PENGARUH VARIASI WAKTU BAJA KARBON RENDAH TERHADAP STRUKTUR MIKRO, NILAI KEKERASAN, LAJU KOROSI DAN NILAI KEAUSAN SPESIFIK

POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2

September 2013

PENGARUH VARIASI WAKTU BAJA KARBON RENDAH TERHADAP STRUKTUR MIKRO, NILAI KEKERASAN, LAJU KOROSI DAN NILAI KEAUSAN SPESIFIK Sutrisno Teknik Mesin, Universitas Nahdlatul Ulama Surakarta E-mail : [email protected]

ABSTRACT AISI 1008 steel is a kind of low carbon steel, in which the carbon content (C) a maximum of only 0.1% C. In general, low carbon steel has the advantage of having a resilient nature, tough, has the ability to weld and machine good and relatively cheap. However, low carbon steel also has some drawbacks such as low hardness values and also a high corrosion rate. One effort to improve corrosion resistance on steel is hard chromium plating. The purpose of this study was to determine the effect of variations in hard chromium plating time on the microstructure, hardness value, the value of the corrosion rate of low carbon steel (AISI 1008) Hard chromium plating process using a variety of processing time 20 minutes, 40 minutes and 60 minutes with the strong currents of 10A. Analysis of the microstructure using optical microscopy and Scanning Electron Microscope (SEM). Vickers hardness testing method, corrosion testing using test equipment corrosion rate type three-electrode cell with a potentiostat type PGS - 201T with corrosive media 0.5% NaCl solution The test results showed that the coating formed on the hard chromium plating process is influenced when the coating process. Hardness value increases with increasing processing time. The highest hardness value occurs in hard chromium plating process with strong currents 60 minutes is 562 VHN. The value of the corrosion rate decreased with increasing processing time, where the lowest corrosion rate at 60 minutes is 0.989 mm / year. Lowest specific wear values at 60 minutes is 2,925.10-4 mm2/kg. Keywords: hard chrome, time, violence, the rate of corrosion, wear and tear.

I

PENDAHULUAN. Logam baja merupakan salah satu logam yang paling banyak digunakan dalam berbagai bidang diantaranya pada kontruksi bangunan, komponen permesinan, komponen perkapalan, komponen otomotif, mesin perkakas, bahan rel kereta api, perpipaan dan juga Pengaruh Variasi Waktu…

alat berat. Secara umum baja memiliki sifat tangguh, mampu dilakukan proses permesinan, mempunyai sifat mampu las yang baik. Namun demikian baja juga memiliki kelemahan yaitu tidak tahan terhadap korosi. Nilai kekerasan baja lebih rendah dibanding besi cor karena kadar 52


September 2013

karbon yang terkandung dalam baja lebih rendah antara 0 - 2% C. Penggunaan baja dapat disesuaikan dengan kebutuhan tergantung pada sifat mekanik dan karakteristik yang dinginkan. Mutu logam baja akan mengalami penurunan akibat baja berhubungan dengan udara maupun fluida dan juga adanya kontak dengan material lain sehingga akan timbul gesekan dan material akan mengalami keausan. Karena faktor tersebut maka daya guna dari baja tidak bisa maksimal. Faktor lain yang menyebabkan penurunan mutu logam adalah korosi. Korosi juga menjadi beban bagi peradaban manusia (Trethewey dan Chamberlain 1991) diantaranya: a) dari segi biaya korosi sangat mahal, b) korosi sangat memboroskan sumberdaya alam, c) korosi sangat tidak nyaman bagi manusia, bahkan kadang mendatangkan maut. Gesekan (friction) merupakan bentuk dari hilangya energi akibat adanya kontak dua permukaan yang saling bergerak relatif satu sama lain (Hutchings, 1992). Gesekan yang terjadi akan menimbulkan panas dan material menjadi cepat aus. Jika gesekan tersebut berlangsung secara terus menerus maka material yang saling berkontak akan mengalami goresan, permukaan material bisa berkurang bahkan bisa menyebabkan hilangnya sebagian

energi. Lebih dari 60% daya yang disuplai ke mesin dibuang sebagai panas melalui diinding blok silinder dan juga dibuang melalui gas buang (Merlo, 2003). Kehilangan daya tersebut akibat adanya gesekan komponen yang berkontak dan bergerak relatif satu sama lain Salah satu cara pencegahan serangan korosi dan juga keausan pada material baja yang saling berkontak dengan cara pelapisan permukaan. Electroplating merupakan salah satu cara pelapisan permukaan substrat yang berlangsung dalam larutan elektrolit, dimana material substrat berfungsi sebagai katoda dan material pelapis sebagai anoda (Grainger, 1989). Arus searah (DC) dialirkan ke anoda dan katoda. Arus listrik akan mengalir melalui lauratan elektrolit, sehingga ion-ion dari anoda berpindah ke katoda. Hard chrome merupakan salah satu cara untuk memperpanjang umur pakai dari komponen seperti valve, ring piston dan journal bearing (Merlo, 2003). Lapisan krom yang terbentuk menghasilkan sifat kekerasan yang tinggi, sehingga chromium plating selain untuk pencegahan terhadap korosi juga untuk mengurangi laju keausan suatu material. Aplikasi dari chromium plating banyak digunakan dalam industri otomotif (transmission, differential component, sistem

Pengaruh Variasi Waktu…

53


September 2013

kemudi), aerospace dan pipa-pipa oli/gas (Leahey, 2009). Pada penelitian akan dipelajari pengaruh waktu proses terhadap struktur mikro, nilai kekerasan dan laju korosi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu terhadap struktur mikro, nilai kekerasan, juga laju korosi dan laju keausan spesifik pada baja karbon rendah (AISI 1008).

menunjukkan bahwa pelapis krom lebih baik dari pelapis seng dalam melindungi baja terhadap laju korosi dalam lingkungan air laut. Penambahan kekerasan terbesar didapat pada tegangan listrik 12 volt pada pelapis krom sebesar 6,950 VHN dan pelapis seng sebesar 9,851 VHN. Laju korosi terkecil pada tegangan listrik 12 volt dengan laju korosi untuk pelapis krom sebesar 0,0173 mm/tahun dan untuk pelapis seng sebesar 0,0573 mm/tahun.

II

LANDASAN TEORI Raharjo (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Ketebalan lapisan dan juga nilai kekerasan meningkat seiring dengan naiknya tegangan listrik dan juga lamanya waktu proses electroplating selama 15 menit. Ketebalan maksimum yang dicapai yaitu 37,79 µm pada tegangan 12 volt selama 15 menit, sedangkan kekerasan optimum yang dicapai adalah 351,29 VHN pada tegangan 12 volt selama 15 menit. Pengaruh tegangan pada proses electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan dan laju korosi telah diteliti oleh Alian (2010). Penelitian ini menggunakan unsur krom dan seng sebagai bahan pelapis. Uji korosi dilakukan pada media menyerupai kondisi air laut selama 168 jam. Hasil penelitian Pengaruh Variasi Waktu…

III METODOLOGI. a Material. Material yang dipakai adalah baja karbon rendah (AISI 1008) dengan kandungan karbon (C) maksimal 0,1%, mangan (Mn) antara 0,3-0,5%, fosfor (P) maksimal 0,04 dan belerang (S) maksimal 0,05%. Spesimen dipotong dengan ukuran diameter 13 mm dengan tebal 3 mm.

Gambar 1 foto spesimen material

54

POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 2

September 2013

b Proses . Proses pelapisan hard chrome secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2 . Spesimen (baja AISI 1008) sebagai sumbu katoda sedangkan sumbu anodanya adalah anoda tak terlarut (Pb). Komposisi larutan pada proses adalah : Larutan chromic acid (CrO3) = 260 g/l, Asam sulfat (H2SO4) = 3 g/l, dengan suhu larutan sekitar 45o – 55o C. Arus yang digunakan dalam proses hard chrome adalah 10A dengan waktu proses 20 menit, 40 menit serta 60 menit.

permukaan spesimen untuk dipoles dan dietsa dengan larutan Nital (2%HNO3 dan 98% propanol) selama 30 detik. Pengamatan struktur mikro menggunakan mikroskop optik dan SEM dengan pembesaran yang bervariasi.

Gambar 2 skema hard chrome

Struktur mikro. Karakterisasi struktur mikro dari material akan dilihat dengan melakukan foto mikro pada daerah yang mengalami proses hard chrome dan daerah yang diuji korosi. Untuk mengetahui bentuk struktur mikro spesimen, yaitu dengan mengambil penampang

c Kekerasan. Pada penelitian ini pengujian kekerasan menggunakan metode Vickers. Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk belah ketupat. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramid yang saling berhubungan adalah 136o. Metode pengujian Vickers dapat dilihat pada Gambar 3. Pengujian kekerasan menggunakan beban 250 gr dan ditahan selama 10 detik

a


Gambar 3 metode pengujian Vikers

VHN = 1,854

( )

p kg 2 2 d mm 55


Dengan : p = beban indentasi (kg) d = diagonal rata-rata bekas injakan (mm) d. Korosi. Korosi merupakan proses perusakan logam dan degradasi sifat logam akibat berinteraksi dengan lingkungannya. Korosi terjadi berdasarkan proses elektro-kimia (electrochemical process). Laju korosi (Jones, 1992) dapat dihitung dalam mils (0,001 in) per year (mpy) dengan rumus seperti dibawah: . 0,129 . 2) Dengan : r = laju korosi (mpy) a = berat atom n = valensi atom i = rapat arus korosi (µA/cm2) D = berat jenis sampel (gr/cm3)Perhitungan laju korosi untuk paduan, terlebih dahulu dihitung berat equivalennya (equivalen weight= EW) dengan persamaan (Jones 1992): 3)

4)

∑

∑

.

Dengan : EW = berat equivalen NEQ = nilai equivalen total = fraksi berat = nomor massa atom Pengaruh Variasi Waktu…

September 2013

! = elekron valensi Maka persamaan (2) menjadi: 5)

0,129

"#$ %&'

e. Keausan. Keausan merupakan kejadian dimana material hilang dari permukaannya karena berinteraksi dengan permukaan pasangannya (Hutchings, 1992). Nilai keausan spesifik (Ws ) dapat dihitung dengan persamaan: ). * + ( 8. . -. ./ Dengan: Ws =keausan spesifik material (mm2/kg) B = tebal disk pengaus (mm) B = jarak abrasi (mm) R = jari – jari disk pengaus (mm) P = beban (kg) lo = jarak sliding (mm) Pengujian keausan menggunakan alat uji keausan Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) dengan beban (P) yang digunakan 2,12 kg, tebal pengaus (B) = 3,305 mm, jari – jari pengaus (r) = 12,85 mm serta jarak sliding (lo) = 5000 mm. Skema dari proses uji keausan metode Oghosi dapat ditunjukkan pada Gambar 4

56


September 2013

Gambar 4 Skema uji keausan Oghosi f.

Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa spesimen yang digunakan termasuk kedalam kategori baja karbon rendah jenis AISI 1008.

HASIL DAN PEMBAHASAN. a Uji komposisi material. Berdasarkan hasil uji komposisi kimia material yang digunakan, dapat dilihat pada Tabel 1.

Standar ASTM Hasil uji komposisi

C <0,1 0,0673

Mn 0,30,5 0,47

Si -

P <0,4

S <0,5

Cr -

W -

Ni -

Cu -

0,226

0,0388

0,0167

0,0518

0,296

0,0776

0,0765

Tabel 1 komposisi kimia Struktur Mikro. Gambar 5 memperlihatkan struktur mikro dari raw material, dimana struktur mikro berupa ferit dan perlit. Hal tersebut

menunjukkan bahwa material yang digunakan adalah jenis baja karbon rendah

Gambar 5 struktur mikro raw material (AISI 1008) dengan perbesaran 200x,


57


September 2013

b Nilai kekerasan. Gambar 6 dibawah menunjukkan grafik nilai kekerasan proses hard chrome pada kuat arus 10A dengan interval waktu 20, 40 dan 60 menit. Nilai kekerasan material dasar sebesar 193 VHN, setelah material mengalami proses pelapisan nilai kekerasan meningkat dengan bertambahnya waktu

pelapisan. Hal ini disebabkan dengan semakin lama waktu proses pelapisan akan semakin banyak deposit yang terbentuk pada permukaan material sehingga akan meningkatkan nilai kekerasannya. Nilai kekerasan paling tinggi pada waktu 60 menit yaitu 562 VHN.

nilai kekerasan (VHN)

grafik kekerasan 600 500 400 300 200 100 0 0

20

40

60

Waktu (menit)

c

Gambar 6 grafik nilai kekerasan mm/year Laju korosi akan Laju korosi. Gambar 7 dibawah mengalami penurunan memperlihatkan grafik dengan adanya laju korosi hasil proses peningkatan waktu proses hard chrome pada kuat hard chrome. laju korosi arus 10A dengan interval terendah pada waktu 60 waktu 20, 40 dan 60 menit sebesar 0,989 menit. Laju korosi mm/year. material dasar adalah 1,487


58

POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 2

laju korosi (mm/year)

2

September 2013

grafik laju korosi

1.5 1

0.5 0 0

20

40

60

waktu (menit)

Gambar 7 laju korosi Gambar 8a dibawah menyerang secara lokal. memperlihatkan hasil Hasil EDX pada Gambar SEM pada lapisan Cr2O3 7b memperlihatkan yang telah mengalami komposisi utama berupa korosi. Bentuk korosi yang unsur Cr dan O serta terjadi merupakan korosi kemungkinan dalam sumuran (fitting fitting bentuk Cr2O3 corrosion)) yang

Gambar 7 hasil foto a)SEM dan b)EDX d Nilai keausan spesifik. Gambar 8 menunjukkan grafik nilai keausan spesifik hasil proses hard chromee pada kuat arus 10A dengan waktu proses 20, 40 dan 60 menit. Nilai keausan spesifik mengalami penurunan seiring dengan makin lamanya waktu proses


hard chrome. Hal ini menunjukkan bahwa material baja karbon rendah yang telah mengalami proses hard chrome lebih tahan aus dibandingkan dengan baja karbon rendah yang tanpa proses hard chrome. Nilai keausan spesifik terendah

59


September 2013

2,925.10-4 mm2/kg.

pada waktu 60 menit yaitu

keausan spesifik (mm2/kg)

nilai keausan spesifik 1.6E-03 1.1E-03 6.0E-04 1.0E-04

-4.0E-04 0

20

40

60

waktu (menit)

Gambar 8 keausan spesifik g.

KESIMPULAN 1. Hard Chromium plating akan meningkatkan nilai kekerasan, menurunkan laju korosi dan juga menurunkan nilai keausan spesifik pada baja karbon rendah (AISI 1008). 2. Nilai kekerasan akan semakin meningkat dengan bertambahnya waktu proses hard chrome. nilai kekerasan tertinggi pada waktu 60 menit yaitu 562 VHN. 3. Laju korosi mengalami penurunan dengan bertambahnya waktu proses hard chrome, laju korosi terendah pada waktu 60 menit yaitu 0,989 mm/year. 4. Nilai keausan spesifik mengalami penurunan dengan bertambahnya waktu proses hard chrome, nilai keasuan spesifik


terendah pada waktu 60 menit yaitu 2,925.10-4 mm2/kg. DAFTAR PUSTAKA Alian, H., 2010, “ Pengaruh Tegangan Pada Proses Electroplating Baja Dengan Pelapis Seng Dan Krom Terhadap Kekerasan Dan Laju Korosi “, Prosedding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) Ke-9 Palembang. ASM Handbook, 2005, “Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance Alloys”, Metal Handbook, Vol 1. Barbato, S.R, Ponce, J.F, Jara, M.V, Cuevas, J.S, Egana, R.A., 2008, “ Study Of The Effect Of

60


September 2013

Temperature On The Hardness, Grain Size, And Yield In Electrodeposition Of Chromium On 1045 Steel “, Journal Of The Chilean Chemical Society, Vol 53, N.1. pp Callister, W.D., 2007, “ Material Science and Engineering an ed Introduction 7 ”, JohnWiley and Sons.inc. Grainger, S., 1989, “Engineering Coatings (Design And Application)”, First Edition, Abington Publishing, England. Hutchings, I.M.,1992,”Tribology (Friction and Wear of Engineering Materials)”, First Edition, A Arnold, Hodder Headline Group, London. Leahey, M.W., 2009, “Replacement Of Hard Chrome Electroplating By Tungsten Carbide Based High Velocity Oxygen Fueled Thermal Spray”, A Project

Submitted to the Graduate, Rensselaer Polytechnic Institute, Hartford CT. Merlo, A.M., 2003, “The Contribution Of Surface Engineering To The Product Performance In The Automotive Industry”, Journal surface and Coatings Technology, Elsevier, 174-175, pp 21-26. Mulyadi, F.W., 2007, “Pengaruh Temperatur, Rapat Arus Dan Waktu Dari Proses Pelapisan Hard Chromium Pada Material ST 41 Yang Telah Mengalami Proses Perlakuan Panas”, Tugas Akhir, Institut Teknologi Bandung. Raharjo, S., 2010, “Pengaruh Variasi Tegangan Listrik Dan Waktu Proses Electroplating Terhadap Ketebalan Serta Kekerasan Lapisan Pada Baja Karbon Rendah Dengan Krom”, Master Thesis, Universitas Diponegoro Semarang.


61

PENGARUH VARIASI WAKTU BAJA KARBON RENDAH TERHADAP STRUKTUR MIKRO, NILAI KEKERASAN, LAJU KOROSI DAN NILAI KEAUSAN SPESIFIK

Recommend Documents