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