi, induksi listrik maupun nyala api. Sedangkan dengan cara modern adalah dengan metode evaporasi, implantasi ion, sputtering, plasma nitriding atau nitrocarburizing [2]. Dengan kemajuan ipteks khususnya teknologi plasma, cara-cara konvensional seperti diatas mulai ditinggalkan dengan berbagai alasan seperti mengganggu lingkungan, prosesnya lama, pengontrolan sulit dan pemborosan. Keuntungan pengerasan dengan teknologi plasma dibanding dengan teknologi konvensional adalah distorsi kecil, temperatur operasi lebih rendah dengan waktu operasi lebih pendek, dapat digunakan untuk seluruh bahan baja, tingkat kekerasan lebih

tinggi dengan pengaturan dan operasi lebih teliti dan tidak menghasilkan limbah berbahaya. Ongkos operasi untuk benda yang kecil akan lebih murah meskipun investasi awal peralatan cukup tinggi. Dari beberapa metode perlakuan permukaan diatas, dalam penelitian ini metode yang akan digunakan adalah plasma nitrocarburizing [3]. Plasma nitrocarburizing pada dasarnya merupakan variasi pokok dari proses plasma nitriding. Prosesnya dilakukan pada kondisi vakum dengan diisikan campuran gas N2, H2, dan CH4, kemudian diberi beda potensial diantara dua elektrodanya yang mengakibatkan terbentuknya ion nitrogen dan ion karbon menuju ke benda kerja sehingga terjadi proses deposisi dan difusi antara ion nitrogen dan ion karbon ke dalam permukaan benda kerja membentuk lapisan tipis yang dapat meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus. Hasil umum nitrocarburizing adalah lapisan senyawa pada permukaan material, dan zona difusi yang mendasari yang terdiri dari besi dan paduan nitrida dan nitrogen terlarut. Lapisan tipis yang terbentuk lapisan fasa tunggal ε (epsilon), besi – karbonitrida (Fe 2-3 (N, C)). Yang merupakan senyawa ternary heksagonal pada besi, nitrogen dan karbon. Kedalaman lapisan tipis antara 10 – 40 µm. Memberikan sifat fisis dan kimia yang baik terhadap keausan dan korosi. Pada zona difusi meningkatkan daya tahan lelah dan kekerasan. Kedalaman difusi nitrogen meningkatkan sifat kelelahan. Lapisan difusi mengandung unsur

Pengaruh Proses Nitriding . .

2


Maret 2014

gamma prime (γ’), ε - fasa, Fe3C, dan berbagai paduan nitrida dan karbida, tergantung pada elemen pembentuk nitrida baik itu bahan, suhu, waktu nitrocarburizing dan komposisi gas yang digunakan. Total kedalaman lapisan tipis dan zona difusi adalah 1 mm. Selain perbaikan karakteristik permukaan, nitrocarburizing juga dapat mengurangi distorsi. Prosedur nitrocarburizing dilakukan pada suhu rendah maka tidak terjadi perubahan fasa dari austenite ke martensite, dan struktur tetap di wilayah ferritik [5]. Dari uraian diatas dapat dirumuskan : Bagaimana pengaruh proses nitriding dan nitrocarburizing terhadap : nilai kekerasan, ketahanan aus, dan perubahan struktur mikro pada silinder liner. Tujuan Penelitian dari penelitian ini adalah meneliti pengaruh proses nitriding dan nitrocarburizing terhadap kekerasan, ketahanan aus, dan perubahan struktur mikro pada silinder liner. Tinjauan Pustaka [4] Meneliti tentang evaluasi ketahanan aus proses nitrocarburizing pada bahan AISI 316L. Pada penelitian ini proses nitrocarburizing dilakukan dengan variasi waktu 2 jam, 5 jam dan 15 jam. Konsentrasi gas CH4 adalah 1 %, 2 %, 3 % dan 5 %. Sedangkan tekanan yang digunakan adalah 560 Pa. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekerasan tertinggi sebesar 920 HV pada konsentrasi 3 % gas CH4 selama 5 jam. Kedalaman maksimal atom-atom karbon dan nitrogen yang terdifusi kedalam bahan AISI 316L adalah 2 % untuk atom karbon

dan 19 % untuk atom nitrogen. Hasil uji keausan untuk sampel awal koefisien geseknya 0,7 - 0,9 dan 0,6 - 0,8 diperoleh di nitriding murni, dan 0,4 - 0,5 pada proses nitrocarburizing. Laju keausan material awal sebesar 268,3 mg, untuk proses nitridasi 4,5 mg dan proses nitrocarburizing sebesar 3,1 mg. Pengamatan struktur mikro lapisan tipis yang terbentuk ε’-phase ( Fe2–3CN ) dan γ’ phase ( Fe4N ). Pengaruh suhu nitrocarburizing terhadap perubahan kekerasan permukaan dan struktur mikro pada bahan SUS 304 diteliti oleh [6]. Proses nitrocarburizing dilakukan pada suhu 550 °C – 700 °C selama 1 jam. Hasilnya yang didapat pada sampel awal kekerasan bahan SUS 304 adalah 261 HV setelah di nitrocarburizing pada suhu 700 °C selama 1 jam, kekerasannya meningkat menjadi 280 HV. Kedalaman maksimal atom-atom nitrogen dan karbon yang terdifusi kedalam bahan SUS 304 adalah 3,4 µm. Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa bahan yang telah dilakukan proses nitrocarburizing pada suhu 700 °C selama 1 jam, terlihat jelas adanya lapisan atom-atom N dan C didalam bahan SUS 304. Pada sampel awal terdapat matrix γ-phase, δ-ferrite, dan twinning transformation. Pada sampel yang telah di nitrocarburizing pada suhu diatas 500 °C mempunyai matrix γ-phase, δ-ferrite, δ-phase, dan twinning transformation. Pada penelitian lanjutan variasi suhu yang digunakan adalah 800 °C – 1200 °C selama 1 jam. Hasilnya yang didapat pada sampel awal kekerasan bahan SUS 304 adalah 261 HV setelah di


3


Maret 2014

nitrocarburizing pada suhu 1200 °C selama 1 jam, kekerasannya meningkat menjadi 320 HV, sedangkan kedalaman maksimal atom-atom nitrogen dan karbon yang terdifusi kedalam bahan SUS 304 adalah 0,302 mm. Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa bahan yang telah dilakukan proses nitrocarburizing pada suhu 1200 °C selama 1 jam, terlihat jelas adanya lapisan atom-atom N dan C didalam bahan SUS 304. Pada sampel awal terdapat matrix γ-phase, δ-ferrite, dan twinning transformation. Pada sampel yang telah di nitrocarburizing pada suhu diatas 800 °C mempunyai matrix γ-phase, carbide, δ-ferrite, δ-phase, dan twinning transformation. [7] Melakukan penelitian pada bahan yang sama SUS 304 dengan variasi waktu 0 jam, 5 jam dan 6 jam. Hasilnya menunjukkan bahwa, pada sampel awal kekerasan bahan SUS 304 adalah 261 HV, setelah di nitrocarburizing pada suhu 400 °C selama 6 jam, kekerasannya meningkat menjadi 348 HV. Kedalaman atom-atom nitrogen dan karbon yang terdifusi kedalam bahan SUS 304 adalah 109,1 µm. Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa bahan yang telah dilakukan proses nitrocarburizing pada suhu 400˚C selama 6 jam, terlihat jelas adanya lapisan atom-atom N dan C didalam bahan SUS 304. Pada sampel awal dan yang di nitrocarburizing terdapat matrix yang sama yaitu γphase, δ-ferrite, dan twinning transformation. [8] Pengaruh mekanisme nitriding dan nitrocarburizing terhadap kekasaran permukaan pada material besi cor

kelabu. Penelitian dilakukan dengan menggunakan suhu 566 °C dan 520 °C, variasi waktu 15 jam, 20 jam dan 24 jam dengan campuran gas 50 % N2. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa dengan metode gas nitriding nilai kekasaran permukaan 203,64 µm pada suhu 566 °C dan pada suhu 520 °C nilai kekasaran permukaan 121,67 µm. Sedangkan dengan menggunakan metode plasma nitrocarburizing kekasaran permukaan besi cor kelabu 35,67 µm. Hasil tersebut diatas masih belum memuaskan dikarenakan kekasaran permukaan sebelum dilakukan proses nitriding/nitrocarburizing adalah 3,31 µm. Hasil dari uji struktur mikro untuk zona senyawa dengan proses gas nitriding memiliki ketebalan yang tidak merata dan terdapat cacat sepanjang serpihan grafit, sedangkan dengan proses plasma nitriding bagian dari zona senyawa sangat seragam dan kompak tanpa adanya cacat. [9] Melakukan penelitian tentang peningkatan kualitas roda gigi dengan proses nitridasi. Bahan yang digunakan besi cor kelabu SL 20 (Grade 14-BS 1452). Pada penelitian ini suhu yang digunakan adalah 550 ° C selama 25 jam. Dengan komposisi campuran gas N2 / H2 / CH4 dan gas NH3. Hasil uji kekerasan untuk campuran gas N2/H2/CH4 sebesar 545 HV sedangkan untuk gas NH3 sebesar 490 HV. Hasil uji struktur mikro mempunyai struktur ferrite-pearlite ( > 50 % ferrite) dengan bentuk grafit type A. [10] Plasma pertama kali ditemukan oleh Irving Langmir pada tahun 1929 pada saat mempelajari lucutan gas. Plasma


4


Maret 2014

merupakan keadaan fisis keempat setelah zat padat, cair dan gas, sebagaimana yang kita ketahui pada pemanasan zat padat menjadi cair, pemanasan zat cair menjadi gas, dan pemanasan gas menjadi plasma. Plasma didefinisikan sebagai gas yang terionisasi dalam keadaan kuasinetral dari partikel bermuatan dan partikel netral menunjukkan fenomena kolektif. Keadaan kuasinetral merupakan keadaan gas terionisasi dengan rapat ion hampir sama dengan rapat elektron, sehingga dapat dikatakan bahwa ni ≈ ne ≈ dimana n menyatakan kerapatan secara umum yang disebut dengan rapat plasma. Sedangkan fenomena kolektif adalah suatu keadaan yang kompleks terjadi proses-proses atomis ( dissosiasi, ionisasi, eksitasi ) secara bersamaan. Plasma terbentuk dari proses ionisasi gas melalui lucutan listrik dalam tabung gas bertekanan rendah, pemanasan laser, pemanasan langsung, medan osilator radio frekuensi, dan pemampatan tiba-tiba, ion-ion dan electron ini pada suatu daerah dan kondisi tertentu akan memiliki jumlah muatan yang kurang lebih seimbang, kondisi yang demikian ini disebut dengan plasma. Suhu di ruang nitridasi dijaga dengan alat kontrol temperatur pada suhu 350 °C – 590 °C. Suhu operasi yang optimal perlu ditentukan untuk setiap aplikasi yang berbeda. Pada suhu lebih tinggi, lapisan keras yang dihasilkan dapat lebih dalam namun dengan resiko terjadi perubahan dimensi dan penurunan kekerasan maksimum yang dapat dicapai.

Plasma nitrogen yang diperlukan untuk proses nitridasi dapat dibangkitkan dengan tegangan tinggi DC 0,5 – 1 kV maupun dengan radio frekuensi AC (13,56 MHz). Untuk peralatan ukuran besar dan discharge-gap antara anoda dan katoda cukup jauh, tegangan diatas 1 kV diperlukan untuk membangkitkan plasma yang diperlukan. Penggunaan tegangan radio frekuensi AC untuk tabung ukuran besar dapat menghasilkan plasma yang lebih stabil (Sujitno, 2003).


5


Maret 2014

Skema dari peralatan nitridasi ditunjukkan pada Gambar 1. Keterangan Gambar 1 : 1. Tabung dan sistem aliran gas 2. Sistem pemanas dan benda uji 3. Sistem pengatur dan control temperature 4. Pompa dan sistem vakum 5. Sistem tegangan tinggi 6. Tabung reaktor plasma 7. Anoda Gambar 1. Skema peralatan nitridasi [2].

Tabel 1. Komposisi Kimia Besi Cor Kelabu Aplikasi Otomotif Standar SAE J431 (ASM Handbook, Vol.1) UNS F10004 F10005 F10006 F10007 F10008

SAE grade G1800(b) G2500(b) G3000(c) G3500(c) G4000(c)

C% 3.4 – 3.7 3.2 – 3.5 3.1 – 3.4 3.0 – 3.3 3.0 – 3.3

Mn % 0.5 – 0.8 0.6 – 0.9 0.6 – 0.9 0.6 – 0.9 0.7 – 1.0

Si % 2.8 – 2.3 2.4 – 2.2 2.3 – 1.9 2.2 – 1.8 2.1 – 1.8

P% 0.15 0.12 0.10 0.08 0.07

S% 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15

Tabel 2. Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu (ASM Handbook, Vol.1) ASTM A48 class 20 25 30 35 40 50 60

Uji Tarik MPa 152 179 214 252 293 362 431

Ksi 22 26 31 36.5 42.5 52.5 62.5

Surdia (1975), besi cor kelabu adalah besi cor yang kandungan karbonnya bervariasi antara 2,5 % 4 % sementara kandungan silikon Pengaruh Proses Nitriding . .

Tegangan Geser MPa 179 220 276 334 393 503 610

Ksi 26 32 40 48.5 57 73 88.5

Uji Kekerasan HB 156 174 210 212 235 262 302

antara 1 % - 3 %. Sebagian besar grafit yang terbentuk pada besi cor jenis ini adalah serpihan yang sekitarnya dilingkupi matrik ferrite 6


Maret 2014

α atau perlite. Bentuk mikrostruktur besi cor kelabu dipengaruhi oleh komposisi atau pengaruh dari perlakuan panas. Besi cor kelabu terbentuk dari paduan besi dan karbon dengan laju pendinginan medium (dengan matrik berupa perlite) dan pendinginan lambat (dengan matrik berupa ferrite). Komposisi kimia besi cor kelabu menurut standar SAE J431 apikasi otomotif ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. menunjukkan komposisi kimia besi cor kelabu untuk aplikasi otomotif sesuai dengan tipe-tipe yang dijual dipasaran, dimana kisaran karbonnya antara 3 % – 3,7 %. Sedangkan sifat mekanis besi cor kelabu menurut standar ASTM A 438 disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. menunjukkan hasil pengujian batang besi cor kelabu standar Dari tabel tersebut diketahui besi cor kelabu memiliki kekerasan 156 – 302 HB dan kekuatan tarik 152 – 431 Mpa. Berat jenis besi cor kelabu 7,1 gr/cm3 sampai 7,3 gr/cm3 pada temperatur kamar dan dipengaruhi oleh kandungan grafit. Sedangkan dalam keadaan cair berat jenisnya berkisar antara 6,78 gr/cm3 sampai dengan 6,95 gr/cm3. Besi cor kelabu untuk aplikasi otomotif cylinder liners menurut standar ASTM A 159 termasuk pada grade G4000.

memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan dengan beban tertentu. Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik, diameter lekukan diukur dengan mikroskop, setelah beban tersebut dihilangkan. Permukaan yang akan dibuat lekukan harus relatif halus, rata dan bersih dari debu atau kerak. Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban (F) dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut: (1)

Uji Kekerasan Metode uji kekerasan yang diajukan oleh J.A. Brinell, pada tahun 1900 merupakan uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta disusun pembakuannya (Dieter, 1987). Uji kekerasan ini berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam

Gambar 2. Parameter-parameter dasar pada pengujian Brinnel [12].


√

Dimana : F = Beban yang diberikan (KP atau Kgf) D = Diameter indentor yang digunakan d = Diameter bekas lekukan Parameter - parameter untuk pengujian Brinnel Tester menurut Dieter (1987) ditunjukkan pada Gambar 2.

Uji Keausan Uji keausan akan dilakukan dengan menggunakan metode Oghosi dengan prinsip piringan putar (revolving disk) sebagai media penggesek pada alat uji keausan 7


akan menggesek permukaan sampel uji, gesekan tersebut akan menghasilkan jejak keausan pada bagian yang lebih lunak. Skema uji keausan ditunjukkan pada Gambar 3. Perhitungan keausan spesifik (Ws) material mengacu pada instruction manual Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine :

(mm2/kg)

(2)

Gambar 3. Skema uji keausan Data mesin uji keausan : A (Luas Permukaan Abrasi) B (tebal disk pengaus) : 3 mm r (radius disk pengaus) : 13.6 mm P ( beban ) : 2.12 kg Kecepatan abrasi : 0,25 m/dt t ( waktu ) : 60 detik L ( jarak sliding : V.t ) : 15 m METODE PENELITIAN Penelitian dilaksanakan dengan tahapan sebagai berikut : a. Bahan silinder liner, dipotong dengan ukuran 10 x 20 x 2 mm sebanyak 40 buah, kemudian membuat cetakan (mounting) dengan diameter 56 mm dengan tinggi 15 mm. Menggunakan campuran antara resin dan katalis dengan perbandingan 100 : 2 dalam cetakan. Selanjutnya spesimen diamplas dengan ukuran grit 100 sampai 2000 menggunakan alat poles, Pengaruh Proses Nitriding . .

Maret 2014

dilanjutkan dengan polishing dengan autosol metal polish pada kain beludru. Setelah didapat hasil permukaan yang halus, spesimen selanjutnya di cuci dan lap hingga kering hingga siap untuk dilakukan proses nitriding dan nitrocarburizing. Sebelum dilakukan proses nitriding dan nitrocarburizing tiga spesimen dilakukan pengujian kekerasan awal dengan Brinnel Tester dan satu spesimen lagi dilakukan pengujian komposisi kimia dengan Spectrometer. b. Pelaksanaan proses nitriding dan nitrocarburizing : Spesimen dibersihkan dari kotoran terutama dari pelumaspelumas, spesimen dimasukkan kedalam tabung reaktor, saklar utama ON, saklar instrumen posisi ON, saklar vakum posisi ON, pastikan meter vakum menunjuk 1,4 x 10-1 mBar, saklar catu daya posisi ON, putar pengatur catu daya hingga meter tegangan menunjuk 500 Volt, lihat jendela tabung reaktor keadaan glow dischart, buka tabung regulator tabung gas dengan tekanan keluaran 2,5 mBar, buka kran pengatur gas dengan tekanan yang dikehendaki sebesar 1,2 mBar, jika suhu yang dikehendaki belum memenuhi atau glow dischart posisi mati, tegangan masuk bisa ditambah dengan memutar pengatur catu daya. Jika operasi mesin nitridasi plasma sudah stabil dan suhu yang dikehendaki sudah tercapai maka ditentukan waktu nitridasi. 8


Setelah waktu tercapai, proses nitridasi dihentikan / dimatikan. c. Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan Brinnel Tester. Beban penjejakan 62,5 kgf, diameter penetrator 2,5 mm dan waktu penjejakan selama 15 detik. d. Pengujian keausan dilakukan dengan menggunakan Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine ( Type OAT-U ) e. Pengujian metalografi : 1. Mikroskop Optik Olympus 2. SEM/EDS Perubahan Yang Diamati : 1. Uji Komposisi Kimia sebelum dan sesudah proses nitriding dan nitrocarburizing. 2. Uji Kekerasan 3. Uji Keausan 4. Struktur mikro sebelum dan sesudah proses nitriding dan nitrocarburizing. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Komposisi Kimia Hasil uji komposisi menunjukkan bahwa material besi cor kelabu tanpa perlakuan mempunyai paduan unsur utama 92,91 % besi, 2,6 % silikon, 3,28 % karbon dan unsur – unsur atom yang lain dengan total 100 %. Adapun hasil lengkap pengujian komposisi material besi cor kelabu tanpa perlakuan ditunjukkan pada Tabel 1. Dari hasil pengujian tersebut, dapat diketahui bahwa spesimen dapat digolongkan dalam besi cor kelabu ASTM A 48 class 40 atau SAE Grade 4000. Tabel 1. Komposisi silinder liner tanpa perlakuan. No

Unsur

wt % Hasil Uji

mass% Hasil Uji


Maret 2014

1 2 3 4 5 6 7

C Cr Ni Mo Mn Si Fe

3,2865 0,1447 0,0147 0,0045 0,6892 2,5557 92,91

EDS 4,46 0,02 0,08 0,50 2,04 90,10

Uji Kekerasan Hasil uji kekerasan spesimen besi cor kelabu diberikan pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Uji Kekerasan dengan tekanan 1,2 mBar Spesi men Raw

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

N o 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Posisi titik acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak acak

Nitro d(mm) 1 1 1 0,85 0,85 0,85 0,60 0,60 0,60 0,47 0,47 0,47 0,38 0,38 0,38 0,25 0,25 0,25

(BHN) 228,57 228,57 228,57 271,1 271,1 271,1 388,3 388,3 388,3 498,46 498,46 498,46 714,1 714,1 714,1 945,76 945,76 945,76

Pengujian menggunakan brinell tester, dengan beban penjejakan 1840 N ( 187,5 kgf ), diameter penetrator 2,5 mm dan waktu penjejakan selama 15 detik. Uji kekerasan material besi cor kelabu tanpa perlakuan mendapatkan harga kekerasan sebesar 228,57 BHN. Berdasarkan Tabel 2, kekerasan tertinggi didapat pada waktu 5 jam sebesar 945,76 BHN . Pada kondisi tersebut permukaan spesimen (atom-atom Fe) telah berikatan kuat dengan ion-ion nitrogen dan karbon 9


yang berdifusi menempati posisi sisipan pada kisi-kisi kristal (batas butir) pada permukaan spesimen, sehingga kerapatan bahan disekitar permukaan meningkat dan menghasilkan lapisan tipis [14].

Maret 2014

Struktur mikro spesimen besi cor kelabu ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5.

Uji Keausan Pengujian keausan menggunakan mesin Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine ( Type OATU ). Tabel 3. Hasil Uji Keausan Ketahanan aus suatu material sangat dipengaruhi oleh nilai kekerasan dan ketangguhan. Nilai kekerasan yang rendah sedangkan nilai ketangguhan tinggi akan menyebabkan material bersifat lunak, sehingga akan memiliki ketahanan aus yang rendah. Demikian pula sebaliknya, nilai kekerasan tinggi dan nilai ketangguhan yang rendah menyebabkan material bersifat rapuh (brittel), dan akan memiliki ketahanan aus yang rendah pula. Untuk itu diperlukan kesetimbangan yang cukup baik antara nilai kekerasan dan nilai ketangguhan guna memperoleh ketahanan aus yang optimal [14]. Tabel 3. menunjukkan bahwa nilai keausan pada material sebelum proses nitrocarburizing adalah 1,22E-03 mm2/kg. Sedangkan nilai keausan tertinggi terjadi pada waktu proses selama 5 jam sebesar 2,11E-05 mm2/kg. Dilihat dari Tabel 2, angka kekerasannyapun paling tinggi sebesar 945,762 BHN.

Spesi men

Lebar alur abrasi (mm) Bo1

Bo2

Bo3

Bo4

Ws (mm2/kg)

Raw

1,32

1,21

0,79

1,16

1,22E-03

1 jam

0,47

0,6

0,63

0,48

2 jam

0,33

0,54

0,51

0,3

1,40E-04 6,42E-05

3 jam

0,28

0,45

0,46

0,27

4,22E-05

4 jam

0,21

0,46

0,44

0,23

3,26E-05

5 jam

0,19

0,4

0,39

0,18

2,11E-05

a

Hasil Uji Struktur Mikro Pengaruh Proses Nitriding . .

10


b Gambar 4. Struktur mikro spesimen (a).Sebelum etsa (b) Sesudah etsa

a

Maret 2014

grafit type A yang terdistribusikan secara seragam dalam ASTM A-247 ukuran grafitnya diklasifikasikan kedalam ukuran 3 dengan penampang besar, setelah mengalami proses nitrocarburizing pada bagian tepi atau bagian yang terkena proses tersebut terbentuk ferrite dan perlite dengan butiran kecil–kecil. KESIMPULAN 1. Hasil uji kekerasan nilai tertinggi sebesar 945,76 BHN, sedangkan nilai kekerasan awal 228,57 BHN atau terjadi peningkatan 4 kalinya. Kondisi ini diperoleh pada tekanan valum 1,2 mBar, waktu pendeposisian selama 5 jam, dengan Suhu 500 ⁰C, tegangan yang digunakan adalah 516 volt, dan Arus 372 mA. 2. Hasil uji keausan nilai ketahanan aus terbaik terjadi pada tekanan vakum 1,2 mBar, waktu pendeposisian selama 5 jam, dengan suhu 500 ⁰C sebesar 2,11E-05 mm2/kg dari nilai keausan awal 1,22E-03 mm2/kg.

Grafit

Pearlite

Ferrite

b Gambar 5. Struktur Mikro besi cor kelabu (a) sebelum proses nitrocarburizing, (b) sesudah proses nitrocarburizing Dari Gambar 5 diatas menunjukkan bahwa struktur awal terdiri dari Pengaruh Proses Nitriding . .

DAFTAR PUSTAKA Surdia, T., (1996), Teknik Pengecoran Logam” PT. Pradnya Paramita . Jakarta. Sujitno, T., (2003), Aplikasi Plasma Dan Teknologi Sputtering Untuk Surface Treatment, Workshop Sputtering Untuk Rekayasa Permukaan Bahan, P3TM-BATAN, Yogyakarta. Bandriyana, B., Tutun, N., (2003), Desain peralatan nitridasi plasma untuk pengerasan komponen industri, Prosiding Seminar Akselator. P3TMBATAN, 5 Nopember 2003, Yogyakarta. 11


Chang, C. N., Chen, F. S. (2003). Wear Resistance Evaluation of Plasma Nitrocarburized AISI 316L Stainless Steel, Materials Chemistry and Physics 82, p. 281–287. Nan, C., Northwood, D. O., Bower, R. J., Sun, X., (2009), Distorsi in ferritic nitrocarburized SAE 1010 plain carbon steel, Department of Mechanical, Automotive and Materials Engineering, University of Windsor, 401 Sunset Avenue, Windsor, Ontario, Canada. Sudjadi, U., (2008), Pengaruh Nitrocarburizing DC-Plasma Temperatur (550-700) °C Terhadap Perubahan Kekerasan Permukaan Dan Struktur Mikro Pada Bahan SUS 304, PTBN-BATAN, Tangerang. Sujitno, T., (1996). Pengaruh Suhu dan Waktu Nitridasi Terhadap Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah AISI 1010 yang di Nitridasi dengan teknik lucutan pijar”, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta. Rolinski, E., Konieczny, A., Sharp, G., (2007), Influence Of Nitriding Mechanisms on Surface Roughness Of Plasma And Gas Nitroded/ Nitrocarburized Gray Cast Iron, Ind.Htg. p.39-46. Gligorijevic, R., Jevtic, J., Borak, D., (2011), Nitriding As a Way For Increasing Dynamic Strength of Gray Cast Iron Gears”, Machine design , Vol.3 No.2., pp. 91 - 94. Pengaruh Proses Nitriding . .

Maret 2014

Weyde, C., (2006), Plasma Paramaters From The Rosetta LAP Instrument, Swedish Institute of Space Physics, Uppsala. ASM Handbook (1991), Heat Treating, Volume 4, Metals Park, Ohio Dieter, E. G., (1987), Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill Inc, New york. ASM Handbook (2005), Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance Alloys, Volume 1. Metals Park, Ohio. Nurjaman, F., (2012), Pembuatan grinding ball dari material white cast iron dengan penambahan chtomium, mplybdenun, vanadium, dan boron sebagai unsur paduanpembentuk karbida, Thesis S2, Universitas Indonesia.

12

PENGARUH PROSES NITRIDING DAN NITROCARBURIZING TERHADAP KUALITAS PERMUKAAN SILINDER LINER ABSTRACT

Recommend Documents