Pengaruh Proses Quencing Pada Baja Karbon Rendah Yang Telah Di Karburisasi Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Baha

SKRIPSI
METALLURGI FISIK
PENGARUH PROSES QUENCING DENGAN AIR 270C PADA BAJA KARBON RENDAH YANG DI KARBURISASI
PADAT TERHADAP KEKERASAN DAN SIFAT FISIK PADA BAHAN Disusun Oleh :
ERWIN ROMADHONI NIM : 070421018
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009
Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Skripsi ini.
Tugas ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan mencapai gelar Sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Skripsi ini berjudul “Pengaruh Proses Quencing Pada Baja Karbon Rendah Yang Telah DI Karburisasi Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Bahan”.
Penyusunan dan penulisan tugas skripsi ini amat disadari tidak akan dapat diselesaikan sendiri. Semua yang telah tercapai tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk pada kesempatan ini Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibu Ir. Raskita Meliala, selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktunya dalam membimbing Penulis dalam menyelesaikan Tugas Skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikwansyah Isranuri sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 3. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT. Sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 4. Bapak / Ibu Staff pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 5. Kedua orang tua yang sangat Saya banggakan Ayahanda Syarifuddin Hsb dan Ibunda Rosmah dan adik- adik saya tercinta Ummu Haani,Ernisah,Ertina Sari,
Universitas Sumatera Utara

yang selalu memberikan doa, dukungan baik secara moril dan materi, semangat dan kasih sayang. 6. Teman-teman satu angkatan 2007 ekstensi yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 7. Kepada Bapak Baktiar efendi kepala Laboratorium Material Test PTKI MEDAN yang telah banyak membantu dan membimbing Penulis selama pengujian di Laboratorium. 8. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan dan penulisan tugas skripsi ini.
Penulis mengharapkan masukan berupa kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan Tugas Skripsi ini. Semoga apa yang ada dalam Tugas Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca secara umum dan penulis secara khusus. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, Desember 2009 Penulis,
Erwin Romadhoni
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............................................................................................. i

DAFTAR ISI

.............................................................................................. iii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. iv

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. v

DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang masalah............................................................................ 1

1.2 Batasan Masalah ...................................................................................... 2

1.3 Perumusan Masalah ................................................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 2

1.5 Manfaat penelitian.................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baja.......................................................................................................... 4

2.1.1 Baja Karbon .................................................................................... 4

2.2 Diagram Fasa .......................................................................................... 6

2.3 Proses Perlakuan Panas Pada baja ........................................................... 8

2.4 Karbon Aktif........................................................................................... 7

2.5 Karburisasi ( Carburizing) ....................................................................... 11

2.6 Pengerasan (Hardening)........................................................................... 14

2.7 Pendinginan secara cepat ......................................................................... 16

2.8 Struktur Mikro Logam............................................................................. 17

Universitas Sumatera Utara

2.9 Sifat kekerasan Logam ................. ........................................................... 12 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan tempat Penelitian.................................................................... 21 3.2 Alat dan bahan ......................................................................................... 21
3.2.1 Alat .............................................................................................. 21 3.2.2 Bahan.............................................................................................. 21 3.3 Diagram Alir Penelitian ............................................................................ 23 3.4 Prosedur Penelitian .................................................................................. 24 3.5 Teknik Analisa Data................................................................................. 26 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian........................................................................................ 28 4.2 Pembahasan............................................................................................. 34 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan.............................................................................................. 37 5.2 Saran .......... ............................................................................................. 37 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian.....................................................................21 Tabel 3.1.1 Alat .....................................................................................................22 Tabel 3.1.2 Bahan ...................................................................................................22 Tabel 3.4 Data Hasil Penelitian Kekerasan permukaan ...........................................26 Tabel 4.1 Perbandingan Diagonal dengan jarak tumbukan......................................30 Tabel Konversi Satuan ..........................................................................................39
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram fasa Besi Karbida Besi...........................................................6 Gambar 2.2 Bentuk Sel Satuan BCC .......................................................................8 Gambar 2.3 Bentuk Sel Satuan BCC .......................................................................8 Gambar 2.4 Perubahan Bentuk Sel Satuan Akibat Pemanasan Pada Logam.............9 Gambar 2.5 Struktur Mikro Baja Karbon...............................................................17 Gambar Diagram Alir Penelitian .........................................................................23 Gambar 4.a Grafik Proses Perlakuan Panas tanpa Quencing ..................................28 Gambar 4.b Grafik Proses Perlakuan Panas dengan Quencing ...............................29 Gambar 4.1 Gambar Fisik Bahan ............................................................................32 Gambar 4.2 Gambar bahan Setelah Di Karburisasi.................................................33 Gambar 4.3Gambar Bahan Setelah Dikarburisasi Dan Quencing Dengan Air 27oC ................................................................................................................33 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Diagonal Dan jarak Tumbukan .........................34 Gambar 4.5 Grafik Kekerasan Dan Karburisasi ....................................................35 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Untuk Bahan Yang Dikarburisasi dan Quencing Dengan Air 27oC.....................................................................................................36
Universitas Sumatera Utara

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Pemakaian logam ferrous saat ini baik baja ataupun besi cor dengan karakteristik dan sifat yang berbeda membutuhkan suatu penanganan yang tepat sehingga implementasi dari penggunaan logam tersebut dapat sesuai dengan kebutuhan yang ada, khususnya baja. Penggunaan baja karbon rendah banyak digunakan karena memiliki keuletan tinggi dan mampu pemesinan tetapi kekerasan rendah dan tidak tahan aus. Untuk memenuhi kebutuhan ini, diperlukan upaya pengembangan teknologi untuk menghasilkan logam dengan kualitas yang lebih baik, terutama baja. Baja merupakan suatu campuran dari besi dan karbon (C) menjadi dasar campurannya. Disamping ini, mengandung unsur campuran lainnya seperti sulfur (S), posfor (P), silicon (Si), dan mangan (Mn) yang jumlahnya di batasi. Alat – alat permesinan atau komponen mesin yang terbuat dari baja banyak yang harus di keraskan supaya tahan aus dan kemampuan ketahanannya meningkat. Baja ini tidak dapat dikeraskan dengan cara konvensional karena kadar karbonnya yang rendah, sehingga dilakukanlah proses Carburising . (Amstead dkk,1992) Carburising adalah sebuah proses penambahan unsur Karbon pada permukaan logam dengan cara difusi untuk meningkatkan sifat fisis dan mekanisnya(Wahid Suherman, 1998: 147).. Pada umumnya proses karburisasi diikuti dengan perlakuan pendinginan Cepat (quenching) untuk meningkatkan kekerasannya sehingga permukaan logam menjadi lebih tahan aus. Metode proses ini dibedakan menurut media karburasinya yaitu gas, cair dan padat. Proses
1
Universitas Sumatera Utara

karburisasi telah dikembangkan sedemikian rupa menggunakan teknologi canggih, misalnya metode karburisasi cair sistem vakum untuk pembuatan roda gigi helix. Namun demikian, karburisasi padat yang merupakan metode yang paling sederhana masih digunakan pada industri-industri kecil di Indonesia. Misalnya untuk penyepuhan pisau yang memanfaatkan arang baterai bekas. Berbagai usaha telah dilakukan untuk memperbaiki proses karburisasi padat dengan menambahkan energizer atau bahan pengaktif seperti Barium Karbonat , Natirum Karbonat dan Kalsium Karbonat . Bahan pengaktif tersebut akan mempercepat terbentuknya gas CO Rendah.(Amstead dkk,1992). Setelah memperhatikan masalah diatas maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian untuk mengetahui perubahan fisik dan mekanik dari baja karbon yang yang telah di karburisasi setelah mengalami proses quencing. Maka diambil lah judul “Pengaruh Proses Quencing dengan air 270 C Pada Baja Karbon Rendah Yang Telah Di Karburisasi Padat Terhadap Sifat Kekerasan Dan Sifat Fisik Bahan”. 1.2 Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah d iatas maka masalah pada penelitian ini di batasi hanya pada baja karbon rendah dengan kadar karbon 0.086 % Carbon, dengan suhu pemanasan 900o C dengan lama waktu penahanan selam 2 jam, karbon yang digunakan adalah Karbon Aktif granul yang berasal dari arang kayu dan media quencing yang di pakai adalah air 27oC. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian kekerasan dengan alat uji kekerasan Micro Vickers dan pengamatan struktur mikro dilakukan dengan menggunakan mikroskop optic Olympus dengan 100 X pembesaran. 1.3. Tujuan Penelitian
Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan rumusan masalah diatas maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh proses quencing pada bahan yang telah di karburisasi terhadap kekerasan dan sifat fisik pada bahan. 1.4. Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan penelitian maka dapat diperoleh manfaat penelitian sebagai berikut :
1. Sebagai informasi bagi pengaruh berbagai bahan pada proses karburisasi terhadap sifat kekerasan .
2. Sebagai informasi bagi penelitian selanjutnya tentang pengaruh proses quencing pada bahan yang telah di karburisasi terhadap kekerasan dan fisik pada bahan dan hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat sebagai acuan dalam mempelajari proses karburisasi pada baja karbon rendah terhadap kekerasan yang digunakan untuk peralatan mesin industri.
Universitas Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baja Menurut komposisi kimianya baja dapat di bagi dua kelompok besar yaitu:
Baja karbon dan baja paduaan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung unsur lain, selain besi dan karbon. Baja karbon mengandung sejumlah unsur lain tetapi masih dalam batas–batas tertentu yang tidak berpengaruh terhadap sifatnya. Unsur–unsur ini biasanya merupakan ikatan yang berasal dari proses pembuatan besi atau baja seperti mangan. Silicon, dan beberapa unsure pengotoran seperti belerang, oksigen, nitrogen,dan lain-lainyang biasanya ditekan sampai kadar yang sangat kecil.(Amanto,1999)
1.Baja karbon Baja dengan kadar mangan kurang dari 0,8 % silicon kurang dari 0.5 %
dan unsur lain sangat sedikit, dapat dianggap sebagai baja karbon. Mangan dan silicon sengaja di tambahkan dalam proses pembuatan baja sebagai deoxidizer / mengurangi pengaruh buruk dari beberapa unsur pengotoran. Baja karbon diproduksi dalam bentuk balok, profil, lembaran dan kawat.
Baja karbon dapat di golongkan menjadi tiga bagian berdasarkan jumlah kandungan karbon yang terdapat di dalam baja tersebut, penggolangan yang dimaksud adalah sebagai berikut : 1. Baja karbon rendah

4
Universitas Sumatera Utara

Baja karbon rendah yang mengandung 0,022 – 0,3 % C yang dibagi menjadi empat bagian menurut kandungannya yaitu : 1) Baja karbon rendah mengandung 0,04 % C digunakan untuk plat-plat strip. 2) Baja karbon rendah mengandung 0,05 % C digunakan untuk badan
kenderaan. 3) Baja karbon rendah mengandung 0,05 – 0,25 % C digunakan untuk
konstruksi jembatan dan bangunan 4) Baja karbon rendah mengandung 0,05 – 0,3 % digunakan untuk baut paku
keling, karena kepalanya harus di bentuk. 2. Baja karbon menengah
Baja karbon ini memiliki sifat –sifat mekanik yang lebih baik dari pada baja karbon rendah. Baja karbon menengah mengandung 0,3 – 0,6 % C dan memiliki ciri khas sebagai berikut : 1) Lebih kuat dan keras dari pada baja karbon rendah. 2) Tidak mudah di bentuk dengan mesin. 3) Lebih sulit di lakukan untuk pengelasan. 4) Dapat dikeraskan (quenching) dengan baik.
Baja karbon menengah ini digunakan untuk bahan berdasarkan kandungan karbonnya yaitu : a. Baja karbon menengah mengandung 0,35 – 0,45 % C digunakan untuk
roda gigi, poros. b. Baja karbon menengah mengandung 0,4 % C di gunakan untuk
keperlukan industri kenderaan seperti baut dan mur, poros engkol dan batang torak.
Universitas Sumatera Utara

c. Baja karbon menengah mengandung 0,5 % C di gunakan untuk roda gigi dan clamp.
d. Baja karbon menengah mengandung 0,5 – 0,6 % C di gunakan untuk pegas.
3. Baja karbon tinggi. Baja karbon tinggi memeiliki kandungan antara karbon antara 0,6 – 1,7 % karbon memiliki ciri-ciri sebagai berikut : 1) Kuat sekali. 2) Sangat keras dan getas/rapuh. 3) Sulit dibentuk mesin. 4) Mengandung unsur sulfur ( S ) dan posfor ( P ). 5) Mengakibatkan kurangnya sifat liat. 6) Dapat dilakukan proses heat treatment dengan baik. Baja paduan dihasilkan dengan biaya yang lebih mahal dari pada baja
karbon karena bertambahnya biaya untuk penambahnya yang khusus yang di lakukan dalam industri atau pabrik.
Baja paduan didefenisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran. Seperti nikel, kromium,molibden, vanadium, mangan atau wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat yang di kehendaki ( kuat, keras, liat), tetapi unsur karbon tidak di anggap sebagai salah satu unsur campuran.
Suatu kombinasi antara dua atau lebih unsur campuran, misalnya baja yang yang di campur dengan unsur kromium dan molibden, akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras yang baik dan sifat kenyal ( sifat logam ini
Universitas Sumatera Utara

membuat baja dapat di bentuk dengan cara dipalu, ditempa, digiling dan ditarik tanpa mengalami patah atau retak-retak ). Jika di campurkan dengan krom dan molibden akan menghasilkan baja yang menghasilkan sifat keras yang baik dan sifat kenyal yang memuaskan serta tahan terhadap panas.(Amanto,1999) 2.2. Diagram fasa
Salah satu metode untuk mempelajari logam dilakukan dengan menggunakan diagram fase. Dari diagram fase ini dapat diamati perubahan struktur logam akibat pengaruh temperature. Struktur dari baja dapat ditentukan oleh komposisi baja dan karbon, gambar 2.1 adalah diagram besi- karbida besi.
Gambar 2.1. Diagram fasa besi karbida besi Diagram fase besi – karbida besi ( Fe - Fe3C ) memperlihatkan perubahan fase pada pemanasan dan pendinginan yang cukup lambat. Gambar 2.1 menunjukkan bila kadar karbon baja melampaui 0,20% suhu dimana ferrite mulai terbentuk dan mengendap dari austenit turun. Baja yang berkadar karbon 0.80% disebut baja eutectoid dan struktur terdiri dari 1005 pearlite. Titik eutectoid
Universitas Sumatera Utara

adalah suhu terendah dalam logam dimana logam dimana terjadi perubahan dalam keaadan larutan padat dan merupakan suhu kesetimbangan terendah dimana austenit terurai menjadi ferrite dan sementit. Bila kadar karbon baja lebih besar dari pada eutectoid, perlu diamati garis pada diagram besi karbida besi yang bertanda Acm. Garis ini menyatakan bahwa dimana karbida besi mulai memisah dari austenit. Karbida besi dengan rumus Fe3C disebut sementit. Di bawah ini di uraikan beberapa titik penting dalam perlakuan panas : 1. E : Titik yang menyatakan fase γ, ada hubungan nya dengan reaksi autentik
kelarutan maksimum dari karbon 2,14% paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja. 2. G : Titik Transformasi besi γ⇔ besi α. Titik transformasi A3 untuk besi. 3. P : Titik yang menyatakan ferrite , fasa α, ada hubungan reaksi dengan uatotektoid. 4. S : Titik autotektoid. Reaksi autotectoid ini dinamakan transformasi A1, dan fase eutectoid ini dinamakan pearlite. 5. GS : Garis yang menyatakan hubungan antara temperature dan komposisi dimana mulai terbentuk ferrite dan austenit. Garis ini disebut garis A3. 6. A2 : Garis transformasi magnetic untuk besi atau ferrite. 7. A0 ; Garis transformasi magnetic untuk sementit.
Baja yang berkadar karbon kurang dari kurang dari komposisi eutectoid (0,8%) di sebut baja hipoeutectoid, dan yang berkadar karbon lebih dan komposisi eutectoid disebut baja hypereutectoid, pada temperature antara 7230C
Universitas Sumatera Utara

dan 1130 0C terdapat satu fase yaitu fase austenit dan sementit. Pada temperature 7230C butiran fase tunggal bertransformasi dibawah keseimbangan bentuk α dan Fe3C dalam satu butiran yang bercampur baik, dan lapisan serat – serat bajanya disebut pearlite. ( van vlack,2000) 2.3 Proses Perlakuan Panas Pada Baja
Proses perlakuan panas yaitu proses mengubah sifat logam dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang didinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari logam.
Adanya sifat olotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis logam. Alatropik itu sendiri adalah merupakan transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) kebentuk susunan atom yang lain. Pada temperature dibawah 900o C sel satuan Body Cubic Center (BCC), temperature antara 900 dan 1392 o C sel satuan Face Cubic Center ( FCC ) sedangkan temperature dibawa 1392 o C sel satuan kembali menjadi BCC bentuk sel satuan di tunjukkan pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.2 bentuk Struktur atom BCC
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Bentuk Struktur atom FCC Perubahan bentuk atom (sel satuan) akibat pemanasan di tunjukkan pada gambar dibawah ini
Gambar 2.4. Perubahan Bentuk struktur atom Akibat Pemanasan pada Logam
Universitas Sumatera Utara

Proseas perlakuan panas ada dua kategori yaitu : 1. Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar
menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara (normalizing). 2. Hardening (pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang sudah di panaskan kedalam suatu media quenching berupa air , air garam, Oli Dan lain-lain.
Perubahan dari sifat yang di karenakan proses perlakuan panas mencakup pada daerah keseluruhan dari logam dan hanya sebahagian saja, contoh pada permukaan saja.
Secara umum unsur-unsur paduan ditambahkan dalam baja dengan kadar tertontu bertujuan untuk :
o Meningkatkan kekerasan o Meningkatkan keuletan o Meningkatkan ketahanan aus o Meningkatkan ketangguhan o Menigkatkan ketahanan korosi o Memperbaiki mampu tempa mesin dan lain-lain (http://arisabadi.blogspot.com/2008_09_01_archive.html)
Universitas Sumatera Utara

2.4. Karbon Aktif Karbon aktif ( Active Carbon ) adalah suatu bahan yang berupa karbon
omorf, yang sebagian besar terdiri dari karbon bebas serta memiliki “permukaan dalam”(Internal surface) sehingga mempunyai kemampuan daya serap yang baik.
Keaktifan untuk menyerap dari karbon aktif ini umumnya tergantung pada jumlah senyawa karbonnya yang berkisar antara 85 % sampai 95 % karbon bebas.
Arang, kokas, dan karbon aktif di sebut karbon amorf. Penyelidikan dengan sinar X bahwa karbon amorf mempunyai sifat kristal yang tertentu yang tidak menunjukkan sudut dan permukaan bentuk kristal seperti bentuk rhombis, monoklin dan lain-lain.dari penyelidikan yang dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa karbon amorf terdiri dari pelat-pelat datar dimana atom C (karbon) tersusun dari dalam kisi hexagon dan setiap atom karbon tenkat secara kovalen dengan ato karbon yang lainnya. Pada graphite, pelat-pelat ini lebih dekat satu dengan yang lainnya dan terikat dengan cara tertentu yang tidak dijumpai pada karbon kristalit. Bila suatu bahan baku amorf atau karbon aktif di panaskan, zat-zat organik mulamula terlepas dan terbentuk kembali struktur oromatis yang thermo-stabil pada kisi-kisi hexagon. Transformasi ini tidak berlangsung sempurna hingga mengakibatkan terjadinya cincin atau rantai hidrokarbon. Bentuk , ukuran dan cara susunannya kristalit akan mempengaruhi daya serap dari karbon. Daya serap ini dapat diperbesar dengan memakai gas-gas penoksidasi garam-garam mineral seperti ZnCl2, MgCl2 dan lain-lain. (http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_aktif)
Universitas Sumatera Utara

2.5. Karburisasi (Carburizing) Pada suatu komponen mesin dari baja adakala nya diperlukan keras dan
tahan aus pada permukaannya saja, sedangkan pada inti atau bagian dalam tetap dalam keadaan lunak dan ulet. Hal ini akan memberikan kombinasi yang serasi antara bagian luar atau permukaan benda kerja yang keras dan tahan menerima beban, serta tahan aus dengan inti yang lunak dan ulet. Karburising adalah proses menambahkan karbon ke permukaan benda, dilakukan dengan memanaskan benda kerja dalam lingkungan yang banyak mengandung karbon aktif, sehingga karbon berdifusi masuk ke permukaan baja (Wahid Suherman, 1998: 147). Pada temperatur karburising, media karbon terurai menjadi CO yang selanjutnya terurai menjadi karbon aktif yang dapat berdifusi masuk ke dalam baja dan menaikkan kadar karbon pada permukaan baja. Pada proses perlakuan panas, termasuk karburising selalu mengacu pada diagram fase yang berdasarkan pada karbon dari baja. Baja pada dasarnya adalah paduan besi dan karbon (Fe-C), besi dan karbon selain dapat membentuk larutan padat juga dapat membentuk senyawa karbid besi (sementit, Fe3C). Dalam diagram fase, baja dibedakan menjadi tiga kelompok utama, yaitu :
a. baja eutectoid b. baja hypoeutectoid c. baja hypertectoid
Berdasarkan bentuk fisik media karburisasi dikenal dengan tiga cara karburisasi yaitu:
Universitas Sumatera Utara

• Karburising Padat (Pack Carburizing)
Karburising padat adalah proses karburisasi pada permukaan benda kerja dengan menggunakan karbon yang didapat dari bubuk arang. Bahan karburisasi ini biasanya adalah arang tempurung kelapa, arang kokas, arang kayu, arang kulit atau arang tulang. Benda kerja yang akan dikarburising dimasukkan ke dalam kotak karburisasi yang sebelumnya sudah diisi media karburisasi. Selanjutnya benda kerja ditimbuni dengan bahan karburisasi dan benda kerja lain diletakkan diatasnya demikian selanjutnya (Wahid Suherman, 1998: 150). Kandungan karbon dari setiap jenis arang adalah berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon dalam arang, maka penetrasi karbon ke permukaan baja akan semakin baik pula. Bahan karbonat ditambahkan pada arang untuk mempercepat proses karburisasi.
Bahan tersebut adalah barium karbonat (BaCO3) dan soda abu (NaCO3) yang ditambahkan bersama-sama dalam 10 – 40 % dari berat arang (Y. Lakhtin, 1975: 255). Sebenarnya tanpa energiserpun dapat terjadi karburisasi, karena temperature yang tinggi ini mula-mula karbon teroksidir oleh oksigen dari udara yang terperangkap dalam kotak menjadi CO2 (Wahid Suherman, 1998: 149).
Reaksi yang terjadi adalah
CO2 + C (arang) -------------> 2CO
Dengan temperatur yang semakin tinggi kesetimbangan rekasi maikn cenderung ke kanan makin banyak CO.
Universitas Sumatera Utara

2CO -------------> CO2 + C (larut ke dalam baja)
dimana C yang terbentuk ini merupakan atom karbon (carbon nascent) yang aktif berdifusi masuk ke dalam fase austenit dari baja ketika baja dipanaskan. Besarnya kadar karbon yang terlarut dalam baja pada saat baja dalam larutan pada gamma fase austenit selama karburisasi adalah maksimal 2 %. Kotak karburisasi yang dipanaskan harus dalam keadaan tertutup rapat, hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara media karburisasi dengan udara luar. Cara yang biasanya ditempuh unutk menghindari hal tadi adalah dengan memberikan lapisan tanah liat (clay) antara tutup dengan kotak karburisasi. Menurut Wahid Suherman (1998: 150) bahwa “kotak karburisasi dipanaskan dalam dapur sampai temperatur 825 – 925 o C dengan segera permukaan benda kerja akan menyerap karbon sehingga dipermukaan akan terbentuk lapisan berkadar karbon tinggi sampai 1,2 %”. Dan menurut B.H Amstead (1979: 152) bahwa “proses karburisasi padat banyak diterapkan untuk memperoleh lapisan yang tebal antara 0,75 – 4 mm.
• Karburising Cair (Liquid Carburizing)
Karburising proses cair adalah proses pengerasan baja dengan cara mencelupkan baja yang telah ditempatkan pada keranjang kawat ke dalam campuran garam cianida, kalsium cianida (KCN), atau natrium cianida (NaCN). Dengan pemanasan akan terjadi reaksi-reaksi:
2NaCN + O2 -------------> 2 NaCNO
4NaCNO -------------> 2NaCN + Na2CO3 + CO + 2N
Universitas Sumatera Utara

3Fe + 2CO -------------> Fe3C + CO2
pada proses karburisasi ini selain terserapnya karbon, nitrogen juga ikut terserap. Bahwa karburisasi cair hamper sama dengan cyaniding, yang menyerap nitrogen dan karbon. Bedanya terletak pada tingkat perbandingan banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap. Pada karburisasi cair penyerapan karbon lebih dominan. Banyaknya karbon dan nitrogen yang terserap ini tergantung pada kadar cianida dalam salt bath dan temperatur kerjanya. Salt bath untuk karburisasi cair biasanya mengandung 40 – 50 % garam cianida. Temperatur yang digunakan adalah 900 o C selama 5 menit, kedalaman penetrasi karbon yang dicapai antara 0,1 – 0.25 mm dari permukaan baja. Kadar karbon yang dikarburisasi akan naik dengan semakin tingginya temperatur dan makin lamanya waktu karburisasi. Bila kadar karbon dipermukaan terlalu tinggi maka kekerasan tidak begitu tinggi, karena itu baja yang akan di quenching langsung setelah pemanasan untuk karburisasi hendaknya dipakai temperatur yang tidak begitu tinggi. Selama pemakaian konsentrasi cianida dalam salt bath dapat berubah sehingga tentu saja sifat salt bath dapat berubah, karena itu kondisi salt bath harus secara rutin diperiksa. Apabila terdapat perubahan yang berarti, harus dilakukan penambahan garam baru unutk menjaga konsentrasi tetap sebagaimana semula. Semua cianida adalah senyawa yang sangat beracun, karena itu pemakaiannya harus sangat hati-hati. Demikian pula pada saat membuang sisa-sisa cairan yang akan terkena garam cianida tersebut harus benar-benar mengikuti petunjuk dari pihak berwenang
Universitas Sumatera Utara

• Karburising Media Gas (Gas Carburizing)
Proses pengerasan ini dilakukan dengan cara memanaskan baja dalam dapur dengan atmosfer yang banyak mengandung gas CO dan gas hidro karbon yang mudah berdifusi pada temperatur karburisasi 900 o – 950 o C selama 3 jam. Gas-gas pada temperatur karburisasi itu akan bereaksi menghasilkan karbon aktif yang nantinya berdifusi ke dalam permukaan baja. Pada proses ini lapisan hypereutectoid yang menghalangi pemasukan karbon dapat dihilangkan dengan memberikan diffusion period, yaitu dengan menghentikan pengaliran gas tetapi tetap mempertahankan temperatur pemanasan. Dengan demikian karbon akan berdifusi lebih ke dalam dan kadar karbon pada permukaan akan semakin naik. Karburising dalam media gas lebih menguntungkan dibanding dengan karburising jenis lain karena permukaan benda kerja tetap bersih, hasil lebih banyak dan kandungan karbon pada lapisan permukaan dalam dikontrol lebih teliti. Menurut B.H Amstead (1979: 153) mengatakan bahwa “proses karburisasi media gas digunakan untuk memperoleh lapisan tipis antara 0,1 – 0,75 mm”.
2.6. Pengerasan (hardening) Pengerasan di lakukan untuk memperoleh sipat tahan aus yang tinggi,
kekuatan dan fatigue limit strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada temperature pemanasan
(temperature oustinising), holding time dan laju pendinginan yang di lakukan serta seberapa tebal bagian penampang yangh menjadi keras banyak tergantung pada hardenahility. Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras) maka pada saat pemanasan harus dapat dicapai struktur austenit, karena
Universitas Sumatera Utara

hanya austenit yang dapat bertransformasi menjadi maartensit. Bila struktur lain itu bersifat lunak, misalnya ferit maka tentunya kekerasan yang tercapai juga tidak akan maksimum.
Untuk menentukan temperatur pemanasan dan pada brosur pabrik pembuatan baja perlu dilakukan suatu percobaan pemanasan dan quencing pada temperatur dan dianalisa struktur yang terjadi.
Pengerasan (hardening) dilakukan untuk memperoleh sifat kekerasan dan kekuatan yang lebih baik. Kekerasan dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang tyerjadi tergantung pada temperature pemanasan holding time dan laju pendinginan yang di lakukan.
Pengerasan yang dilakukan secara langsung, adalah baja dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan. Pembentukan sifat-sifat dalam baja tergantung pada kandungan karbon, temperatur pemanasan sistim, pendinginan, seta bentuk dan ketebalan bahan. 1. Pengaruh unsur karbon.
Supaya dihasilkan suatu perubahan sifat-sifat baja, maka unsur karbon yang larut dalam padat harus secukupnya, setelah dilakukan pendinginan untuk menghasilkan perubahan lapisannya. Jika kandungan karbon kurang dari 0,15 % maka tidak terjadi perubahan sifat-sifat baja setelah didinginkan kenaikan hubungan karbon berhubungan dengan kenaikan kekuatan dan kekerasan sebagai hasil dan pendinginan, tetapi kenaikan tersebut akan mengurangi kekenyalan pada baja. 2. Pengaruh suhu pemanasan
Universitas Sumatera Utara

Supaya terjadi pelarutan yang lengkap sebagai hasil dari pendinginan, maka penting adanya pelarut unsur karbon dengan jumlah cukup pada larutan padat sebagai hasil dari pemanasan. Baja yang mengandung karbon kurang dari 0,83% biasaanya dipanaskan di atas titik kritis atas (tertinggi), seluruh unsur karbon masuk kedalam unsure padat selanjutnya di dinginkian. Baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,83% biasanya di panaskan hanya sedikit diatas titik kritis terendah (bawah). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan perlit menjadi austenit. Pendinginan yang di lakukan pada suhu itu akan membentuk martensit. Sewaktu kandungan karbon diatas 0,83% tidak terjadi perubahan sementit bebas menjadi austenit, karena larutan telah menjadi keras. Sehingga perlu di lakukan pemanasan pada suhu tinggi sehingga perlu dilakukan pemanasan dalam suhu tinggi sehingga merubahnya dalam bentuk austenit. Austenit Ini akan menghasilkan struktur berbentuk kasar tanpa mengalami penambahan yang cukup besar pada kekerasan dan kekuatannya. Akan tetapi menyebabkan baja menjadi lebih rapuh setelah didinginkan. Lamanya pemanasan tergantung pada tebalnya bahan tidak berukuran panjang karena akan menghasilkan struktur yang kasar. 3. Pengaruh pendinginan
Jika baja didinginkan dengan kecepatan minimum yang disebut dengan kecepatan pendinginan kritis, maka seluruh austenit akan berubah kedalam bentuk martensit.sehingga dihasilkan kekerasan baja yang maksimum. Kecepatan pendinginan kritis tergantung pada komposisi kimia baja. Bila kecepatan pendinginan sedikit lebih rendah dari kecepatan pendinginan kritis akan terbentuk “toorsit”. Toorsit dan sorbit lebih keras dan kuat dari pada
Universitas Sumatera Utara

baja yang mempunyai struktur yang seimbang. Kecepatan pendinginan tergantung pada pendinginan yang digunankan (Sondang,2009).
2.7. Pendingan secara Cepat ( Quenching ) Metoda pencelupan secara cepat yang di sebut quenching, pada proses ini

diperoleh struktur martensit akibat dari penurunan temperatur dan suhu austenit ke suhu kamar yang menyebabkan logam menjadi keras. Pendinginan secara mendadak dari 700 oC lebih adalah suatu pengerjaan yang sangat drastis, dan pendingan yang cepat ini sering mengakibatkan keretakan dan pergeseran benda kerja.
Sejumlah media digunakan dalam quenching untuk mendapatkan variasi pendinginan. Larutan soda akustik 5% memberikan pendinginan yang sangat dahsyat, lali dimasukkan air asin, kemudian air dingin. Air hangat, minyak mineral, minyak binatang, dan sayur-saturan menberikan pendingingan yang lambat,(Mulyadi,2007)
Efek pendinginan yang lambat pada teras terutama pada benda-benda yang besar, adalah bagian dalam baja hampir tidak sekeras bagian luarnya. Oleh karena itu akan terjadi pengendapan karbon, dan bagian tengah baja akan mengandung pearlite. Hal ini tidak merugikan, ikarena teras yang sedikit lebih lunak akan mengubah keadaan menjadi lebih rapuh dan kuat.
2.8. Struktur mikro logam Semua logam mengandung stuktur mikro yang berbeda, bila suatu logam
dibersihkan akan terlihat struktur mikro yang berupa goresan-goresan. Ada
Universitas Sumatera Utara

beberapa jenis struktur mikro antara lain ferit, perlit, martensit, dan lain-lain. Beberapa contoh baja karbun seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Struktur mikro baja karbon. Ferrit adalah butiran besi murni, sedangkan perlit adalah lapisan serat ferrit, martensit adalah strukur yang terjadi akibat transfer geser yang cepat didalam kisi atom yang tidak diikat dengan defuse atom.(Amanto,1999) Ferrit ialah kristal besi murni (ferum = Fe). Ferit terletakrapat Saling mendekat dan tidak teratur, baik bentuk maupun besarnya. Ferit merupakan bagian baja yang paling lunak. Ferit murni tidak akan cocok andai kata digunakan sebagai bahan benda kerja yang menampung beban karena kekuatannya kecil. Sementit, (Fe3C) ialah suatu senyawa kimia antar besi (Fe) dengan zat arang (C). Sebagai unsur struktur tersendiri ia mengandung 6,7% zat arang. Rumus kimia Fe3C menyatakan bahwa senantiasa ada 3 atom besi yang menyelenggarakan ikatan dengan sebuah atom zat arang ( C ) menjadi sebuah molekul karbit besi. Dengan mengikatnya kandungan C, maka membesar pula kadar sementit. Sementit dalam baja merupakan struktur yang paling keras (Fe3C 270 kali lebih keras dari besi murni). Perit merupakan kelompok campuranerat antara dan sementit dengan kandungan zat arang seluruhnya sebesar 0,8%. Dalam struktur perlit semua
Universitas Sumatera Utara

kristal ferit serpih sementit yang memperoleh penampatan saling berdampingan dengan lapisan tipis.(Verlag,1985)
Dan dengan menggunakan alat Mikroskocope struktur permukaan logam dapat dilihan setelah permukaan logam yang akan di uji tersebut di gerinda sehalus mungkin dan di poles dengan mempergunakan larutan poles alumina dan kemudian di etchan dengan campuran asam nitrat dengan ethanol. Sebagai contoh mikro logam yang dapat dilihat seperti gambar di bawah ini : (Material teknik PTKI,2009)
Gambar 2.6 Struktur Mikro Logam
Universitas Sumatera Utara

2.9. Sifat kekerasan logam Kekerasan adalah ketahanan beban terhadap deformasi plastis, karena
pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat ini banyak berhubungan dengan sifat kekuatan, daya tahan aus, dan kemampuan dikerjakan dengan mesin atau (mampu mesin). Cara pengujian kekerasan ada 3 macam, yaitu goresan, menjatuhkan bola baja, dan penekanan, Kekerasan suatu bahan dapat berubah bila di kerjakan dengan pekerjaan dingin atau (cold worked) seperti pengerolan, penariakn serta kekerasan dapat dicapai dengan kebutuhan dengan perlakuan panas. Kekerasan suatu bahan dapat diketahui dengan pengujian kekerasan memekai mesin uji kekerasan (hardness tester ) menggunakan 3 cara atau matoda telah banyak dilakukan, yaitu : metoda brinel, Rockwell dan Vickers.
Uji kekarasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Angka kekerasan piramida intan yang disarnya berbentuk bujur sangkar. Angka kekerasan piramida intan (DPH) aatu angka kekerasan Vickers ( VHN atau VPH ), di defenisikan sebagai beban di bagiluas permukaan lekuka. Luas ini di hitung `dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. DPH dapat ditentukan dari persamaan berikut(Surdia, 1995) :
VHN = 1854,4 F …………( 2.1 d2
Dimana :
F = beban yang diterapkan, ( kg ) d = Panjang diagonal rata-rata, (mm)
Universitas Sumatera Utara

Nilai kekerasan Vickers dapat di tentukan berdasarkan persamaan 2.1 dari data yang diperoleh.: Beban F yang diterapkan = ( 200 ± 0,025 ) gram Nilai skala terkecil (NST) Vickers = 0,5 µm Sehingga angka ketidakpastian (KTP) yang di peroleh adalah KTP + ½ NST KTP skala Vickers = ½ x 0,5 µm = 0,25 µm Sehingga hasil pengukuran di peroleh adalah : d = (d ± 0,25) µm Ke tidak pastian (KTP) hasil perhitungan berdasarkan rumus tersebut adalah sebagai berikut (Sudjana, 1992): VHN = 1854,4 F
d2 KTP = δF + 2 δd
Fd Pada hasil pengujian lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan haruslah berbentuk bujur sangkar. Langkah –langkah penyiapan specimen untuk pengujian kekerasan adalah sebagai berikut : 1. Spesimen di potong dengan gergaji sehingga berbentuk ukuran diameter 22 mm dan panjang 30 mm. 2. Specimen diamplas hingga rata dan halus menggunakan kertas amplas no 300, 500, 800, 1000, kemudian di poles. 3. Permukaan yang di uji adalah permukaan yang pinggir. 4. Specimen siap di uji kekerasannya dengn metode Vickers.
Universitas Sumatera Utara

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini di lakukan di laboreatorium Material Test PTKI (Pendidikan

Teknologi Kimia Industri) Medan yang mulai bulan Oktober 2009 sampai dengan

Desember 2009 dengan perincian sebagai berikut :

Tabel 3.1. Jadwal kegiatan Penelitian

OKTOBER NOVEMBER DESEMBER

2009

2009

2009

NO KEGIATAN PENELITIAN MINGGU MINGGU

MINGGU

KE -

KE -

KE -

1

2 1 23 4 1

2

Persiapan Penelitian 1 - Pengurusan surat penelitian
- Pemesanan alat dan bahan - Pembuatan specimen

√

√ √

Pengerjaan karburisasi

- Pack carburizing 2 - Heat treatment
- Quencing - Pemolesan

√ √ √ √

Melakukan pengujian 3 - Uji kekerasan
- Struktur Mikro

√ √

4 Pengolahan data dan analis data

√

5 Penulisan Draft Skripsi

v

25
Universitas Sumatera Utara

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
NO NAMA ALAT 1 Mesin Uji Kekerasan 2 Microskop Optik
Olympus 3 Furnance Pengontrol
Suhu 4 Mesin gergaji 5 Jangka Sorong 6 Specimen Draiyer 7 Kartas Pasir 8 Metal Polis 9 Kotak Karburasisa 10 Ayakan

Tabel 3.1 Alat SPESIFIKASI Micro Vickers
100 x Pembesaran
Kapasitas 1200o C

JUMLAH 1 Set 1 Set
1 Set

- 1 Set

NST = 0,02 mm

1 buah

- 1 buah

Ukuran : 320, 500, 800, 1000 1 buah / perukuran

Alumina powder ( 0,3 µm )

Secukupnya

--

200 µm

1 buah

3.2.2 Bahan

Tabel 3.3 Bahan

NO Nama Bahan

Keterangan

1 Baja karbon rendah

Dibali

2 Karbon Aktif Gronoul

Dibeli

3 Air

Air PDAM

Jumlah Buah 1 Kg Secukupnya

Universitas Sumatera Utara

3.3 Diagram Alir Penelitian
Penyediaan Baja Pembentukan Sampel

Mulai
Penyediaan Arang Penggilingan / pengayakan

Di Karburisasi
Karburisasi masing – masing Bahan

Quencing

Tanpa Quencing

Di potong menjadi dua bagian

Uji kekerasan

Pemolesan Pengujian

Struktur Mikro

Pengumpulan Data Analisis Hasil Pembahasan

Kesimpulan

Universitas Sumatera Utara

3.4 . Prosedur Penelitiaan 3.4.1. Persiapan 1. Penyediaan bahan Karbon aktif Granul arang kayu. 2. Menggiling dan mengayak Karbon aktif Granul dengan mesh 200 µm.
Kemudian ditimbang masing – masing 35,34 gram untuk setiap kotak karburisasi. 3. Menyediakan bahan Baja karbon rendah, kemudian di potong 30 mm.
a. Untuk bahan Spesimen Baja karbon rendah. b. Untuk bahan Karburisasi. d. Untuk bahan Karburisasi dan di quenching. e. Untuk bahan Quencing. 4. Kemudian baja dan karbon aktif di masukkan kedalam kotak karburisasi sedemikian rupa sehingga baja tertutup serbuk arang hingga penuh. 5. Kotak karburisasi ditutup kuat kemudian kotak karburisasi dimasukkan kedalam tungku pemanasan ( Furnance ). 6. Kemudian di panaskan dengan suhu 900o C dan di berikan waktu penahanan selama 2 jam. Kemudian matikan tungku sampai suhu turun mencapai 500o C. 7. Kelurkan kotak karburisasi dari dalam tungku dan didinginkan di udara terbuka sampai mecapai suhu kamar. 8. a. Untuk bahan Karburisasi da di quenching, dilakukan proses heatreatment
pada suhu 900o C dan penahanan selama 30 menit. b. Dan yang lainnya dilakukan proses heatreatment. 9. Bahan yang di heatreatment di quenching dengan menggunakan media air.
Universitas Sumatera Utara

3.4.2 Pengujian Kekerasan Bahan. 1. Pengujian kekerasan Vickers dilakukan dengan menggunakan alat uji
kekerasan Vickers ( micro vickars ). 2. Bahan di poles sehalus mungkin permukaannya dengan kertas pasir dan
alumina powder dengan menggunakna specimen dryer. 3. Benda uji diletakkan lurus diantara penyangga dan indentor, kemudian dengan
menekankan indentor kerucut intan kepada bahan uji dengan beban tertentu ( F = 200 gram ). 4. Melihat hasil tumbukan piramida melalui lensa pada alat uji kekerasan Vickers (mickro Vickers). 5. Melihat pada lensa berapa diagonal (d)yang dihasilkan oleh tumbukan indentor. 6. Mencatat data dari hasil uji kekerasan permukaan. 7. setelah di peroleh data maka kekerasan dapat ditentukan dengan rumus :
VHN = 1854,4 . F , d2
dimana semakin kecil harga d maka kekerasannya semakin tinggi. d = 22 mm
h = 15 mm
Universitas Sumatera Utara

3.5 Teknik Analisa Data

1) Analisa data dengan table

2) Data yang diajikan dalam bentuk table adalah data hasil distribusi

kekerasanlapisan karburisasi setelah mengalami proses hardernin.

3) Metode yang digunakan untuk menganalisa hasil ppemnelitian adalah

metode diskriftif komperatif, yaitu mengamati dan membandingkan

karekteristikkekerasan, struktur mikro yang terjadi pada setiap proses yang

dilakukan.

Tabel 3.4 Data hasil penelitian kekerasan permukaan.

Dalam penelitian ini dengan memvariasikan proses perlakuan pada bahan uji dan

hasilnya di sampaaikan dalam table sebagai berikut :

Diameter bahan uji

= 22 mm

Tinggi nahan Uji

= 30 mm

Waktu penahanan suhu (t) = 2 Jam

Suhu pemanasan

= 900o

PENELITIAN

KARBURISASI

N KEDALAMAN SPESIMEN KARBURISASI

DAN

O (μm)

BAJA

QUENCING

KARBON

RENDAH

d HVN d

HVN d HVN

Universitas Sumatera Utara

Keterangan :

d HVN

= Diagonal = Kekerasan vickers (kg/mm2)

4. Analisa dengan rumus : hasil pengujian Diagonal identasi (d) kemudian dimasukkan kedalam
rumus 2.1 dengan beban F tetap (Surdia, 1995)

VHN = 1854,4 F d2
Dengan : F = pembebanan yang di terapkan ( 200 Gram ) d = Diagonal
Tumbukan piramida intan yang di tekankan tanpa kejutan pada benda uji harus benar rata dan polos, dengan beban 2oo gram selama pembeban 15 detik. Hasil tekan yang terlihat berupa bujur sangkar didalam mesin ditampilkan dan diperbesar pada layar. Diagonal rata-rata d diukur. Setelah itu kekeradan Vickers dapat diukur demgan menggunakan rumus diatas.

Universitas Sumatera Utara

Suhu o C

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian Dari hasil penelitian heatreatmen tanpa proses Quencing maka di dapatkan
grafik ( V.vlack, 2000);
Waktu Penahanan 2 jam 900
Aneling - (Pendinginan - di Dapur) 500-
Normalisasi - (pendinginan di - Udara) -
195 menit Gambar 4.1.Grafik proses perlakuan panas tanpa quencing
32
Universitas Sumatera Utara

Suhu o C

Waktu penahanan ½ j

900
Di quenching dengan air 0 30 60 Menit Gambar 4.2. Grafik perlakuan panas dengan quencing Kemudian pengujian sifat mekanik dari beberapa bahan baja karbon rendah telah dilakukan beberapa variasi pengerjaan. Hasil pengujian yang telah dilakukan adalah kekerasan (hardeness) dan pengamatan struktur mikro dengan variasi bahan Original, karburisasi dan Karburisasi Quencing. Data yang di peroleh dari hasil perhitungan dari pengujian adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara

Uji kekerasan dengan Micro Hardness Vickers

N KEDALAMAN O (μm)
10 2 250 3 500 4 750 5 1000 6 1250 7 1500 8 1750 9 2000 10 2250 11 2500 12 2750 13 3000 14 3250 15 3500 16 3750 17 4000 18 4250 19 4500 20 4750 21 5000

SPESIMEN BAJA
KARBON RENDAH
d 40 43 45 43 44 46 44 44 45 46 44 45 44 44 43 44 43 46 43 46 46

PENELITIAN KARBURISASI

KARBURISASI DAN
QUENCING

dd 38 29 40 30 48 32 53 35 56 39 56 40 55 44 56 44 55 46 54 46 56 45 56 45 57 45 56 45 55 45 56 45 56 46 55 45 56 46 56 45 56 45

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.1 perbandingan diagonal dengan jarak tumbukan.

Dengan menggunakan rumus 2.1 VHN = 1854,4 F d2

Maka Untuk diagonal 40 :

VHN = 1854,4

200gram
2

40

= 370880gram 1600

= 231,8 , maka dengan cara yang sama kita dapat menentukan VHn untuk

setiap diagonal terlihat pada table di bawah ini :

N KEDALAMAN O (μm)
10 2 250 3 500 4 750 5 1000 6 1250 7 1500 8 1750 9 2000 10 2250 11 2500 12 2750 13 3000 14 3250 15 3500 16 3750 17 4000 18 4250 19 4500 20 4750 21 5000

SPESIMEN BAJA KARBON RENDAH
d HVN 40 231,8 43 200,6 45 183,2 43 200,6 44 231,8 46 175,3 44 231,8 44 231,8 45 183,2 46 175,3 44 231,8 45 183,2 44 231,8 44 231,8 43 200,6 44 231,8 43 200,6 46 175,3 43 200,6 46 175,3 46 175,3

PENELITIAN
KARBURISASI
d HVN 38 256,8 40 231,8 48 160,9 53 132,1 56 118,3 56 118,3 55 122.6 56 118,3 55 122.6 54 131,7 56 118,3 56 118,3 57 114,2 56 118,3 55 122.6 56 118,3 56 118,3 55 122.6 56 118,3 56 118,3 56 118,3

KARBURISASI DAN
QUENCING D HVN 29 440,9 30 412,1 32 362,1 35 302,7 39 243,8 40 231,8 44 231,8 44 231,8 46 175,3 46 175,3 45 183,2 45 183,2 45 183,2 45 183,2 45 183,2 45 183,2 46 175,3 45 183,2 46 175,3 45 183,2 45 183,2

Universitas Sumatera Utara

Selanjutnya dilakukan pengujian perubahan fisik dan di dapatkan hasil

sebagai berikut :

Vickers Hardness Tester 1. Bahan Spesimen
Ferrite

Pearlite

Gambar 4.1. Gambar Fisik bahan
Universitas Sumatera Utara

3. Bahan Karburisasi Ferrite

Pearlite

Gambar 4.2. Gambar bahan setelah di karburisasi 4. Bahan Karburisasi Dan Di Quencing

Ferrite

Martensite

Pembahasan G4.a2m.1baPren4g.3u.jiBaaamn bKaerkbearahsaannssepteelcaihmdeinkarburisasi dan quenching dengan air 27o C.
Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan hasil penelitian yang telah di lakukan maka dihasilkan nilai kekerasan micro hardness Vickers sample bahan specimen baja karbon rendah yaitu menunjukkan kekerasan kulit luarnya adalah 231,8 gram/m2. Hal ini menunjukkan bahwa bahan belum mengalami perlakuan sehingga baja yang di peroleh belum ulet. Dibawah ini dapat dilihat grafik perbandingan antara diagonal berbanding dengan jarak tumbukan dari kulit dasar menuju inti baja.

Diagonal (µm )

50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Jarak Tumbukan (µm )
4.2.3 Pengujian Kekerasan Karburisasi Gambar 4.4 Gambar Grafik Pebandingan diagonal dan jarak tumbukan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah di lakukan maka dihasilkan nilai kekerasan micro hardness Vickers sample bahan specimen baja karbon rendah yang telah telah di karburisasi yaitu menunjukkan kekerasan kulit luarnya adalah 256,8 gram/m2. Hal ini menunjukkan bahwa bahan sudah mengalami perlakuan sehingga baja yang bertambah kekuatannya karena kadar karbonnya bertambah.

Universitas Sumatera Utara

Diagonal (µm)

Sehingga di perolehlah baja yang ulet. Dibawah ini dapat dilihat grafik perbandingan antara diagonal berbanding dengan jarak. Perubahan kekerasan terjadi sekiar dar kulit luar