Waktu dan Tempat Alat dan Bahan 1.Alat Spesifikasi Spesimen Diagram Alir Penelitian

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian pada bab ini akan dijelaskan mengenai waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, spesifikasi spesimen, cara karburisasi dan nitriding, serta metode pengujian.

3.1. Waktu dan Tempat

Waktu penelitian ini direncanakan selama enam bulan yang dimulai dari bulan Februari sampai dengan Agustus 2013. Tempat dilaksanakannya penelitian ini adalah di Laboratorium Teknologi Mekanik, Laboratorium Metalurgi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Laboratorium Balai Riset Standarisasi Medan BARISTAN dan LaboratoriumWorkshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan. . 3.2. Alat dan Bahan 3.2.1.Alat Adapun peralatan yang di pergunakan selama penelitian ini adalah: 1. Tungku PemanasFurnace Naber 2. Thermocouple Type-K 3. Jangka sorong 4. Penjepit specimen 5. Mesin poles polisher 6. Mikroskop optic Universitas Sumatera Utara 7. Mikroskop VB 8. Alat uji kekerasan Brinell 9. Batu giling 10. Gergaji besi 11. Ayakan 12. Skop 13. Tabung Nitrogen 14. Tabung Ammoniak 15. Regulator 16. Komputer 17. Gas argon 3.2.2.Bahan Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini sebagai berikut: 1. Baja HSS, baja bohler K-460, baja bohler KNL extra K-110 dan baja bohler VCN 150. 2. Resin dan hardener. 3. Kertas pasir dengan grade 120, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200 dan 1500. 4. Larutan etsa nital 5, 10, 15, 20 5. Kain Panel 6. Larutan alumina 7. Arang kelapa 8. Gas nitrogen 9. Gas ammoniak Universitas Sumatera Utara 15 55 5 15 15 5 10. Soda ASH DENSE Barium. 11. Pasir kuarsa campur tanah liat

3.3. Spesifikasi Spesimen

Spesimen yang dipergunakan dalam pengujian ini ada 3 yaitu spesimen uji kekerasan dengan standar ASTM E-10, uji komposisi dengan standar ASTM C-150 dan uji metalografi dengan standar ASTM E-112 seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini : a b Gambar 3.1 Spesimen a uji kekerasan b dimensi spesimen a b Gambar 3.2. Spesimen a Metallografi b dimensi specimen

3.4. Perlakuan Permukaan

Perlakuan permukaan dilakukan dengan dua cara yaitu karburisasi dan nitridisasi. Pada karburisasi unsur yang ditambahkan adalah unsur karbon dari batok kelapa, dan pada nitridisasi menambahkan unsur amoniak dan nitrogen. Universitas Sumatera Utara

3.4.1 Karburisasi

Pada karburisasi beberapa hal yang dilakukan adalah pengumpulan tempurung kelapa seperti pada gambar 3.3, selanjutnya tempurung dibakar untuk menghasilkan arang seperti pada gambar 3.4, kemudian arang digiling menggunakan batu giling kemudian di saring dengan menggunakan ayakan untuk menghasilkan unsur karbon seperti pada gambar 3.5. Gambar 3.3 Tempurung Kelapa Gambar 3.4 Arang Tempurung Kelapa Gambar 3.5 Karbon Setelah karbon dihasilkan sebanyak 447 Gram, kemudian dicampurkan dengan soda ash dense 22,35 Gram dimasukkan kedalam pipa besi seperti pada Universitas Sumatera Utara gambar 3.6 kemudian dimasukkan spesimen yang akan dipanaskan setelah karbon dan spesimen dalam pipa kemudian ditutup menggunakan tanah liat campur pasir kuarsa. Selanjunya dipanaskan dalam furnance seperti pada gambar 3.7, ditahan selama satu jam dengan variasi suhu 700 ºC, 750 ºC, 800 ºC dan 850 ºC. Gambar 3.6 Pipa Besi a b Gambar 3.7 a Pemanasan Specimen di dalam furnace b Ilustrasi Pemanasan Specimen di dalam furnace Spesifikasi : Merk : WILMONN Universitas Sumatera Utara Made in : Bremen Germany Type : 2804 Suhu max : 1500 ºC Setelah selesai penahanan satu jam spesimen dikeluarkan kemudian didinginkan dengan udara bebas seperti pada gambar 3.8. Gambar 3.8 Mengeluarkan Spesimen dari Pipa

3.4.2 Nitriding

Sebelum proses nitriding dilakukan bahan yang dipersiapkan adalah gas nitriding, gas ammoniak seperti pada gambar 3.9, regulator untuk membuka dan menutup keluranya gas dalam pipa tembaga yang panjang pipa tembaganya adalah 3 m seperti pada gambar 3,10 dan 3.11 kemudian spesimen dimasukkan kedalam pipa besi kemudian ditutup dengan plat. Setelah itu pipa besi dimasukkan kedalam furnance. Universitas Sumatera Utara Gamabar 3.9 Tabung Gas Ammoniak dan Nirogen Gambar 3.10 Regulator Nitrogen dan Ammoniak Gambar 3.11 Pipa Tembaga Setelah dilakukan proses pemanasan dengan variasi suhu 500 ºC , 550 ºC , 600 ºC dan 650 ºC dengan penahanan satu jam, kemudian gas nitrogen dan ammoniak disalurkan dengan berlahan-lahan kedalam sebuah pipa besi nitridisasi selama 17 menit sesuai dengan suhu yang ditentukan seperti pada gambar dibawah ini : Universitas Sumatera Utara a b Gambar 3.12 a Pemanasan Spesimen di dalam Furnance b Ilustrasi Proses Pemanasan Spesimen di dalam Furnance

3.5 Pengujian

Pengujian pertama dilakukan pengujian kekerasan yang dilakukan terhadap baja karbon tinggi yang telah mengalami proses karburisasi dan nitriding. Kemudian diambil 3 spesimen dengan nilai kekerasan tertinggi untuk selanjutnya dilakukan pengujian komposisi dan pengamatan struktur mikro. Universitas Sumatera Utara

3.5.1. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan di laboratorium metallurgi fakultas teknik USU. Sebelum diuji kekerasannya, spesimen dibersihkan dan diratakan permukanya terlebih dahulu dengan mesin polish dan kertas pasir. Setelah itu pengujian kekerasan yang telah dikarburisasi dilakukan dengan alat brinell dengan pembebanan 1500 dan untuk nitridisasi 3000 kg dan diameter jejak diukur menggunakan teropong indentor. Adapun alat uji Brinell dapat dilihat pada gambar 3.13. Gambar 3.13 Alat Uji Brinell Spesifikasi: Type : BH-3CF Kapasitas max : 3500 kg Bola indentasi : 3, 5, dan 10 mm Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian kekerasan dengan metode Brinell : 1. Spesimen dibersihkan permukaannya dengan mesin polish. 2. Setelah bersih, spesimen diletakkan pada landasan uji dan bola indentor yang digunakan adalah bola dengan diameter 10 mm. Universitas Sumatera Utara 3. Spesimen dinaikkan hingga menyentuh bola indentor, kemudian katup hidrolik dikunci. 4. Tuas hidrolik ditekan berulang-ulang hingga skala pada panel menunjukkan angka 1500 kg untuk karburisasi dan 3000 kg untuk nitridisasi kemudian ditahan selama 15 detik. 5. Setelah 15 detik katup hidrolik dibuka untuk mengembalikan beban ke posisi semula 0 kg. 6. Pengambilan data kekerasan diulang sebanyak 5 kali untuk masing- masing spesimen dan diambil data rata-ratanya. 7. Pengamatan diameter indentasi dilakukan dengan menggunakan teropong Indentor dan data diameternya disesuaikan dengan tabel kekerasan.

3.5.2 Pengujian Komposisi Kimia

Pengujian ini dilakukan di LaboratoriumWorkshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan. Sebelum diuji komposisi kimianya spesimen disiapkan terlebih dahulu. Setelah itu pengujian komposisi yang telah di carburizing dan nitriding dilakukan dengan alat Foundry Master Sistem Low Valtage Directive 200695EC. Adapun alat uji komposisi kimia dapat di lihat pada gambar di bawah ini : Universitas Sumatera Utara Gambar 3.14 Alat Uji Foundry Master Sistem Spesifikasi: Merk : Foundry Master UV Optical Spectrometer Sistem : - Spark Source - Gas Argon Flushed Spark Stand - Analytical functions of speectrometer Software Berikut ini ada prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian komposisi kimia : 1. Alat dihidupkan selama 90 menit. 2. Material dibakar dengan menggunakan gas karbon 3. Hasil uji komposisi kimia terlihat pada komputer yang terhubung dengan alat penguji.

3.5.3. Pengujian Metalografi

Pengujian metalografi agar dapat diamati mikrostrukturnya, maka terlebih dahulu benda uji di potong yang merupakan bagian dari spesimen kekerasan yaitu pada bagian ujungnya, kemudian di mounting mengunakan resin dan hardener. Alat mikroskop optik seperti terlihat pada gambar 3.14. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.14 Mikroskop Optic Spesifikasi: Merk : Rax Vision 3 Pembesaran Optik : 50X, 100X, 200X, 500X, dan 800X Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pada pengujian Metallografi : 1. Spesimen yang telah dimounting dengan resin dipolish dengan polisher. 2. Spesimen dipolish dengan kertas pasir grade 120 dan 240 selama 15 menit, kemudian dilanjutkan dengan grade 400, 600, 800, 1000, dan 1500 selama 15 menit. 3. Setelah dipolish dengan kertas pasir, spesimen dipolish dengan bubuk alumina sampai terbentuk kilatan seperti cermin. 4. Etsa nital 5, 10, 15, 20 sesuai bahan kemudian dituangkan dalam wadah atau cawan kemudian spesimen dicelupkan kedalam etsa selama 5-30 detik. Universitas Sumatera Utara 5. Spesimen yang telah dietsa dibersihkan dengan cara dicelupkan lagi ke dalam alkohol kemudian dikeringkan di udara bebas atau dikeringkan dengan kipas angin. 6. Pengamatan struktur mikro dilakukan dengan menggunakan alat mikroskop optik rax vision yang disambungkan ke program Rax Vision Plus 4.1 pada komputer. 7. Spesimen diletakkan diatas bidang uji atau meja mikroskop kemudian didekatkan dengan optic mikroskop. 8. Digunakan perbesaran 500X dan diambil photo dari masing-masing spesimen. 9. Fokus pada mikroskop diputar untuk mendapatkan pengamatan yang baik pada spesimen. 10. Setelah didapatkan fokus dan pencahayaan yang yang pas, diambil photo dari spesimen dengan mengklik icon Capture frame pada program Rax Vision plus 4.1. 11. Prosedur yang sama juga dilakukan untuk spesimen lainnya. 12. Setelah itu diukur diameter masing-masing spesimen dengan metode planimetri dan dicatat data hasil pengukuran. Universitas Sumatera Utara

3.6. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir penelitian diperlihatkan pada gambar 3.15. Persiapan Benda Uji Tidak Perbandingan Data Hasil Pengujian Raw Material Setelah Dicarburising dan di nitriding Ya Laporan Gambar 3.15 Diagram Alir Penelitian • Proses Carburizing dengan suhu 700 C, 750 C, 800 C dan 850 C • Proses Nitriding dengan suhu 500 C, 550 C, 600 C dan 650 C Mulai Uji Kekerasan, Uji Komposisi, dan Struktur Mikro Setelah Dicarburizing dan Dinitriding Laporan Studi Literatur Analisa Data Hasil Pengujian Akhir Selesai Universitas Sumatera Utara

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

Hasil pengujian sifat mekanis dan uji komposisi sebelum dilakukan karburisasi dan nitridisasi dapat dilihat pada tabel 4.1 dan pada tabel 4.2. Tabel 4.1. Kekerasan Raw Material Nama-nama Bahan Kekerasan BHN Baja Bohler K460 194,2 Baja Bohler VCN 150 289 Baja Bohler K110 KNL EXTRA 196,8 Baja HSS 212 Tabel 4.2. Hasil Uji Komposisi Raw Material Komposisi Kimia Unsur HSS Unsur Bohler K460 Unsur Bohler K110 KNL EXTRA Unsur Bohler VCN150 Fe 75,00 84,87 84,55 95,56 C 1,28 0,95 1,55 0,34 Si 0,032 0,25 0,30 0,30 Mn 0,438 1,10 0.30 0,60 P 0,036 - - - Cr 4,20 0,55 11,80 1,50 Mo 5,00 - 0,75 0,20 Ni 0,214 - - 1,50 Al 0,035 - - - Universitas Sumatera Utara