PERBANDINGAN NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO AKIBAT VARIASI KATALIS PADA PROSES CARBURIZING BAJA S45C

PERBANDINGAN NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO AKIBAT VARIASI KATALIS PADA PROSES CARBURIZING BAJA S45C

SKRIPSI Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan pada Universitas Negeri Semarang

Oleh Mochammad Alan Robbina NIM 5201408035

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2012

PERSETUJUAN PEMBIMBING Skripsi ini telah disetujui oleh Pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia ujian skripsi pada : Hari : Tanggal :

Pembimbing I

Pembimbing II

Hadromi, S.Pd., MT. NIP. 196908071994031004

Rusiyanto, S.Pd., MT. NIP. 197403211999031002

Mengetahui, Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin,

Dr. M. Khumaedi, M.Pd. NIP. 196209131991021001

ii 

   

  HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh: Nama : Mochammad Alan Robbina NIM : 5201408035 Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin Judul : Perbandingan Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis Pada Proses Carburizing Baja S45C Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji dan diterima sebagai persyaratan memperoleh gelar Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Ketua Sekretaris

Panitia Ujian : Dr. M. Khumaedi, M. Pd. NIP. 196209131991021001 : Wahyudi, S.Pd, M.Eng. NIP. 198003192005011001

Dewan Penguji : Hadromi, S.Pd., M.T. NIP. 196908071994031004 Pembimbing II : Rusiyanto, S.Pd., M.T. NIP. 197403211999031002 : Drs. Sunyoto, M.Si Penguji Utama NIP. 196511051991021001 Penguji Pendamping I : Hadromi, S.Pd., M.T. NIP. 196908071994031004 Penguji Pendamping II : Rusiyanto, S.Pd., M.T. NIP. 197403211999031002

Pembimbing I

Ditetapkan di Semarang Tanggal 2012

Mengesahkan Dekan Fakultas Teknik

Drs. Muhammad Harlanu, M. Pd NIP. 196602151991021001

iii 

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

   

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi saya yang berjudul “Perbandingan Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis pada Proses Carburizing Baja S45C”disusun berdasarkan hasil penelitian saya dengan arahan dosen pembimbing. Sumber informasi atau kutipan yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini. Skripsi ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar dalam program sejenis di perguruan tinggi lain.

Semarang,

Oktober 2012

Mochammad Alan Robbina NIM. 5201408035

iv 

   

  MOTTO DAN PERSEMBAHAN Motto ƒ

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

kamu

telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap. (QS. Al-Insyirah : 6-8). ƒ

Apa yang saya saksikan di alam adalah sebuah tatanan agung yang tidak dapat kita pahami dengan sangat menyeluruh dan hal itu semestinya menjadikan seseorang yang senantiasa berpikir dilingkupi perasaan rendah hati. (Einstein).

Persembahan 1. Orang tuaku tercinta, Bapak Musyafa’ dan Ibu Qomariyah yang senantiasa memberikan do’a, dukungan dan kasih sayangnya. 2. Kedua adikku tersayang atas do’a dan dukungannya. 3. Fatma Nurmala Ulfa yang selalu memberikan dukungan, do’a dan perhatiannya kepadaku. 4. Sahabatku, Ahmed, Miftah, Rizki atas bantuan dan motivasinya. 5. Teman-teman Pendidikan Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2008. 6. Almamaterku UNNES.

v 

   

 

PRAKATA

Alhamdulillahirobbil’alamin, puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat

menyelesaikan

skripsi

dengan

judul

“PERBANDINGAN

NILAI

KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO AKIBAT VARIASI KATALIS PADA PROSES CARBURIZING BAJA S45C ” Penyusun menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.

Prof. Dr. H. Sudijono Sastroatmodjo, M.Si, Rektor Universitas Negeri Semarang, atas kesempatan yang telah diberikan untuk menyelesaikan studi di Universitas Negeri Semarang;

2.

Drs. Muhammad Harlanu, M.Pd, Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang, yang telah memberikan pelayanan dan kesempatan mengikuti progam S1 di Fakultas Teknik Univerasitas Negeri Semarang;

3.

Dr. M. Khumaedi, M.Pd, Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang, yang telah memberikan fasilitas dan pelayanan selama masa studi di Jurusan Pendidikan Teknik Mesin;

4.

Hadromi, S.Pd. M.T, Dosen pembimbing skripsi I yang dengan sabar telah membimbing dan memberikan arahan sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan;

vi 

   

  5.

Rusiyanto, S.Pd. M.T, Dosen pembimbing skripsi II yang dengan sabar telah membimbing dan memberikan arahan sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan;

6.

Drs. Sunyoto, M.Si, Dosen penguji yang telah memberikan saran, arahan dan bimbingan sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan;

7.

Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang yang telah berkenan memberikan ijin kepada penulis untuk melaksanakan penelitian.

8.

Kepala Laboratorium Bahan Teknik S1 Universitas Gadjah Mada yang telah berkenan memberikann ijin kepada penyusun untuk melaksanakan pengujian spesimen.

9.

Staf pengajar Fakultas Teknik yang telah memberikan ilmu selama penyusun menempuh pendidikan di Universitas Negeri Semarang;

10.

Rekan-rekan Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2008 atas kebersamaan dan memberi kenangan terindah kepada penyusun;

11.

Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini; Semoga amal dan kebaikan mendapat balasan rahmat yang setimpal dari

Allah SWT dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Semarang,

Penyusun

vii 

2012

   

  SARI Robbina, Mochammad Alan. 2012. Perbandingan Nilai Kekerasan Dan Struktur Mikro Akibat Variasi Katalis Pada Proses Carburizing Baja S45C. Skripsi. Jurusan Pendidikan Teknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Negeri Semarang. Pembimbing I. Hadromi, S.Pd. M.T. Pembimbing II. Rusiyanto, S.Pd. M.T. Proses pengarbonan (carburizing) merupakan proses thermo-chemical yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu austenitnya dalam ruang yang mengandung serbuk karbon. Pengarbonan ini bertujuan untuk menaikkan kadar karbon pada lapisan permukaan baja sehingga diperoleh baja yang memiliki permukaan keras. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan nilai kekerasan dan struktur mikro pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing. Penelitian ini dilakukan pada material baja karbon dengan kandungan karbon 0,520% C, kemudian bahan dibuat spesimen uji kekerasan sesuai standar JIS Z 2201 1981. Proses carburizing pada material dengan suhu 900°C dan holding time 4 jam, sumber karbon yang digunakan yaitu arang batok kelapa, dengan variasi katalis yang digunakan yaitu barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. Arang batok kelapa dan katalis dicampur dengan komposisi sebesar 75% arang batok kelapa dan 25% katalis. Berdasarkan hasil eksperimen pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata kekerasan pada spesimen raw material mempunyai nilai kekerasan 201,3 Kg/mm2, kelompok spesimen A (spesimen dengan katalis barium karbonat) sebesar 218,7 Kg/mm2, kelompok spesimen B (spesimen dengan katalis kalium karbonat) sebesar 216,7 Kg/mm2, dan kelompok spesimen C (spesimen dengan katalis natrium karbonat) yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2. Sedangkan pada pengamatan struktur mikro untuk spesimen yang telah dicarburizing terlihat fase martensit. Kesimpulan dari penelitian ini adalah penggunaan katalis barium karbonat sebesar 25% memberikan peningkatan kekerasan paling tinggi dan optimal dibandingkan pengunaan katalis kalium karbonat dan natrium karbonat. Selain itu terjadi perubahan struktur mikro baja jenis S45C akibat variasi katalis yang digunakan dalam proses carburizing. Keadaan ini terlihat dari hasil foto struktur mikro dimana ada pertumbuhan dari keadaan kristal yang kasar menjadi keadaan kristal yang halus. Kehalusan kristal mulai terlihat dari bahan yang diberi penambahan katalis. Bagi penelitian selanjutnya diharapkan dapat meneliti faktorfaktor lain yang mempengaruhi nilai kekerasan dan struktur mikro yang tidak dibahas dalam penelitian ini. Kata kunci : Carburizing, Nilai Kekerasan, Struktur Mikro.

viii 

   

  ABSTRACT Robbina, Mochammad Alan. 2012. “Comparison value and the Structure of Micro Hardness Variation Due Process Catalysts In carburizing steel S45C”. Final Project. Department of Mechanical Engineering Education. Faculty of Engineering. State University of Semarang. Advisor. Hadromi, S.Pd. M.T. Co Advisor. Rusiyanto, S.Pd. M.T. Carburizing process is a thermo-chemical process which is done by heating the specimen at the austenit temperature in the chamber which containing carbon powder. Carburizing aims to raise the level of carbon in the surface layer of steel to obtain steel with hard surfaces. The purpose of this research was to determine the difference in value of hardness and microstructure due to variation in S45C steel catalyst on carburizing process. The research was carried out on the material of carbon steel with a carbon content of 0.520% C, and material hardness test specimens were made according to standard JIS Z 2201 1981. Carburizing process the material with a temperature of 900 ° C and holding time 4 hours, the carbon source used is coconut shell charcoal, with a variation of the catalyst used are barium carbonate, potassium carbonate and sodium carbonate. Coconut shell charcoal and mixed catalysts with composition of 75% coconut shell charcoal and 25% catalyst. Based on the experimental results obtained hardness test average raw material hardness of the specimen has a hardness value of 201.3 Kg/mm2, group A specimens (specimens with barium carbonate catalyst) of 218.7 Kg/mm2, group B specimens (specimens with catalyst potassium carbonate) of 216.7 Kg/mm2, and group C specimens (specimens with sodium carbonate catalyst) that has a value of 217.9 Kg/mm2 violence. While the observation of the microstructure for specimens that have been seen carburized martensit phase. The conclusion of this study is the use of barium carbonate catalyst gives a 25% increase in hardness compared to the highest and best use of the catalyst of potassium carbonate and sodium carbonate. Besides the steel microstructure changes due to variations in the type S45C catalyst used in the process of carburizing. This situation is evident from the images of microstructures in which there is growth of a coarse crystalline state into a state of fine crystal. Subtlety crystals began to appear from the material given the addition of a catalyst. For further research is expected to examine other factors that affect the value of hardness and microstructure are not addressed in this study. Keywords : Carburizing, Hardness values, Micro Structure.

ix 

   

 

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ...................................................................................

i

PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................................

ii

PENGESAHAN KELULUSAN ................................................................

iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ...................................................

iv

MOTO DAN PERSEMBAHAN ...............................................................

v

PRAKATA ..................................................................................................

vi

SARI .................... ........................................................................................

viii

ABSTRACT .................................................................................................

ix

DAFTAR ISI................................................................................................

x

DAFTAR TABEL .......................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................

xiv

DAFTAR RUMUS ......................................................................................

xvi

DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................

xvii

BAB I

PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Masalah ...................................................

1

1.2

Perumusan Masalah ..........................................................

3

1.3

Pembatasan Masalah .........................................................

4

1.4

Tujuan Penelitian ..............................................................

5

1.5

Manfaat Penelitian ............................................................

5

1.6

Penegasan Istilah ..............................................................

6

x 

   

  BAB II

KAJIAN TEORI 2.1

Baja ...................................................................................

8

2.2

Pengaruh Unsur Campuran dalam Baja ............................

9

2.3

Karbon ..............................................................................

11

2.4

Karakteristik Baja S45C ...................................................

11

2.5

Macam-macam Perlakuan Panas ......................................

12

2.6

Carburizing (Karbonasi)...................................................

13

2.7

Energizer (Katalis)............................................................

16

2.8

Pengujian Logam ..............................................................

18

2.9

Uji Kekerasan (Hardness Test).........................................

18

2.10

Dasar-Dasar Pengujian Kekerasan ...................................

19

2.11

Pengujian Kekerasan Vikers .............................................

21

2.12

Pengujian Kekerasan Mikro Vikers ..................................

24

2.13

Pengamatan Struktur Mikro..............................................

25

2.14

Kerangka Berpikir ............................................................

27

BAB III METODE PENELITIAN 3.1

Jenis Penelitian .................................................................

29

3.2

Variabel Penelitian............................................................

29

3.3

Waktu dan Tempat Penelitian...........................................

31

3.4

Alat dan Bahan .................................................................

32

3.5

Pelaksanaan Eksperimen ..................................................

32

3.6

Proses Pengujian ...............................................................

40

3.7

Metode Pengumpulan Data...............................................

42

xi 

     

3.8

Analisis Data.....................................................................

45

3.9

Prosedur Eksperimen ........................................................

47

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1

BAB V

Hasil Penelitian .................................................................

48

4.1.1 Data Hasil Pengujian Kekerasan Mikro Vikers ................

48

4.1.2 Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro............................

54

4.2

60

Pembahasan ......................................................................

PENUTUP 5.1

Simpulan ...........................................................................

68

5.2

Saran .................................................................................

69

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

70

LAMPIRAN ................................................................................................

71

xii 

         

 

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1

Logam Ferro dan Pemakaiannya ..........................................

9

Tabel 2.2

Komposisi Baja S45C (Sertifikat Komposisi Baja S45C Bohlindo) .........................

12

Data Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi ......................................................................

43

Tabel 3.2

Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi ..............................

43

Tabel 3.3

Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material ............................

44

Tabel 3.4

Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi...........................

44

Tabel 4.1

Data Hasil Rata-Rata Kekerasan Seluruh Variasi .................

48

Tabel 4.2

Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi ..............................

49

Tabel 4.3

Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material ............................

50

Tabel 4.4

Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi...........................

50

Tabel 4.5

Peningkatan Nilai Kekerasan Bahan .....................................

53

Tabel 3.1

xiii 

       

 

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1

Diagram Fasa Fe-C ................................................................

13

Gambar 2.2

Proses Difusi Atom................................................................

14

Gambar 2.3

Baja yang Dikarbonasikan.....................................................

14

Gambar 2.4

Hubungan Antara Tebal Pelapisan dengan Periode Karbonasi .................................................................

15

Gambar 2.5

Prinsip Pengukuran Mikro Vikers .........................................

23

Gambar 2.6

Tipe-Tipe Lekukan Piramida Intan .......................................

24

Gambar 2.7

Pemeriksaan Banda Uji dengan Mikroskop Metalurgi .........

27

Gambar 3.1

Dimensi Spesimen .................................................................

33

Gambar 3.2

Spesimen Uji Kekerasan Mikro Vikers .................................

33

Gambar 3.3

Spesimen Pengamatan Struktur Mikro ..................................

34

Gambar 3.4

Spesimen yang Telah Dipotong.............................................

34

Gambar 3.5

Campuran Serbuk Arang Batok Kelapa dengan Katalis .......

35

Gambar 3.6

Kotak Carburizing yang Telah Diisi Campuran Arang dan Katalis.............................................................................

35

Gambar 3.7

Spesimen di dalam Kotak Carburizing .................................

36

Gambar 3.8

Spesimen Telah Tertutup Rata dengan Campuran Serbuk Arang dan Katalis..................................................................

36

Oven Pemanas Logam...........................................................

37

Gambar 3.10 Kotak Carburizing di dalam Kotak Pemanas........................

37

Gambar 3.11 Pengaturan Suhu ...................................................................

37

Gambar 3.12 Penahanan Suhu ....................................................................

38

Gambar 3.13 Spesimen yang Telah di Carburizing....................................

38

Gambar 3.14 Mesin Poles ...........................................................................

39

Gambar 3.15 Lapisan Resin Logam............................................................

39

Gambar 3.16 Alat Uji Kekerasan Mikro Vikers..........................................

40

Gambar 3.17 Panel Alat Uji Kekerasan Mikro Vikers ................................

41

Gambar 3.18 Alat Pengamatan Mikro Vikers .............................................

41

Gambar 3.9

xiv 

     

Gambar 3.19 Setting Alat Foto Mikro ........................................................

42

Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian ........................................................

47

Gambar 4.1

Grafik Hasil Pengujian Kekerasan Baja S45C ......................

51

Gambar 4.2

Grafik Ketebalan Lapisan Carburizing .................................

51

Gambar 4.3

Grafik Peningkatan dan Penurunan Nilai Kekerasan Baja S45C .............................................................................

53

Foto Struktur Mikro Raw Material (R) dengan Pembesaran 160x ......................................................

54

Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x................

55

Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelopmpok Spesimen A dengan Pembesaran 160x ......................................................

56

Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x ......................................................

56

Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen B dengan Pembesarab 160x ................

57

Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen B Dengan Pembesaran 160x .....................................................

57

Gambar 4.10 Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen B Dengan Pembesaran 160x .....................................................

58

Gambar 4.11 Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen C dengan Pembesaran 160x ................

58

Gambar 4.12 Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen C Dengan Pembesaran 160x .....................................................

59

Gambar 4.13 Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen C Dengan Pembesaran 160x .....................................................

59

Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9

xv 

           

  DAFTAR RUMUS

Rumus

Halaman

1.

Rumus BHN ..................................................................................... 21

2.

Rumus VHN ..................................................................................... 22

3.

Rumus nilai tengah .......................................................................... 45

xvi 

               

  DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

Halaman

1.

Sertifikat baja S45C......................................................................... 72

2.

Lembar hasil pengujian kekerasan mikro vickers............................ 73

3.

Hasil perhitungan uji ketebalan carburizing ................................... 77

4.

Calibrasi foto mikro......................................................................... 78

5.

Hasil perhitungan uji kekerasan ...................................................... 79

6.

Surat keputusan Pembimbing skripsi .............................................. 83

7.

Surat ijin penelitian ......................................................................... 84

9.

Surat peminjaman Laboratorium ..................................................... 85

xvii 

   

  BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Perkembangan produksi manufaktur sekarang ini semakin maju seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi. Beberapa produksi dengan baja sebagai bahan baku untuk produksinya yang banyak digunakan terutama untuk alat-alat perkakas dan komponen-komponen otomotif. Baja karbon sedang banyak digunakan sebagai komponen mesin seperti roda gigi, poros dan komponen lainnya yang diperlukan kekerasan dan keliatannya. Permasalahan yang sering timbul yaitu dalam hal kelelahan yang disebabkan keausan karena terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga terjadi deformasi atau perubahan bentuk, untuk mengatasi hal tersebut diperlukan bahan yang mempunyai sifat keras dan ulet. Bahan yang memenuhi sifat keras dan ulet salah satu diantaranya adalah baja karbon. Kebanyakan baja karbon yang tersedia di pasaran mempunyai sifat kelelahan

yang terbatas,

kenyataan

di lapangan

menunjukan bahwa kehilangan fungsi pada suatu mesin disebabkan oleh kerusakan pada permukaan berupa keuasan, retak maupun korosi. Apabila sifat permukaan suatu komponen dapat dimodifikasi, maka umur pakai komponen dapat bertambah. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan sifat-sifat permukaan yaitu dengan cara proses pack carburizing. Proses pengarbonan

1

2

(carburizing) merupakan proses chemical heat treatment yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu austenitnya dalam ruang yang mengandung serbuk karbon. Pengarbonan ini bertujuan untuk menaikkan kadar karbon pada lapisan permukaan baja sehingga diperoleh baja yang memiliki permukaan keras. Proses ini meliputi pemanasan baja pada suhu tertentu, dipertahankan pada waktu tertentu dan didinginkan pada media tertentu. Pengarbonan dilakukan pada suhu 900   - 950   dalam lingkungan yang menyerahkan karbon

kemudian dibiarkan beberapa

lamanya pada suhu tersebut, dan kemudian didinginkan (Beumer, 1980: 37). Tebal lapisan pada proses pengarbonan ini dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu waktu karbonasi atau lamanya perlakuan dan suhu (Amanto dan Daryanto, 2003:86). Pada penelitian ini dilakukan pengerasan permukaan dengan metode pack carburizing

atau pengarbonan dengan

perantara zat padat dimana medianya adalah arang batok kelapa, dengan variasi katalis (barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat). Baja yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis baja karbon sedang yaitu baja S45C. Baja S45C merupakan baja yang tidak terlalu keras dan tidak terlalu lunak. Baja S45C mempunyai sifat-sifat pengerjaan dan kekuatan yang sangat baik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan tingkat kekerasan Baja S45C akibat variasi katalis dan bagaimanakah struktur mikro Baja S45C setelah dilakukan treatment. Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi yang berguna tentang pengaruh variasi katalis pada pengarbonan dengan menggunakan

3

media arang batok kelapa dengan harapan nantinya dunia industri pada umumnya dapat memanfaatkan penelitian ini untuk mengoptimalkan produk yang dihasilkan. Berdasarkan uraian latar belakang di atas, yang menjadi perhatian adalah perbandingan nilai kekerasan dan struktur mikro akibat variasi katalis pada proses carburizing baja S45C.

1.1

Perumusan Masalah Penggunaan baja karbon sedang jenis S45C sebagai bahan baku produksi yang banyak digunakan untuk komponen otomotif yang diperlukan kekerasan dan keliatannya, masalahan yang sering timbul yaitu dalam hal kelelahan yang disebabkan keausan karena terkena pengaruh gaya luar berupa tegangan-tegangan gesek sehingga terjadi deformasi atau perubahan bentuk. Kenyataan di lapangan menunjukan bahwa kehilangan fungsi pada suatu mesin disebabkan oleh kerusakan pada permukaan berupa keuasan, retak maupun korosi. Apabila sifat permukaan suatu komponen dapat dimodifikasi, maka umur pakai komponen dapat bertambah. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan sifat–sifat permukaan adalah dengan cara proses pack carburizing. Proses pengarbonan (carburizing) merupakan proses termo-kimia yang dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu austenitnya dalam ruang yang mengandung serbuk karbon. Penggunaan jenis katalis yang berbeda mempengaruhi perbedaan reaksi pembentukan karbon

4

sehingga menjadi gas CO2 secara keseluruhan pada proses carburizing. Berdasarkan uraian di atas maka timbul permasalahan, yaitu : 1. Adakah perbedaan nilai kekerasan pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing? 2. Adakah perbedaan struktur mikro Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?

1.2

Pembatasan Masalah Pengelasan dan permasalahan dalam penelitian ini sangat komplek, supaya menjadi jelas dan tidak menyimpang dari tujuan yang telah ditetapkan maka peneliti perlu membatasi beberapa masalah, yaitu: 1. Material logam yang digunakan adalah pelat baja karbon sedang S45C yang di produksi oleh PT. Bohler. 2. Media yang digunakan adalah arang batok kelapa sebagai sumber karbon dan senyawa kimia seperti BaCO3, K2CO3, Na2CO3 sebagai katalisator. 3. Spesimen uji yang digunakan adalah jenis JIS Z 2201 1981 (Standar pengujian kekerasan Jepang). 4. Suhu carburizing yang digunakan adalah 9000C. 5. Waktu penahanan carburizing yang digunakan adalah 4 jam. 6. Pengujian yang

dilakukan adalah uji kekerasan micro Vickers dan

pengamatan struktur mikro.

5

1.3

Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan permasalahan di atas, maka tujuan penelitian ini sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui perbedaan nilai kekerasan pada Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing? 2. Untuk mengetahui perbedaan struktur mikro Baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing?

1.4

Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat-manfaat sebagai berikut: 1. Manfaat teoritis a. Memberikan

sumbangan

positif

bagi

pengembangan

ilmu

pengetahuan khususnya ilmu logam. b. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan kajian atau informasi bagi dunia kerja khususnya pengetahuan bahan, perlakuan panas, dan juga pengujian bahan. 2.

Pengembangan industri Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam bidang perlakuan panas baja tentang carburizing yang menghasilkan peningkatan kekerasan bahan pada proses carburizing Baja S45C, yang pada akhirnya dapat bermanfaat untuk kemajuan dunia industri dan teknologi.

6

1.5

Penegasan Istilah Penulis perlu memberikan penjelasan tentang arti istilah-istilah dalam skripsi ini untuk menghindari terjadinya salah penafsiran terhadap judul skripsi ini. Istilah-istilah yang dianggap perlu untuk dijelaskan adalah sebagai berikut: 1) Variasi katalis Variasi diartikan bentuk (rupa) yang lain, sedang katalis adalah bahan tambah yang digunakan untuk mempercepat terjadinya reaksi pada proses. 2) Karbonasi (Carburizing) Karbonasi (carburizing) adalah suatu proses pengerasan permukaan dengan menambahkan unsur karbon (C) ke dalam lapisan benda kerja dengan cara memanaskan benda kerja didalam bahan yang mengandung unsur karbon, akibat pemanasan dari unsur bahan yang mengandung karbon sehingga terjadi gas-gas itu tersebut dapat melepaskan unsur karbon yang dapat masuk ke dalam lapisan benda kerja. 3) Baja S45C Baja S45C merupakan baja yang termasuk kelompok baja karbon sedang yang mempunyai kandungan karbon 0,52 %. Baja ini juga mempunyai sifat-sifat pengerjaan dan kekuatan yang sangat baik. Baja S45C sering digunakan untuk komponen yang tidak membutuhkan kekerasan yang

7

tinggi misalnya konstruksi alat pertanian, semua jenis perkakas tangan dan alat-alat pertanian (Katalog Bohlindo:19). 4) Struktur mikro Struktur mikro adalah struktur terkecil dari bahan dalam ukuran yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang tetapi harus menggunakan alat pengamat struktur mikro. 5) Kekerasan Pada umumnya kekerasan merupakan ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam kekerasan merupakan ukuran ketahanan terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen (Dieter,1996:328). Kekerasan yang dimaksud dalam penelitian ini adalah proses pengujian untuk mengetahui tingkat kekerasan suatu baja dengan menggunakan alat uji kekerasan mikro vickers.

BAB II KAJIAN TEORI

2.1. Baja Baja didefinisikan sebagai suatu campuaran besi dan karbon. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1% sampai 1,7%, sedangkan unsur lainnya dibatasi oleh persentasenya (Amanto dan Daryanto, 2003:22). Amstead, dkk. (1997:51) mengemukakan bahwa: Secara garis besar baja dapat dikelompokan menjadi dua yaitu baja karbon dan baja paduan. Baja karbon dibagi menjadi tiga yaitu baja karbon rendah (< 0,3% C), baja karbon sedang (0,30% < C < 0,7%) dan baja karbon tinggi (0,70 < C < 1,40%). Baja paduan dibagi menjadi dua yaitu baja paduan rendah (jumlah unsur paduan khusus < 8,0% ) dan baja paduan tinggi (jumlah unsur paduan khusus > 8,0% ). Baja karbon rendah sering digunakan untuk

kawat, baja profil,

sekrup, ulir dan baut. Baja karbon sedang digunakan untuk rel kereta api, as, roda gigi dan suku cadang yang berkekuatan tinggi, atau dengan kekerasan sedang sampai tinggi. Baja karbon tinggi digunakan untuk perkakas potong seperti pisau, gurdi, tap dan bagian–bagian yang harus tahan gesekan.

8

9

Klasifikasi baja dalam penggunaannya dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dalam penelitian ini baja yang digunakan adalah baja jenis karbon sedang. Tabel 2.1. Logam Ferro dan Pemakaiannya Nama Baja Lunak (Mild Steel) Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel)

Komposisi Campuran ferro dan karbon (0,1% - 0,3%) Campuran ferro dan karbon (0,4% - 0,6%)

Sifat

Pemakaian

Ulet dan dapat ditempa dingin

Pipa, mur, baut, dan sekrup

Lebih ulet

Poros, rel baja, dan peron

Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Campuran ferro dan karbon (0,7% - 1,5%)

Dapat ditempa dan disepuh

Baja Kecepatan Tinggi (High Speed Steel)

Baja karbon tinggi ditambah dengan nikel/krom/koba lt/tungsten/vana dium

Getas, dapat disepuh keras, dimudakan, dan tahan terhadap suhu tinggi

Perlengkapan mesin perkakas, kikir, gergaji, pahat, tap, penitik, dan stempel Alat potong yang digunakan ialah pahat bubut, pisau fris, mata bor, dan perlengkapan mesin perkakas

2.2. Pengaruh Unsur Campuran dalam Baja Sifat baja sangat tergantung pada unsur-unsur yang terkandung dalam baja. Baja karbon biasanya mempunyai kekurangan diantaranya kekerasan baja tidak merata, sifat mekanis yang rendah, kurang tahan terhadap korosi dan lain sebagainya. Penambahan unsur campuran digunakan untuk memperbaiki sifat pada baja ( Amanto dan Daryanto, 2003:114 ).

10

Unsur campuran dalam baja membawa pengaruh sebagai berikut : a. Unsur Silisium (Si) Silisium merupakan unsur paduan yang ada pada setiap baja dengan jumlah kandungan lebih dari 0,4% yang mempunyai pengaruh kenaikan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis. b. Unsur Mangan (Mn) Unsur mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai deoxider (pengikat) sehingga proses peleburan dapat berlangsung baik. c. Unsur Krom (Cr) Unsur krom meninggikan kekuatan tarik dan keplastisan, menambah kekerasan, meningkatkan tahan korosi dan tahan suhu tinggi. d. Unsur Vanadium (V) dan Wolfram (W) Unsur Vanadium dan Wolfram ini membentuk karbidat yang sangat keras dan memberikan baja dengan kekerasan yang tinggi, kemampuan potong dan daya tahan panas yang cukup tinggi pada baja yang sangat diperlukan untuk pahat potong dengan kecepatan tinggi. Menurut Alexander, dkk. (1990:59-60), penambahan unsur lain pada baja mempunyai tiga fungsi, yaitu : a. Sebagai subtitusi atom besi dalam larutan padat atau dalam sementit untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketangguhan. b. Untuk menjamin terbentuknya martensit pada laju pendinginan yang lebih rendah dari laju pendinginan celup air. c. Untuk membentuk karbidat yang lebih keras dan tahan aus dari sementit dan mengatur penemperan martensit.

11

2.3. Karbon Unsur karbon adalah unsur campuran yang sangat penting dalam pembentukan baja, jumlah, persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang sangat besar pada sifat baja. Unsur karbon yang bercampur dalam baja sekitar +0,1% - 2,0%, jika kandungan karbon pada baja kurang dari 0,15% maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah dikeraskan dengan cara dipanaskan dan didinginkan (hardening). Unsur karbon dapat bercampur dengan besi dan baja setelah di dinginkan secara perlahan-lahan pada temperatur kamar dalam bentuk sebagai berikut: a. Larut dalm besi untuk membentuk larutan pada ferit yang mengandung karbon diatas 0,006 % pada temperatur kamar. Unsur karbon akan naik lagi sampai 0,03 % pada temperatur 725 . Ferit bersifat lunak, tidak kuat dan kenyal. b. Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67 % karbon. Sementit bersifat keras dan rapuh.

2.4. Karakteristik Baja S45C Baja S45C merupakan kelompok baja karbon sedang dan mempunyai kandungan karbon 0,52%. Berikut ini unsur-unsur lain yang terkandung pada baja S45C:

12

Tabel 2.2. Komposisi Baja S45C (Sertifikat Komposisi Baja S45C Bohlindo) C 0,520

SI 0,310

MN 0,650

P 0,19

S 0,02

Cu 0,010

Baja S45C mempunyai sifat-sifat pengerjaan dan kekuatan yang sangat baik. Baja ini sering digunakan untuk komponen yang tidak membutuhkan kekerasan yang tinggi misalnya konstruksi alat pertanian, semua jenis perkakas tangan dan alat-alat pertanian (Katalog Bohlindo:19).

2.5. Macam-macam Perlakuan Panas Perlakuan panas pada baja (heat treatment) adalah proses pemanasan baja sampai suhu dan waktu tertentu kemudian diikuti dengan pendinginan dengan cara tertentu untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan. Perlakuan panas secara garis besar meliputi: a. Hardening (pengerasan baja) b. Annealing (melunakkan baja) c. Normalizing (menormalkan struktur baja) d. Tempering (pemudaan baja yang telah dikeraskan) e. Pengerasan nyala f. Pengerasan induksi Disamping perlakuan panas (heat treatment) diatas, ada perlakuan panas yang bertujuan untuk merubah atau menambahkan unsur kimia kedalam baja yang disebut Chemical Heat Treatment, yaitu antara lain: a. Carburizing (penambahan kadar karbon kedalam baja)

13

b. Nitriding (menambahkan kadar nitrogen kedalam baja) c. Sianiding (menambahkan sianida kedalam baja)

2.6. Carburizing (Karbonasi) Seringkali dalam suatu komponen harus mempunyai permukaan yang keras dan tahan pakai, yang didukung oleh inti yang kuat dan tahan terhadap goncangan. Sifat-sifat yang berbeda tersebut dapat digabungkan dalam suatu baja yaitu dengan pengerasan permukaan. Cara pengerasan permukaan dapat dilakukan dengan proses carburizing (karbonasi). Karbonasi adalah memanaskan bahan sampai suhu 900 - 950    dalam lingkungan yang menyerahkan karbon, lalu dibiarkan beberapa waktu lamanya pada suhu tersebut dan kemudian didinginkan (Amanto dan Daryanto, 2003:85).

Gambar 2.1. Diagram Fasa Fe-C (Amstead,1997:140)

14

Pada Gambar 2.1, Malau dan Khasani (2008:368) mengemukakan bahwa suhu austenit untuk baja karbon sedang yang memiliki kadar karbon 0,3% sampai 0,7% dimana atom karbon (C) akan masuk kedalam spesimen secara difusi intertisi. Masuknya atom secara difusi akan meningkatkan kekerasan permukaan yang dapat dilihat pada Gambar 2.2. berikut ini.

Gambar 2.2. Proses Difusi Atom Karbonasi dinamakan juga pemupukan karbon atau menyemen. Lapisan luar dari benda kerja yang telah mengambil karbon dinamakan lapisan karbonasi. Tujuan karbonasi ini adalah untuk mendapatkan lapisan luar pada benda kerja yang keras dan inti yang kuat serta ulet.

Gambar 2.3. Baja yang Dikarbonasikan Menurut Beumer (1980:37), ukuran tebal maksimal lapisan karbonasi sebesar 5 mm tetapi biasanya yang sering dibuat oleh dunia industri hanya sebesar 1 mm. Penambahan katalis digunakan untuk mempercepat proses karbonasi. Nanulaitta dan Lillipaly (2012:987)

15

menyatakan bahwa, bahan carburizing terdiri dari bubuk karbon aktif, ditambah katalis BaCO3

(Barium Carbonat) atau Na2CO3 (Natrium

Carbonat) sebagai energizer atau activator yang mempercepat proses karburisasi. Namun biasanya BaCO3 yang dipakai karena lebih mudah terurai dari pada Na2CO3. Sebenarnya tanpa energizer dapat terjadi proses carburizing karena temperatur sangat tinggi, maka karbon teroksidasi oleh oksigen yang terperangkap dalam kotak menjadi CO2. Kecepatan karbonasi dapat dilihat pada Gambar 2.4., selain itu proses karbonasi dapat dipercepat dengan menggunakan suhu yang tinggi.

Gambar 2.4. Hubungan Antara Tebal Pelapisan dengan Periode Karbonasi Apabila diilihat dari jenis medianya proses karbonasi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu : a. Karbonasi dengan media zat padat Karbonasi dengan media zat padat disebut juga proses karbonasi terbungkus. Pada proses ini caranya adalah komponen dimasukkan kedalam suatu tromol logam yang sesuai dan di dalam tromol dikelilingi oleh bahan karbonasi.

16

b. Karbonasi dengan media zat cair Pada proses karbonasi ini baja dipanaskan pada suhu tertentu, setelah itu baja diberi larutan kalium ferrosianida. Pencarian larutan kalium ferrosianida dalam baja yang dipanaskan akan meresap kedalam baja dan menambah kandungan karbon pada permukaan baja tersebut. c. Karbonasi dengan media gas Pada proses ini bahan dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang dipanaskan dengan gas karbon yang sesuai. Kandungan karbon didalam lapiasan komponen dapat dikontrol dengan mengatur komposisi gas untuk karbonasi.

2.7. Energizer (Katalis) Penggunaan katalis sangat berpengaruh pada proses karbonasi, Pada suhu yang tinggi katalis berfungsi membentuk atau mempercepat pembentukan gas CO. Bahan kimia yang dapat digunakan sebagai katalisator

pada

proses

carburizing

sehingga

dapat

mempercepat

pembentukan gas CO, yaitu BaCO3, K2CO3, dan Na2CO3 yang berfungsi sebagai pengubah bentuk karbon sehingga menjadi gas CO2 secara keseluruhan. Adapun proses reaksi katalis–katalisnya dapat ditunjukkan sebagai berikut: 1) Barium karbonat ( BaCO3) BaCO3 → BaO + CO2 CO2 + C → 2 CO

17

Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Fe sebagai berikut: 3 Fe + 2 CO → Fe3 C + CO2. Gas CO yang terbentuk dari reaksi diatas kemudian bereaksi dengan BaO dan membentuk BaCO3, sehingga BaCO3 senantiasa ada dalam proses sehingga reaksi-reaksi dapat berjalan terus. 2) Kalium karbonat ( K2 CO3 ) K2 CO3 → K2 O + CO2 CO2 + C → 2 CO Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Fe sebagai berikut: 3 Fe + 2 CO → Fe3 C + CO2. Gas CO yang terbentuk dari reaksi diatas kemudian bereaksi dengan K2O dan membentuk K2CO3, sehingga K2CO3 senantiasa ada dalam proses sehingga reaksi-reaksi dapat berjalan terus. 3) Natrium karbonat ( Na2CO3) Na2CO3 → Na2O + CO2 CO2 + C → 2 CO Gas CO yang terjadi kemudian larut kedalam fasa austenit atau bereaksi dengan Na2O dan membentuk Na2CO3. Komposisi arang batok kelapa dengan katalis (energizer) yang digunakan adalah sebagai berikut: a) 75 % arang batok kelapa b) 25 % katalis (energizer).

18

2.8. Pengujian Logam Proses pengujian logam adalah proses pemeriksaan bahan-bahan untuk diketahui sifat dan karakteristiknya yang meliputi sifat mekanik, sifat fisik, bentuk struktur, dan komposisi unsur-unsur yang terdapat didalamnya. Metode pengujian dikelompokkan ke dalam tiga kelompok menurut proses pengujiannya, yaitu: 1. Destructive Test (DT), yaitu proses pengujian logam yang dapat menimbulkan kerusakan logam yang diuji. 2. Non Destructive Test (NDT), yaitu proses pengujian logam yang tidak dapat menimbulkan kerusakan logam atau benda yang diuji. 3. Metallography, yaitu proses pemeriksaan logam tentang komposisi kimianya,

unsur-unsur

yang

terdapat

didalamnya,

dan

bentuk

strukturnya.

2.9. Uji Kekerasan (Hardness Test) Proses pengujian kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap pembebanan dalam perubahan yang tetap. Besar tingkat kekerasan dari bahan dapat diananlisis melalui besarnya beban yang diberikan terhadap luas bidang yang menerima pembebanan tersebut. Pengujian yang banyak dipakai adalah dengan cara menekankan penekanan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan mengukur bekas hasil penekanan yang terbentuk diatasnya (Surdia dan Saito, 1992:31).

19

2.10. Dasar-Dasar Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan bahan logam bertujuan mengetahui angka kekerasan logam tersebut. Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui seberapa besar tingkat kekerasan logam tersebut. Metode pengujian kekerasan telah disepakati melalui tiga metode pengujian kekerasan dengan satuan yang baku, yaitu penekanan, goresan, dan dinamik. Pengujian kekerasan dengan cara penekanan banyak digunakan oleh industri permesinan, dikarenakan prosesnya sangat mudah dan cepat dalam memperoleh angka kekerasan logam tersebut apabila dibandingkan dengan metode pengujian lainnya. Pengujian kekerasan dengan cara penekanan terdiri dari tiga jenis, yaitu pengujian kekrasan dengan metode Rockwell, Brinell, dan Vickers. Ketiga metode tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, serta perbedaan dalam menentukan angka kekerasannya. Metode Brinell dan Vickers memiliki prinsip dasar yang sama dalam menentukan angka kekerasannya, yaitu menitikberatkan pada perhitungan kekuatan bahan terhadap setiap daya luas penampang bidang yang menerima

pembebanan

tersebut.

Sedangkan

metode

Rockwell

menitikberatkan pada pengukuran kedalaman hasil penekanan atau penekan (indentor) yang membentuk bekasnya (indentasi) pada benda uji. a. Metode pengujian Rockwell Metode Rockwell ini terdapat dua macam indentor yang ukurannya bervariasi, yaitu :

20

1. Kerucut intan dengan besar sudut 120º dan disebut sebagai Rockwell Cone. 2. Bola baja dengan berbagai ukuran dan disebut sebagai Rockwell Ball. Kesalahan pada pengujian Rockwell dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain : 1. Benda uji 2. Operator 3. Mesin uji Rockwell Kelebihan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Dapat digunakan untuk bahan yang sangat keras 2. Dapat dipakai untuk batu gerinda sampai plastik 3. Cocok untuk semua material yang keras dan lunak Kekurangan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu : 1. Tingkat ketelitian rendah 2. Tidak stabil apabila terkena goncangan 3. Penenkanan bebannya tidak praktis b. Metode Pengujian Brinell Cara pengujian Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang terbuat dari baja krom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu oleh suatu gaya tekan secara statis kedalam permukaan logam yang diuji tanpa sentakan. Permukaan logam yang diuji harus rata dan bersih. Diameter paling atas dari lekukan tersebut diukur secara teliti. Rumus yang dipakai untuk menentukan kekerasan logam yang diuji:

21

BHN

=

 

                              

  Keterangan : P = beban yang diberikan (KP atau Kgf) D = diameter indentor yang digunakan d = diameter bekas lekukan c. Metode Pengujian Vickers Metode Vickers ini berdasarkan pada penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu oleh sebuah indentor berupa pyramid diamond terbalik dengan sudut puncak 136º ke permukaan logam yang akan diuji kekerasannya, dimana permukaan logam yang diuji ini harus rata dan bersih. Angka kekerasan Vikers (VHN) didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan (Dieter, 1996:334). Pengujian Vikers dapat dilakukan tidak hanya pada benda yang lunak akan tetapi juga dapat dilakukan pada bahan yang keras. Bekas penekanan yang kecil pada penggujian Vikers mengakibatkan kerusakan bahan percobaan relatif sedikit. Pada benda kerja yang tipis atau lapisan permukaan yang tipis dapat diukur dengan gaya yang relatif kecil.

2.11. Pengujian Kekerasan Vikers Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaanpermukaan pyramida yang saling berhadapan adalah 1360. Sudut ini dipilih karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang

22

diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell. Angka kekerasan piramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vickers (VHN atau VPH), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan, prinsip pengukuran untuk kekerasan mikro vikers dapat dilihat pada Gambar 2.6. Pada prakteknya luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

  VHN =

. 

Keterangan: P = Beban yang digunakan (kg) L = Panjang diagonal rata-rata (mm) θ = sudut antara permukaan intan yang berlawanan = 136°   Uji kekerasan Vickers banyak dilakukan pada pekerjaan penelitian, karena metode tersebut memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu, untuk suatu beban tertentu dan digunakan pada logam yang sangat lunak, yakni DPH-nya 5 hingga logam yang sangat keras dengan DPH 1500. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode Vickers adalah uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian tersebut lamban, memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati, dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal.

23

Gambar 2.5. Prinsip Pengukuran Kekerasan Mikro Vikers Lekukan yang benar terbuat dari penumbuk piramida intan harus berbentuk bujur sangkar. Akan tetapi, penyimpangan yang telah dijelaskan untuk uji brinell sering juga terdapat pada penumbuk piramida gambar 2.7 lekukan bantal jarum pada gambar 2.7.b adalah akibat terjadinya penurunan logam disekitar permukaan piramida yang datar. Keadaan demikian terdapat pada logam-logam yang dilunakan dan mengakibatkan pengukuran panjang diagonal yang berlebihan. Lekukan berbentuk tong pada gambar 2.7.cmengalami proses pengerjaan dingin. Bentuk demikian diakibatkan oleh penimbunan ke atas logam-logam disekitar permukaan penumbuk. Ukuran diagonal pada kondisi demikian akan menghasilkan luas permukaan kontak yang kecil, sehingga menimbulkan kesalahan angka kekerasan yang besar ada koreksi empiris untuk menanggulangi pengaruh hal di atas.

24

Gambar 2.6. Tipe-Tipe Lekukan Piramida Intan (Dieter dan Sriati Djaprie, 1996: 335). Keterangan: (a) Lekukan yang sempurna (b) lekukan bantal jarum (pinchusion) yang disebabkan oleh penurunan (c) lekukan berbentuk tong yang disebabkan oleh penimbunan ke atas. Pada penelitian ini alat uji yang digunakan adalah alat uji kekerasan mikro vickers. 2.12. Pengujian Kekerasan Mikro Vikers Banyak persoalan metalurgi memerlukan data-data mengenai kekerasan pada daerah yang sangat kecil. Pengukuran gradien kekerasan pada permukaan yang dikarburasi, pengukuran kekerasan kandungan tunggal pada struktur mikro, atau penentuan kekerasan roda gigi arloji, merupakan tipe persoalan dari jenis pengujian kekerasan mikro (Dieter, 1996: 336-337). Uji mikro Vickers merupakan pengujian untuk menguji kekerasan daerah yang kecil atau rumit.

25

2.13. Pengamatan Struktur Mikro Sifat-sifat fisis dan mekanik dari material tergantung dari struktur mikro material tersebut. Struktur mikro dalam logam (paduan) di tunjukan dengan besar, bentuk dan orientasi butirnya, jumlah fasa, proporsi dan kelakuan dimana mereka tersusun atau terdistribusi. Struktur mikro dari paduan tergantung dari beberapa faktor seperti, elemen paduan, konsentrasi dan perlakuan panas yang diberikan. Pengujian struktur mikro atau mikrografi dilakukan dengan bantuan mikroskop dengan koefisien pembesaran dan metode kerja yang bervariasi. Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan pengujian struktur mikro adalah: a. Sectioning (Pemotongan) Pemotongan ini dipilih sesuai dengan bagian yang akan diamati struktur mikronya. Spesimen uji dipotong dengan ukuran seperlunya. b. Grinding (Pengamplasan kasar) Tahap ini untuk menghaluskan dan merataka permukaan spesimen uji yang ditujukan untuk menghilangkan retak dan goresan. Grinding dilakukan secara bertahap dari ukuran yang paling kecil hingga besar. c. Polishing (Pemolesan) Tahap ini bertujuan untuk menghasilkan permukaan spesimen yang mengkilap, tidak boleh ada goresan. Pada tahap ini dilakukan dengan menggunakan kain yang telah diolesi autosol.

26

Hasil yang baik dapat diperoleh dengan memperhatikan beberapa hal sebagai berikut: 1) Pemolesan Pemolesan sebaiknya dilakukan dengan satu arah agar tidak terjadi goresan. 2) Penekanan Pengamplasan pada mesin amplas jangan terlalu ditekan. Apabila terlalu ditekan maka arah dan posisi pemolesan dapat berubah dan kemungkinan terjadi goresan-goresan yang tidak teratur. d. Etching (Pengetsaan) Hasil dari proses pemolesan akan berupa permukaan yang mengkilap seperti cermin. Agar struktur terlihat jelas maka permukaan tersebut dietsa. Dalam pengetsaan jangan terlalu kuat karena akan terjadi kegosongan pada benda uji. e. Pemotretan Pemotretan digunakan untuk mendapatkan gambar dari struktur mikro dari spesimen uji setelah difokuskan dengan mikroskop. Pada gambar 2.5. B terlihat contoh A melalui mikroskop.

27

Gambar 2.7. Pemeriksaan Benda Uji dengan Mikroskop Metalurgi Keterangan: A contoh yang dietsa sedang diperiksa dengan mikroskop metalurgi, B penampilan contoh melalui mikroskop.

2.14. Kerangka Berpikir Karbonasi merupakan proses pemanasan selama beberapa jam di dalam lingkungan yang terdiri atas bahan yang menyerahkan karbon. Pengarbonan dilakukan pada suhu 900   - 950   dalam lingkungan yang menyerahkan karbon

kemudian dibiarkan beberapa lamanya pada suhu

tersebut, dan kemudian didinginkan (Beumer, 1980: 37). Proses karbonasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu temperatur, waktu atau lamanya perlakuan serta media karbonnya. Disamping hal tersebut di atas, penggunaan katalis juga berpengaruh pada proses karbonasi. Ketebalan lapisan karbonasi 1,0 mm dengan suhu 950   dapat diperoleh dengan waktu sekitar 3–6 jam. Interval waktu tersebut diambil waktu 4 jam, sedangkan suhu pemanasan yang digunakan adalahpemanasannya 900 .

28

Pada

suhu

yang

tinggi

katalis

berfungsi

membentuk

atau

mempercepat pembentukan gas CO. Bahan-bahan kimia seperti BaCO3, K2CO3, Na2CO3 sebagai katalisator yang berfungsi sebagai pengubah bentuk karbon sehingga menjadi gas CO2 secara keseluruhan. Penggunaan katalis karbonasi yang berbeda ini menimbulkan pengaruh terhadap ketebalan lapisan karbon pada permukaan baja. Bertambahnya ketebalan lapisan karbon maka bertambah pula kekerasan baja tersebut. Nilai kekerasan dapat diketahui dengan melakukan pengujian kekerasan. Pengujian yang banyak dipakai adalah dengan cara menekankan penekanan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan mengukur bekas hasil penekanan yang terbentuk diatasnya (Surdia dan Saito, 1992:31). Berdasarkan perbedaan struktur mikro dan nilai kekerasan spesimen baik sebelum dan sesudah perlakuan maka dapat membuktikan ada tidaknya perbedaan kekerasan bahan yang timbul akibat dari variasi katalis karbonasi.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Jenis Penelitian Jenis penelitian ini adalah eksperimen, yaitu jenis penelitian yang digunakan untuk mengumpulkan data primer di laboratorium dan menggunakan perlakuan (treatment). Penelitian eksperimen dapat diartikan sebagai metode penelitian yang digunakan utuk mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang dikendalikan (Sugiyono, 2010:107). Pada penelitian ini suatu kelompok dikenakan perlakuan tertentu kemudian dilakukan pengukuran untuk mengetahui nilai kekerasan dan pengamatan struktur mikro dari tiap-tiap spesimen.

3.2. Variabel Penelitian Variabel adalah objek penelitian, variabel dalam penelitian ini adalah : a. Variabel Bebas Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel lain disebut juga independent variabel. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi katalis karbonasi yaitu barium karbonat, kalium karbonat dan natrium karbonat.

29

30

a. Variabel Terikat Variabel terikat adalah variabel akibat. Variabel terikat dalam penelitian ini yaitu nilai kekerasan mikro vikers dan struktur mikro pada Baja S45C, antara lain adalah: 1. Kekerasan Tujuan dari pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui nilai kekerasan spesimen yang telah diberi perlakuan yaitu logam induk, daerah carburizing, dan daerah batas carburizing dengan logam dari raw material

tanpa carburizing, spesimen hasil carburizing dengan katalis

barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. pengujian kekerasan dilakukan dengan

menggunakan alat uji kekerasan mikro

vickers merk Shimadzu. Spesimen uji dari penelitian ini adalah spesimen uji jenis

JIS Z 2201 1981 dengan jenis pengujian kekerasan mikro

vickers. 2. Struktur Mikro Tujuan dari pengamatan struktur mikro adalah untuk mengetahui struktur mikro daerah pengelasan yaitu logam induk, daerah carburizing, dan daerah batas carburizing dengan logam dari raw material

tanpa

carburizing, spesimen hasil carburizing dengan katalis barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. Pengamatan struktur mikro dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Spesimen uji dari penelitian ini adalah spesimen uji jenis ASTM E 8 untuk foto mikro.

31

Pengamatan dilakukan dengan memakai alat merk Olympus PME3 dengan pembesaran 200 kali 500 mikron. Proses dari pengamatan ini adalah dengan beberapa tahap, mulai dari pemolesan dengan ampelas grade 200-1500,

peresinan spesimen, pengetsaan dengan larutan

campuran antara 97,5 % alkohol dan 2,5 % HNO3 dan yang terakhir pengamatan dengan mikroskop optik. b. Variabel Kontrol Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel independen terhadap dependen tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian adalah Baja S45C yang tidak mendapatkan perlakuan karbonasi (raw material).

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Waktu pelaksanaan penelitian dimulai pada bulan juli 2012 sampai Agustus 2012. Pemotongan baja dilakukan di PT. Bohlindo Semarang Jl. Baruna Tengah 1/13 Kota Semarang. Proses carburizing yaitu memanaskan spesimen baja di dalam oven logam yang sebelumnya spesimen tersebut sudah dimasukkan kedalam kotak karbonasi yang berisi karbon aktif dengan campuran katalis, dilakukan di Laboratorium Produksi Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Pengujian kekerasan mikro vickers dan pengamatan struktur mikro dilakukan di Laboratorium Bahan Jurusan Teknik Mesin S1 Universitas Gajah Mada Yogyakarta.

32

3.2. Alat dan Bahan 1. Alat a. Mesin las listrik beserta kelengkapannya b. Gergaji pita c. Jangka sorong ( alat ukur panjang ) d. Bevel Protector ( alat ukur sudut ) e. Mesin ampelas f. Tang g. Mesin poles h. Alat uji kekerasan mikro vickers merk Shimadzu i. Alat pengamatan struktur mikro merk Olympus PME 3 j. Furnace / Oven logam dengan kontrol suhu merk Omron E5CN. 2. Bahan a. Baja karbon sedang S45C yang diproduksi oleh PT. Bohler di Jerman dan diimpor oleh PT. Bhinneka Bajanas. b. Ampelas dengan grade 200 sampai 1500 c. Autosol.

3.3. Pelaksanaan Eksperimen 3.3.1. Tahap Pembuatan Spesimen Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon sedang S45C yang diproduksi oleh PT. Bohler di Jerman dan diimpor oleh

33

PT. Bhinneka Bajanas. Pada penelitian ini tidak dilakukan uji komposisi karena keterbatasan waktu dan dana. Langkah dalam pembuatan spesimen adalah sebagai berikut: a. Dimensi spesimen Dimensi bahan untuk penelitian ini adalah baja S45C sesuai ASTM dengan ukuran seperti gambar 3.1 berikut.

Gambar 3.1. Dimensi Spesimen b. Spesimen untuk uji kekerasan mikro vickers Bahan untuk uji kekerasan mikro vickers adalah baja karbon sedang S45C sesuai JIS Z 2201 1981 pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Spesimen Uji Kekerasan Mikro Vickers c. Spesimen untuk pengamatan struktur mikro. Bahan untuk pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini adalah baja S45C sesuai ASTM dengan ukuran seperti Gambar 3.3 untuk spesimen foto mikro.

34

Gambar 3.3. Spesimen Pengamatan Struktur Mikro

3.3.2. Tahapan Proses Carburizing Proses pengarbonan dilakukan dengan menggunakan media bubukan arang batok kelapa yang ditumbuk dan diayak hingga lembut. Tahapan proses carburizing: 1. Mempersiapkan spesimen yang telah dipotong sesuai ukuran, seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Spesimen yang Telah Dipotong 2. Mempersiapkan media karbon dari bubukan arang batok kelapa dan bahan tambah berupa Barium Karbonat (BaCO3), Kalium karbonat (K2CO3), Natrium karbonat (Na2CO3). 3. Mencampur bubukan arang batok kelapa dengan katalis (BaCO3, K2CO3, Na2CO3) kombinasi 75% bubukan arang batok kelapa, 25% katalis.

35

A

B

C

Gambar 3.5. Campuran Serbuk Arang Batok Kelapa dengan Katalis Keterangan: A serbuk arang batok kelapa dengan barium karbonat, B serbuk arang batok kelapa dengan kalium karbonat, C serbuk arang batok kelapa dengan natrium karbonat. 4. Kotak carburizing yang terbuat dari lembaran plat baja yang dipotong dan dilas sehingga berbentuk persegi seperti pada gambar 2.6, kemudian diisi campuran serbuk arang batok kelapa dan katalis tadi pada bagian alas secara merata dengan ketebalan

30 mm.

Gambar 3.6. Kotak Carburizing yang Telah Diisi Campuran Arang dan Katalis

36

5. Spesimen diletakkan di dalam kotak carburizing yang telah diisi campuran serbuk arang dan katalis dengan diberi jarak antar spesimen dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Spesimen di dalam Kotak Carburizing 6. Setelah spesimen diletakkan dalam kotak, campuran serbuk arang dan katalis ditaburkan kembali diatas spesimen sampai rata dan tertutup semua spesimennya.

Gambar 3.8. Spesimen Telah Tertutup Rata dengan Campuran Serbuk Arang dan Katalis 7. Persiapkan oven pemanas dengan pengatur suhu merk Omron E5CN sesuai Gambar 3.9.

37

Gambar 3.9. Oven Pemanas Logam 8. suhu Kotak900 yang dengan berisi spesimen dimasukkan holding time 4 jam. kedalam oven pemanas dengan

Gambar 3.10. Kotak Carburizing di dalam Oven Pemanas 9. Atur suhu pemanas oven dan mulai pemanasan.

Gambar 3.11. Pengaturan Suhu

38

10. Kemudian tahan pada suhu tersebut.

Gambar 3.12. Penahanan Suhu 11. Jika telah sampai empat jam matikan oven tersebut. 12. Biarkan agar terjadi pendinginan secara perlahan. 13. Pembongkaran spesimen dari kotak, hasil spesimen yang telah dicarburizing dapat dilihat pada Gambar 3.13 dibawah ini.

Gambar 3.13. Spesimen yang Telah di Carburizing 14. Kemudian lakukan cara yang sama untuk spesimen yang lain sesuai dengan variasi katalis yang ditentukan. 3.3.3. Proses Pemolesan, Resin dan Pengetsaan untuk Spesimen Foto Mikro a. Spesimen yang sudah diproses carburizing di poles dahulu agar material halus dan rata.

39

b. Pemolesan dengan menggunakan ampelas grade 200 sampai 1500 dengan menggunakan mesin poles sesuai Gambar 3.14. Setelah spesimen di ampelas dengan ukuran 1500 sampai halus kemudian diberi autosol agar spesimen lebih halus dan mengkilap.

Gambar 3.14. Mesin Poles c. Spesimen yang sudah di autosol kemudian di masukan dalam cairan etsa dengan menggunakan campuran larutan 2,5% HNO3 dan 97,5% alkohol dengan cara dicelupkan kemudian dicuci pakai sabun dan dibilas dengan air secukupnya. d. Kemudian keringkan dengan alat pengering dan diberi resin. Hasil spesimen yang telah diberi resin dapat dilihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15. Lapisan Resin Logam

40

e. Setelah diresin spesimen tersebut dicelup kembali dengan larutan 2,5% HNO3 dan 97,5% alkohol kemudian dicuci pakai air sabun, dibilas dengan air biasa dan keringkan lagi dengan alat pengering.

3.4. Proses Pengujian Pengujian kekerasan mikro vickers dan pengamatan struktur mikro dilakukan di laboratorium S1 Teknik Mesin UGM. a. Proses pengujian kekerasan mikro vickers 1) Persiapkan alat uji kekerasan mikro vickers sesuai Gambar 3.16, untuk baja memakai beban 200 gram.

Gambar 3.16. Alat Uji Kekerasan Mikro Vickers 2) Kemudian letakan spesimen pada alat uji. 3) Atur daerah spesimen uang akan diuji. 4) Lihat pada lensa kamera dan aturlah sampai terlihat fokus. 5) Kemudian klik pada tombol load (pembebanan) yang dapat dilihat pada Gambar 3.17 berikut.

41

Gambar 3.17. Panel Alat Uji Kekerasan Mikro Vickers 6) Kemudian lihat bekas injakan pada lensa kamera. 7) Dan ukur berapa panjang diagonal-diagonalnya. 8) Lakukan cara yang sama untuk spesimen lainnya. b. Proses pengamatan struktur mikro 1) Persiapkan alat foto mikro, sesuai Gambar 3.18.

Gambar 3.18. Alat Pengamatan Foto Mikro 2) Celupkan lagi spesimen yang telah dilapisi resin dengan cairan campuran antara 97,5% alkohol dan 2,5% HNO3 agar telihat mengkilap, setelah selesai cucilah dengan menggunakan air sabun dan bilas sampai bersih.

42

3) Lakukan pengeringan. 4) Kemudian nyalakan dan setting alat foto mikro dengan pembesaran 160 x 13,7 mikron.

Gambar 3.19. Setting Alat Foto Mikro 5) Kemudian letakan spesimen pada alat foto mikro. 6) Kemudian lakukan pengamatan pada daerah carburizing, daerah batas logam induk dengan daerah carburizing, dan daerah logam induk tengah. 7) Lakukan cara pengamatan yang sama untuk spesimen yang lain.

3.5. Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data dalam penelitian ini adalah metode eksperimental yang digunakan untuk mengumpulkan data primer di laboratorium atau data skunder dari peneliti lain (Sugiyono, 2010:308-309). Pengambilan data yang dilakukan adalah dengan mengukur kekerasan material dan meneliti struktur mikro pada proses carburizing dengan variasi katalis yang kemudian sebagai kelompok eksperimen,

43

sedangkan kelompok kontrol adalah obyek penelitian raw material tanpa diberi perlakuan. Pengamatan eksperimen menggunakan lembar tabel eksperimen untuk

mempermudah

dalam

pendekatan

hasil

pengujian.

Lembar

pengamatan uji tekan sebagai berikut : 1. Lembar Pengujian Kekerasan Tabel pengamatan dalam pengujian kekerasan dapat dilihat pada Tabel 3.1 sebagai berikut: Tabel 3.1 Data Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi

Raw material tanpa carburizing

Carburizing dengan penggunaan Katalis Barium karbonat

Kalium karbonat

Natrium karbonat

VHN (kg/mm2)

Tabel 3.2 Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi

No

Penggunaan Katalis

1

Barium karbonat

2

Kalium karbonat

3

Natrium karbonat

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3

d1

d2

drata-rata

(µm)

(µm)

(mm)

Kekera Ratarata -san (VHN) (VHN) Kg/mm Kg/mm 2

2

44

Tabel 3.3 Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material No

d1

d2

drata-rata

Kekerasan

(µm)

(µm)

(mm)

(VHN) Kg/mm2

Spesimen

Ratarata (VHN) Kg/mm2

1 2 3

Raw Material

Tabel 3.4. Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi

No

Spesimen

1

Barium karbonat

2

Kalium karbonat

3

Natrium karbonat

Tebal

Tebal

Carburizing (strip)

Carburizing (mm)

Tebal Ratarata (mm)

2. Lembar Pengamatan Struktur Mikro Pembagian lembar pengamatannya adalah sebagai berikut: a. Lembar foto mikro spesimen raw materials. b. Lembar pengamatan foto mikro spesimen yang dicarburizing dengan katalis barium karbonat:

45

1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir 3) Lembar foto mikro daerah tengah. c. Lembar pengamatan foto mikro spesimen yang dicarburizing dengan katalis kalium karbonat: 1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir 3) Lembar foto mikro daerah tengah. d. Lembar pengamatan foto mikro spesimen yang dicarburizing dengan katalis natrium karbonat: 1) Lembar foto mikro daerah batas pinggir dan tengah 2) Lembar foto mikro daerah pinggir 3) Lembar foto mikro daerah tengah.

3.6. Analisis Data Metode analisa data yang digunakan dalam penelitian ini adalah teknik analisis statistik deskriptis data mentah yang diperoleh dari pengujian, kemudian diolah dalam persamaan statistika yaitu persamaan nilai tengah sebagai berikut :

Nilai tengah

=

Keterangan:

Σ           = nilai akhir/skor tiap spesimen N

= jumlah spesimen.

46

Data yang diperoleh merupakan data yang bersifat kuantitatif berarti data berupa angka-angka yang memberikan penjelasan/memberi tentang perbandingan antara data logam raw materials, logam yang dicarburizing dengan katalis barium karbonat, logam yang dicarburizing dengan katalis kalium karbonat, dan logam yang dicarburizing dengan katalis natrium karbonat. Penyajian selanjutnya dengan diagram.

47

3.7. Prosedur Eksperimen

Diagram alir penelitian Mulai Spesimen Baja S45

Sertifikasi komposisi Baja S45C

Karbonisasi

Raw Materials SA

SB

Uji mikro Vickers dan foto Analisis data Hasil dan pembahasan Kesimpulan Selesai

Gambar 3.20. Diagram Alir Penelitian Keterangan: SA : Spesimen A dengan katalis karbonasi Barium karbonat SB : Spesimen B dengan katalis karbonasi Kalium karbonat SC : Spesimen C dengan katalis karbonasi Natrium karbonat Raw material : Spesimen yang tidak diberi perlakuan

SC

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian 4.1.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Mikro Vikers Pengujian kekerasan dilakukan pada tanggal 13 Agustus 2012 sampai dengan 27 Agustus 2012 di laboratorium bahan jurusan teknik mesin fakultas teknik UGM. Pada pengujian ini spesimen yang diuji berjumlah sepuluh buah yaitu terdiri dari satu spesimen raw material, tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis barium karbonat, tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis kalium karbonat, dan tiga spesimen eksperimen carburizing dengan katalis natrium karbonat. Setiap spesimen akan dikenai tiga titik injakan, sehingga menghasilkan data harga kekerasan seperti pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.4: a. Hasil data penelitian 1) Hasil rata-rata nilai kekerasan seluruh spesimen Tabel 4.1 Hasil Rata-Rata Nilai Kekerasan Seluruh Variasi

Raw material VHN (kg/mm2)

201,3

Carburizing dengan penggunaan Katalis Barium karbonat

Kalium karbonat

Natrium karbonat

218,7

216,7

217,9

48

49

2) Hasil rata-rata nilai kekerasan Tabel 4.2 Data Hasil Nilai Kekerasan Tiap Variasi No

Penggunaan Katalis

A1

1

Barium karbonat

A2

A3

B1

2

Kalium karbonat

B2

B3

C1

3

Natrium karbonat

C2

C3

d1 (µm)

d2 (µm)

drata-rata (mm)

39,5 41,5 45 37,2 39,5 47,5 38,5 41 44,5 39,5 41 45,5 38,5 40,5 44,5 39 41,5 43,5 37 39,5 47,5 36,5 40 50 37,5 45 50,5

38,5 41,5 45 37 40 47,5 38,5 41 44,5 39,5 41 45,5 39 41 44,5 38,5 39,5 46,5 37 39,5 47,5 36,5 41,5 48 36,5 45 50

0,039 0,0415 0,045 0,0371 0,03975 0,0475 0,0385 0,041 0,0445 0,0395 0,041 0,0455 0,03875 0,04075 0,0445 0,03875 0,0405 0,045 0,037 0,0395 0,0475 0,0365 0,04075 0,049 0,037 0,045 0,05025

Kekerasan (VHN) Kg/mm2 243,786 215,299 183,111 269,396 234,674 164,343 250,160 220,582 187,249 237,654 220,582 179,108 246,942 223,297 187,249 246,942 226,063 183,111 270,854 237,654 164,343 278,326 223,297 154,435 270,854 183,111 146,847

Rata-rata (VHN) Kg/mm2

214,1

222,8

219,3

212,4

219,2

218,7

234,9

218,6

200,3

50

3) Hasil rata-rata nilai kekerasan raw material Tabel 4.3 Data Hasil Nilai Kekerasan Raw Material

No Spesimen 1 2 3

Raw Material

d1

d2

drata-rata Kekerasan (VHN) (µm) (µm) (mm) Kg/mm2 42,5 42,5 0,0425 205,287 43

43,5

0,04325

198,229

43

43

0,043

200,540

Rata-rata (VHN) Kg/mm2 201,3

4) Hasil nilai ketebalan Tabel 4.4. Data Hasil Tebal Carburizing Tiap Variasi Tebal Carburizing (strip)

Tebal Carburizing (mm)

A1

20

0,8

A2

23

0,92

A3

23

0,92

B1

22

0,8

B2

21

0,76

B3

22

0,8

C1

20

0,88

C2

19

0,84

C3

20

0,88

No Spesimen

1

2

3

Barium karbonat

Kalium karbonat

Natrium karbonat

Tebal Rata-rata (mm) 0,88

0,78

0,86

51

b. Grafik peningkatan dan penurunan nilai kekerasan Data hasil pengujian kekerasan pada tabel diatas dalam bentuk grafik seperti terlihat pada Gambar 4.1 dibawah ini:

Nilai Kekerasan Seluruh  Spesimen  VHN (kg/mm2) 

  240  230  220  210  200  190  180 

             

             

             

             

 

 

 

 

Raw  Barium  Kalium  Natrium  material  Karbonat Karbonat Karbonat 

 

      Spesimen 1   

Spesimen 2   

Spesimen 3 

 

Variasi Katalis   

   

Gambar 4.1. Grafik Hasil Pengujian Kekerasan Baja S45C

N ilai rata‐rata Uji Ketebalan  Nilai Ketebalan (mm) 

  0,88  0,86  0,84  0,82  0,8  0,78  0,76  0,74  0,72 

 

                        Barium Karbonat    Kalium Karboat              Natrium  Karbonat   

Variasi katalis   

   

Gambar 4.2. Grafik Ketebalan Lapisan Carburizing

52

Hasil eksperimen pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata kekerasan pada setiap spesimen sebagai berikut: a. Pada kelompok spesimen raw material mempunyai nilai kekerasan 201,3 Kg/mm2 berfungsi sebagai pembanding. b. Data nilai kekerasan spesimen A (spesimen dengan katalis barium karbonat) sebesar 218,7 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 8,64% dari spesimen raw material. Kelompok spesimen B (spesimen dengan katalis kalium karbonat) sebesar 216,7 Kg/mm2 mengalami penurunan nilai kekerasan sebesar 0,91% dari spesimen A, sedangkan kelompok spesimen C (spesimen dengan katalis natrium karbonat) yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2 dan mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 0,55% dari kelompok spesimen B. c. Nilai kekerasan kelompok spesimen B sebesar 216,7 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekeraan terhadap raw material sebesar 7,65% dan untuk kelompok spesimen C yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 8,25% terhadap spesimen raw material dan mengalami penurunan nilai kekersan 0,37% terhadap spesimen A. Berdasarkan hal tersebut, diketahui bahwa pada kelompok spesimen yang dilakukan perlakuan panas dengan variasi penambahan katalis (barium karbonat, kalium karbonat dan natrium karbonat) mengalami perbedaan kenaikan nilai kekerasan spesimen A > spesimen R, spesimen B < spesimen

53

A, spesimen C > spesimen B, spesimen R < spesimen A, yang dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan Tabel 4.5. Hasil pengujian nilai rata-rata uji ketebalan pada Gambar 4.2 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata uji ketebalan pada kelompok spesimen A dengan penambahan katalis barium karbonat sebesar 0,88 mm, kelompok spesimen B dengan penambahan katalis kalium karbonat sebesar 0,78 mm, dan kelompok spesimen C dengan penambahan katalis natrium karbonat sebesar 0,86 mm.

N ilai rata‐rata Uji Kekerasan  VHN (kg/mm2) 

 

220  215  210  205  200  195  190 

 

            Jenis Spesimen   

   

Gambar 4.3. Grafik Peningkatan dan Penurunan Nilai Kekerasan Baja S45C Tabel 4.5 Peningkatan Nilai Kekerasan Bahan No. 1 2 3 4 5 6

Spesimen R R R B C B

A B C C A A

Kenaikan nilai kekerasan (%) 8,64% 7,65% 8,25% 0,55% 0,37% 0,92%

54

4.1.1. Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini yaitu, logam tanpa perlakuan (raw material), spesimen carburizing dengan katalis barium karbonat, spesimen carburizing dengan katalis kalium Hasil pengamatan struktur mikro dalam penelitian ini yaitu, spesimen tanpa perlakuan karbonat, dan spesimen carburizing dengan katalis natrium karbonat. Pengamatan yang telah dilakukan menggunakan perbesaran 160 kali dengan ukuran 13,7 mikron. Berikut ini adalah hasil foto mikro dari eksperimen yang telah dilakukan: a. Foto struktur mikro spesimen raw material seperti terlihat pada Gambar 4.4 mempunyai struktur ferrit lebih mendominasi dibandingkan dengan perlit dan berwarna terang yang menandakan bahwa baja bersifat tidak keras namun ulet. R

Perlit Ferit

Gambar 4.4. Foto Struktur Mikro Raw Material (R) dengan Pembesaran 160x

55

b. Gambar 4.5 sampai Gambar 4.7 menunjukan foto mikro kelompok spesimen A yang telah diberi perlakuan panas yaitu carburizing dengan penambahan katalis barium karbonat menunjukan struktur mikro yang dihasilkan pada proses ini adalah didominasi martensit dan ferit. c. Pada Gambar 4.8 sampai Gambar 4.10 menunjukan foto struktur mikro kelompok spesimen B yang telah diberi perlakuan panas yaitu carburizing dengan penambahan katalis kalium karbonat menunjukan struktur yang lebih halus dibandingkan dengan spesimen raw material. d. Pada Gambar 4.11 sampai Gambar 4.13 dibawah ini menunjukan foto struktur mikro kelompok spesimen C yang telah diberi perlakuan panas yaitu carburizing

dengan penambahan katalis natrium karbonat

menunjukan struktur yang lebih halus dibandingkan dengan spesimen raw material dan kelompok spesimen B. A1

A2

Ferit

A3

Butirbaru

Gambar 4.5 Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x

56

A1

A2

A3

Perlit Gambar 4.6. Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x A1

A2

A3

Butir baru

Gambar 4.7. Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen A dengan Pembesaran 160x

57

B1

B2

B3

Ferit

Butir Baru

Gambar 4.8. Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen B dengan Pembesaran 160x

B1

B2

B3

Perlit

Gambar 4.9. Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen B dengan Pembesaran 160x

58

B1

B2

B3

Butir baru

Gambar 4.10. Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen B dengan Pembesaran 160x

C1

C2

C3

Butir baru Ferit

Gambar 4.11. Foto Struktur Mikro Daerah Batas Pinggir dan Tengah Kelompok Spesimen C dengan Pembesaran 160x

59

C1

C2

C3

Perlit

Gambar 4.12. Foto Struktur Mikro Daerah Pinggir Kelompok Spesimen C dengan Pembesaran 160x C1

C2

C3

Butir baru

Gambar 4.13. Foto Struktur Mikro Daerah Tengah Kelompok Spesimen C dengan Pembesaran 160x

60

4.2. Pembahasan Pada proses carburizing adalah perlakuan panas atau heat treatment yang bertujuan untuk menambah unsur karbon pada bagian permukaan luar material. Proses carburizing material memiliki lapisan luar yang keras dan bagian inti yang kenyal dan liat. Selama berlangsungnya proses carburizing tidak terjadi pembuatan gas karbon. Selain itu, tidak terjadi pemasukan udara kedalam kotak karbonasi, karena kotak tertutup rapat yang diperkuat dengan tanah liat. Bahan-bahan yang digunakan dalam proses karbonasi yaitu arang batok kelapa sebagai sumber karbon. Penambahan katalis seperti barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium kabonat digunakan untuk mempercepat proses karbonasi. Jenis-jenis bahan tersebut termasuk jenisjenis bahan yang dapat mempercepat pembentukan karbon pada proses karbonasi (carburizing). Data hasil penelitian yang dideskripsikan dalam bentuk grafik diagram batang diketahui bahwa adanya perbedaan tingkat kekerasan dan ketebalan lapisan carburizing spesimen yang dicarburizing dengan penambahan katalis barium karbonat menunjukan nilai kekrasan yang paling tinggi, sedangkan spesimen yang dicarburizing dengan penambahan katalis kalium karbonat nilai kekerasannya lebih rendah dibandingkan dengan spesimen yang dicarburizing dengan penambahan katalis natrium karbonat. Hal itu menunjukan bahwa penggunaan jenis katalis pada proses carburizing berpengaruh terhadap nilai kekerasan.

61

Penggunaan katalis jenis barium karbonat merupakan katalis terbaik sebagai bahan tambah dalam proses carburizing. Pada hasil pengamatan foto mikro terlihat perbedaan struktur mikro dari spesimen yang dipergunakan dalam eksperimen antara variasi katalis yang diberikan dalam proses perlakuan panas (carburizing) yaitu barium karbonat,kalium karbonat,dan natrium karbonat. Perbedaan struktur tersebut dikarenakan adanya perbedaan difusi karbon pada lapisan luar spesimen. Berdasarkan pengamatan struktur mikro dapat diketahui struktur martensit, ferit dan perlitnya. Pemanasan yang dipertahankan pada suhu tinggi untuk membuat butir-butiran dan suatu struktur lapisan austenit, selanjutnya didinginkan secara perlahan–lahan untuk membentuk suatu struktur lapisan perlit, menginduksi kelunakan dan memperbaiki sifat-sifat pengerjaan dingin (Amanto dan Daryanto, 2003:73). Ferrit adalah kristal besi murni (ferrum:Fe) yang terletak rapat saling berdekatan tidak teratur dengan baik bentuk maupun besarnya, merupakan bagian baja yang paling lunak. Perlit merupakan campuran erat antara ferrit dan sementit, sedangkan sementit adalah senyawa kimia antara besi dengan karbon (Fe:C) yang merupakan unsur paling keras. Rincian masing-masing pembahasan persentase nilai kekerasan dan struktur mikro adalah sebagai berikut : 1. Spesimen raw material Pada spesimen raw material (R) mempunyai nilai kekerasan sebesar 201,3 Kg/mm2. Spesimen R mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar

62

8,64% terhadap spesimen A yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 218,7 Kg/mm2. Spesimen B yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 216,7 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 7,65% dari spesimen raw material (R). Kelompok spesimen C yang mempunyai nilai kekerasan sebesar 217,9 Kg/mm2 mengalami kenaikan nilai kekerasan sebesar 8,25% dari kelompok spesimen raw material (R). Hasil pengujian spesimen raw material tanpa diberi perlakuan panas (carburizing) mempunyai nilai kekerasan yang lebih rendah dibandingkan dengan kelompok spesimen A, spesimen B,dan spesimen C. Pada hasil pengamatan struktur mikro kelompok spesimen raw material terlihat struktur mikronya tampak kasar dan mempunyai nilai kekerasan yang paling rendah. Spesimen raw material strukturnya masih didominasi oleh ferit (terang) dan sedikit perlit (gelap), serta ukuran feritnya lebih besar dibanding perlit. 2. Spesimen yang telah dicarburizing dengan penambahan katalis barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat. Eksperimen kedua adalah kelompok spesimen A yang diberi penambahan katalis barium karbonat mempunyai nilai rata-rata kekerasan dan ketebalan lapisan carburizing paling tinggi dibandingkan dengan kelompok spesimen raw material, spesimen B dan spesimen C. Eksperimen ketiga yaitu pengujian kelompok spesimen B yang diberi penambahan katalis kalium karbonat mempunyai nilai kekerasan dan

63

ketebalan lapisan carburizing rata-rata yang lebih rendah dibandingkan dengan kelompok spesimen A dan spesimen C, tetapi mempunyai nilai kekerasan dan ketebalan lapisan carburizing rata-rata yang lebih tinggi dari spesimen raw material. Pada eksperimen yang keempat yaitu kelompok spesimen C yang diberi penambahan katalis natrium karbonat mempunyai nilai rata-rata kekerasan dan tebal lapisan carburizing yang lebih rendah dari kelmpok spesimen A, tetapi mempunyai nilai kekersan ketebalan lapisan carburizing rata-rata yang lebih tinggi dari dibandingkan dengan kelompok spesimen B dan spesimen raw material. Berdasarkan uji ketebalan dapat diketahui bahwa nilai rata-rata pada kelompok spesimen A dengan penambahan katalis barium karbonat sebesar 0,88 mm, kelompok spesimen B dengan penambahan katalis kalium karbonat sebesar 0,78 mm, dan kelompok spesimen C dengan penambahan katalis natrium karbonat sebesar 0,86 mm. Hasil perhitungan pada spesimen A diperoleh nilai persentase sebesar 8,64% terhadap spesimen raw material. Hal tersebut diakibatkan oleh banyaknya unsur karbon yang berdifusi ke dalam lapisan luar logam. Difusi tersebut dilakukan dengan bantuan katalis barium karbonat sehingga proses peresapan unsur karbon lebih banyak ke dalam baja. Nilai persentase pada spesimen B, hasil persentasenya sebesar 7,65% terhadap spesimen raw material. Nilai ini lebih rendah bila dibandingkan dengan spesimen A. Hal demikian diakibatkan proses peresapan karbon

64

dengan penambahan katalis kalium karbonat lebih lambat bila dibadingkan dengan spesimen A yang diberi penambahan katalis barium karbonat. Nilai persentase spesimen C terhadap spesimen B sebesar 0,55%, nilai persentase ini menurun dibandingkan dengan persentase spesimen B terhadap spesimen A yaitu 0,92%. Ini diakibatkan pada penambahan katalis kalium karbonat memberi sumbangan yang minimal dalam proses peresapan unsur karbon ke dalam baja. Berdasarkan data-data yang diperoleh diatas dapat dilihat bahwa perubahan nilai kekersan yang terjadi pada setiap kelompok spesimen disebabkan beberapa faktor yang mempengaruhinya, diantaranya pemakaian katalis yang digunakan pada proses carburizing. Katalis barium karbonat memberikan sumbangan yang paling besar dalam mempercepat proses peresapan unsur karbon kedalam baja bila dibandingkan dengan katalis kalium karbonat dan natrium karbonat, hal tersebut disebabkan katalis barium karbonat pada suhu austenit cepat terurai. Sehingga proses difusi dan penyerapan karbon ke dalam lapisan luar baja terjadi lebih cepat dan lebih lama pada waktu tahan selama 4 jam serta ketebalan lapisan carburizing semakin tinggi yang mengakibatkan nilai kekerasan baja tersebut meningkat. Pada kelompok spesimen yang telah mengalami carburizing dengan perbandingan konsentrasi 75% arang batok kelapa dan 25% katalis (energizer) pada suhu 900°C dengan waktu penahanan 4 jam, dapat dilihat pada Gambar 4.5 sampai dengan Gambar 4.13 menunjukan bahwa struktur

65

dan ukuran butirannya mulai merata atau tampak lebih halus dibandingkan dengan spesimen raw material, perubahan ini ditandai dengan pertumbuhan butir kristal baru yaitu martensit yang bersifat keras. Permukaan mengkilat merupakan ciri martensit apabila diamati secara mikro. Peningkatan jumlah perlit dapat terjadi karena adanya pengaruh penambahan unsur karbon ke dalam spesimen selama proses difusi intertisi karbon. Proses difusi ini dilakukan melalui pemanasan pada spesimen dengan temperatur 900°C dan memerlukan waktu penahanan selama 4 jam. Pada struktur mikro spesimen A tampak lebih halus dari kelompok spesimen raw material, kelompok spesimen B, dan kelompok spesimen C. Spesimen A mempunyai tingkat kekerasan paling besar bila dibandingkan dengan spesimen raw material, spesimen B, dan spesimen C. Spesimen B mempunyai struktur mikro yang tampak lebih halus dari spesimen raw material namun lebih kasar bila dibandingkan dengan kelompok spesimen A dan spesimen C. Nilai kekerasan spesimen B dengan penambahan katalis kalium karbonat paling rendah bila dibandingkan dengan kelompok spesimen yang telah diberi penambahan katalis barium karbonat dan natrium karbonat yaitu spesimen A dan spesimen C. Struktur mikro pada kelompok spesimen C tampak lebih halus dibandingkan dengan spesimen raw material dan spesimen B, tetapi lebih kasar bila dibandingkan dengan kelompok spesimen A. Nilai kekerasan

66

kelompok spesimen C juga lebih besar dari spesimen raw material dan spesimen B, namun lebih rendah dari kelompok spesimen A. Berdasarkan hal tersebut, maka dapat diketahui bahwa struktur mikro dalam baja yang tampak lebih halus akan mempunyai tingkat nilai kekerasan yang tinggi. Sebaliknya, apabila struktur mikro pada baja yang tampak lebih kasar akan mempuyai tingkat nilai kekerasan yang rendah. Material carburizing terdiri dari serbuk karbon aktif sebesar 75% yang berasal dari arang batok kelapa, variasi katalis BaCO3 (Barium Carbonat), Ka2CO3 (Kalium Carbonat), Na2CO3 (Natrium Carbonat) sebanyak 25%. Variasi katalis BaCO3 (barium carbonat), Ka2CO3 (kalium carbonat), dan Na2CO3 (natrium carbonat) berfungsi sebagai energizer atau activator yang mempercepat proses karburisasi. Carburizing dengan penambahan katalis BaCO3 menghasilkan peningkatan kekerasan paling tinggi, karena BaCO3 lebih mudah terurai daripada Ka2CO3 dan NaCO3. Hal demikian dapat mempercepat terurainya karbon sehingga akan semakin cepat reaksi karbon menjadi CO2, proses difusi karbon akan semakin cepat, dan akan berdampak pada nilai kekerasan yang semakin tinggi. Berdasarkan hasil penelitian dapat diketahui bahwa barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat yang digunakan tidak hanya untuk mempercepat pembentukan karbon tetapi ada pengaruh terhadap nilai kekerasan pada bahan baja S45C dalam proses carburizing dan semakin tebal lapisan carburizing maka semakin tinggi nilai kekerasan pada baja S45C. Selain hal demikian, juga terdapat pertumbuhan dari keadaan kristal

67

yang kasar berubah menjadi keadaan kristal yang halus. Kehalusan kristal mulai terlihat dari bahan yang telah dicarburizing dengan penambahan katalis. Penambahan barium karbonat dan natrium karbonat digunakan untuk mempercepat proses karbonasi. Kedua jenis bahan tambahan tersebut termasuk jenis-jenis bahan pembangkit tenaga (Amanto dan Daryanto, 2003:87). Hasil penelitian ini senada dengan penelitian yang dilakukan oleh Malau dan Khasani (2008:373) mengungkapkan bahwa penambahan barium karbonat ke dalam media karburasi menghasilkan kenaikan kekerasan pada baja karbon AISI 1020. Lebih lanjut, berdasarkan Mujiyono dan Sumowidagdo (2008:13) dalam penelitiannya diperoleh hasil bahwa pada proses karburasi yang telah berdifusi akan meningkatkan nilai kekerasan baja. Pada penelitian ini tidak membahas tentang kadar karbon dalam baja setelah dicarburizing tetapi bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan baja dan perubahan struktur mikro pada proses carburizing akibat variasi katalis yang diberikan. Oleh karena itu, untuk lebih spesifiknya lagi perlu diadakan penelitian lebih lanjut.

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembasan, dapat diambil simpulan sebagai berikut: 1. Terdapat perbedaan nilai kekerasan pada baja S45C akibat variasi katalis pada proses carburizing. Data nilai kekerasan kelompok spesimen yang dicarburizing dengan penggunaan katalis barium karbonat, kalium karbonat, dan natrium karbonat berturut-turut adalah 218,7 Kg/mm2, 216,7 Kg/mm2, dan 217,9 Kg/mm2. Besarnya persentase kenaikan nilai kekerasan kelompok spesimen yang telah mengalami perlakuan terhadap spesimen raw material (201,3 Kg/mm2) berturut-turut sebesar 8,64%, 7,65%, dan 8,25%. Penggunaan katalis barium karbonat memberikan peningkatan nilai kekerasan paling tinggi

dibandingkan dengan

penggunaan katalis kalium karbonat dan natrium karbonat. 2. Terjadi perubahan struktur mikro baja jenis S45C akibat variasi katalis yang digunakan dalam proses carburizing. Keadaan ini terlihat dari hasil foto struktur mikro dimana ada pertumbuhan dari keadaan kristal yang kasar menjadi keadaan kristal yang halus. Kehalusan kristal mulai terlihat dari kelompok spesimen yang telah dicarburizing dengan penambahan katalis barium karbonat, struktur martensit yang berbentuk jarum-jarum halus sudah mendominasi. Kelompok spesimen yang telah dicarburizing dengan penambahan katalis kalium karbonat, walaupun struktur

68

69

martensit sudah terbentuk

namun struktur ferit masih terlihat jelas.

Sedangkan kelompok spesimen yang telah dicarburizing dengan penambahan katalis natrium karbonat, strutuk lapisan yang terbentuk hampir sama dengan dengan kelompok spesimen yang dicarburizing dengan penambahan katalis barium karbonat yaitu struktur martensit sudah mendominasi pada lapisan permukaan baja.

5.1. Saran Setelah menganalisa hasil eksperimen terhadap nilai kekerasan dan perubahan struktur mikro ada beberapa hal yang perlu disarankan guna memperbaiki dan mengoptimalkan hasil penelitian ini. Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah: 1. Penggunaan bahan tambah (katalis) pada proses carburizing agar mendapatkan

hasil

kekerasan

yang

optimal

direkomendasikan

menggunakan barium karbonat (BaCO3). 2. Bagi penelitian selanjutnya: a. Guna memperperoleh penelitian agar lebih bagus hendaknya melakukan eksperimen untuk mengetahui seberapa besar ketahanan aus akibat penambahan variasi katalis pada proses carburizing dan lain sebagainya. b. Memperhatikan jenis katalis yang akan digunakan selain waktu, media karbonasi dan suhu/temperatur yang tidak dibahas dalam penelitian ini.

70

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, W. O, G. J. Davies, S. Heslop, K. A. Reynolds, V. N. Whittaker dan E. J. Bradbury. 1991. Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara. Amstead, B.H, Phillip F. Ostwald dan Myron L. Begeman. 1997. Teknologi Mekanik Jilid I Edisi Ketujuh Versi S1. Jakarta : Erlangga. Beumer. 1980. Pengetahuan Bahan. Jakarta : Bhatara Karya Aksara. Bohler. 2012. Test Certificate. Jakarta: PT. Bhinneka Bajanas. Bohlindo. Bohler Special Steel Manual. Jakarta: PT. Bhinneka Bajanas. Dieter, E. George. 1996. Metalurgi Mekanik. Terjemhan dari Mechanical Metalurgy. Jakarta : Erlangga. Malau, Viktor dan Khasani. 2008. Karakterisasi Laju Keausan Dan Kekerasan Dari Pack Carburizing Pada Baja Karbon AISI 1020. Jurnal MEDIA TEKNIK. Tahun XXX, No.3, 367–374. Mujiyono dan Arianto Leman Sumowidagdo. 2008. Meningkatkan Efektifitas Karburisasi Padat pada Baja Karbon Rendah dengan Optimasi Ukuran Serbuk Arang Tempurung Kelapa. Jurnal TEKNIK MESIN. Vol. 10, No. 1, 8-14. Nanulaitta, Nevada J. M dan Eka. R. M. A. P. Lillipaly. 2012. Analisa Sifat Kekerasan Baja St-42 Dengan Pengaruh Besarnya Butiran Media Katalisator (Tulang sapi (CaCO3)) Melalui Proses Pengarbonan Padat (Pack Carburising). Jurnal TEKNOLOGI. Vol. 9, No. 1, 985-994. Sugiyono. 2010. METODE PENELITIAN PENDIDIKAN Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif, dan R&D. Bandung: Alfabeta. Surdia, Tata dan Shinroku Saito. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : Pradnya Paramita.

71

LAMPIRAN

72

73

d1  No Spesimen 1  2  3

Raw  Material

d2 

drata‐rata 

(µm) (µm)

(mm)

42.5

42.5

0.0425 

Kekerasan  (VHN)  Kg/mm2 205.287 

43 

43.5

0.04325

198.229 

43

43

0.043

200.540

74

No 1  2  3  4  5  6  7  8  9

Penggunaan  Katalis A1 Barium  karbonat

A2

A3

d 1  d 2  (µm) (µm)

drata‐rata  (mm)

39.5 41.5 45 37.2 39.5 47.5 38.5 41  44.5

0.039  0.0415  0.045 0.0371  0.03975  0.0475 0.0385  0.041  0.0445

38.5 41.5 45 37  40  47.5 38.5 41  44.5

Kekerasan  (VHN)  Kg/mm2 243.786  215.299  183.111 269.396  234.674  164.343 250.160  220.582  187.249

75

No 1  2  3  4  5  6  7  8  9

Penggunaan  Katalis A1 Barium  karbonat

A2

A3

d 2  d 1  (µm) (µm)

drata‐rata  (mm)

39.5 41.5 45 37.2 39.5 47.5 38.5 41  44.5

0.039  0.0415  0.045 0.0371  0.03975  0.0475 0.0385  0.041  0.0445

38.5 41.5 45 37  40  47.5 38.5 41  44.5

Kekerasan  (VHN)  Kg/mm2 243.786  215.299  183.111 269.396  234.674  164.343 250.160  220.582  187.249

76

No 1  2  3  4  5  6  7  8  9

Penggunaan  Katalis A1 Barium  karbonat

A2

A3

d1  d2  (µm) (µm)

drata‐rata  (mm)

39.5 41.5 45 37.2 39.5 47.5 38.5 41  44.5

0.039  0.0415  0.045 0.0371  0.03975  0.0475 0.0385  0.041  0.0445

38.5 41.5 45 37  40  47.5 38.5 41  44.5

Kekerasan  (VHN)  Kg/mm2 243.786  215.299  183.111 269.396  234.674  164.343 250.160  220.582  187.249

77

No 1  2  3  4  5  6  7  8  9

Penggunaan  Katalis A1 Barium  karbonat

A2

A3

d1  d2  (µm) (µm)

drata‐rata  (mm)

39.5 41.5 45 37.2 39.5 47.5 38.5 41  44.5

0.039  0.0415  0.045 0.0371  0.03975  0.0475 0.0385  0.041  0.0445

38.5 41.5 45 37  40  47.5 38.5 41  44.5

Kekerasan  (VHN)  Kg/mm2 243.786  215.299  183.111 269.396  234.674  164.343 250.160  220.582  187.249

78

CALIBRASI FOTO MIKRO

Calibrasi 0,01 mm = 13,7 micron Difoto 160x.jpg

79

Hasil perhitungan uji kekerasan

 

    

VHN =

=

,  

 

Dimana

P = beban yang diterapkan (kg) L = panjang diagonal rata-rata (mm) = sudut antara permukaan intan yang berlawanan = 1360. Perhitungan kekerasan logam raw material

Titik 1

 

 

 

, 

,               , 

= 2 5,287 kg/mm2 Titik 2 ,               , 

 

 

 

= 198,229 kg/mm2 Titik 3

 

, 

,               ,

 

, 

 

= 200,540 kg/mm2

80

Perhitungan kekerasan logam yang dicarburizing dengan penambahan katalis barium karbonat Spesimen A1 Titik 1

,               ,

 

, 

 

= 243,786 kg/mm2

 

Titik 2

 

, 

 

, 

,               ,  

= 215,299 kg/mm2

 

Titik 3

,               ,

 

= 183,111 kg/mm2

 

 

Spesimen A2 Titik 1

 

, 

 

, 

,               ,  

= 269,396 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,  

= 234,674 kg/mm2

 

Titik 3

 

, 

,               ,  

= 164,343 kg/mm2

 

 

Spesimen A3 Titik 1

 

, 

,               ,  

= 250,160 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,

 

, 

 

= 220,582 kg/mm2

 

Titik 3

 

,

,               ,  

= 187,249 kg/mm2  

81

           

  Perhitungan kekerasan logam yang dicarburizing dengan penambahan katalis kalium karbonat Spesimen B1 Titik 1

 

, 

,               ,  

= 237,654 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,

 

, 

 

, 

 

= 220,582 kg/mm2

 

Titik 3

,               ,  

= 179,108 kg/mm2

 

 

Spesimen B2 Titik 1

 

, 

 

, 

,               ,  

= 246,942 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,  

= 223,297 kg/mm2

 

Titik 3

 

, 

,               ,  

= 187,249 kg/mm2

 

 

Spesimen B3 Titik 1

 

, 

,               ,  

= 246,942 kg/mm2

 

Titik 2

 

, 

,               ,  

= 226,063 kg/mm2

 

Titik 3

,               ,

 

,

 

= 183,111 kg/mm2  

82

         

  Perhitungan kekerasan logam yang dicarburizing dengan penambahan katalis natrium karbonat Spesimen C1 Titik 1

,               ,

 

, 

 

= 270,854 kg/mm2

 

Titik 2

 

, 

,               ,  

= 237,654 kg/mm2

 

Titik 3

 

, 

,               ,  

= 164,343 kg/mm2

 

 

Spesimen C2 Titik 1

 

, 

 

, 

,               ,  

= 278,326 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,  

= 223,297 kg/mm2

 

Titik 3

,               ,

 

, 

 

, 

 

= 154,435 kg/mm2

 

 

Spesimen C3 Titik 1

,               ,

 

= 270,854 kg/mm2

 

Titik 2

,               ,

 

, 

 

= 183,111 kg/mm2

 

Titik 3

 

,

,               ,  

= 146,847 kg/mm2  

 

83

84

85