Analisis Pengaruh Waktu pada Proses Karburasi Terhadap Kekerasan dan Mikrostruktur Baja Karbon Menengah NS-1045
LAMPIRAN 1
HASIL PERHITUNGAN DATA PENGUJIAN BAHAN
= 1,8544
1.1 Kekerasan
Quenching
Sebelum
VHN =
Proses
= 1,8544
VHN2 = 159,860 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
Bahan
Original
perlakuan )
(Tanpa
VHN3 = 159,860 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 201,564 kgf/mm2
VHN4 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 174,942 kgf/mm2
VHN5 = 159,860 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 187,313 kgf/mm2
VHN6 = 159,860 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 149,548 kgf/mm2
2
VHN4 = 180,038 kgf/mm
VHN = 185,964 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
Karburasi selama 2 jam
VHN8 = 146,015 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 206,044 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN10 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
= 1,8544
VHN7 = 1,8544
VHN10 = 168,581 kgf/mm2
= 1,8544
VHN7 = 170,128 kgf/mm2
VHN = 162,934 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
Karburasi 4 Jam
= 1,8544
VHN1 = 1,8544
VHN8 = 178,306 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 185,440 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 173,306 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 158,495 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
VHN = 164,703 kgf/mm2
VHN3 = 155,830 kgf/mm2
Karburasi 6 Jam
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 147,174 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 164,105 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 162,666 kgf/mm2
= 1,8544
VHN2 = 178,306 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 1,8544
2
VHN6 = 155,830 kgf/mm
= 1,8544
VHN3 = 170,128 kgf/mm2
Universitas Sumatera Utara
Karburasi 8 Jam
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 174,942 kgf/mm2
VHN1 = 180,038 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 181,803 kgf/mm2
VHN2 = 178,306 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 167,062 kgf/mm2
VHN3 = 174,942 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 168,581 kgf/mm2
VHN4 = 171,702 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 178,306 kgf/mm2
VHN5 = 170,128 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 181,803 kgf/mm2
VHN6 = 162,666 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 180,308 kgf/mm2
VHN7 = 161,251 kgf/mm2
VHN = 174,534 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
Universitas Sumatera Utara
VHN8 = 165,570 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 180,038 kgf/mm2
VHN9 = 165,570 kgf/mm2
VHN = 185,964 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
Karburasi selama 2 jam
= 1,8544
VHN1 = 1,8544
2
VHN10 = 193,165 kgf/mm
= 1,8544
VHN1 = 240,831 kgf/mm2
VHN = 174,665 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
1.2
Kekerasan Sesudah Proses
Quenching menggunakan oli
= 1,8544
VHN2 = 243,999 kgf/mm2
VHN =
= 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
Bahan
Original
perlakuan )
(Tanpa
VHN3 = 247,252 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 247,252 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 201,564 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 174,942 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN5 = 228,936 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
2
VHN3 = 187,313 kgf/mm
Universitas Sumatera Utara
VHN6 = 226,145 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 247,252 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 247,252 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 226,145 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 237,743 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 226,145 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 228,936 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 1,8544
VHN7 = 237,743 kgf/mm2
= 1,8544
VHN10 = 228,936 kgf/mm2
VHN = 238,400 kgf/mm2
Karburasi 4 Jam
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 231,800 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 349,886 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 223,419 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 272,704 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 240,830 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 254,026 kgf/mm2
VHN = 250,323 kgf/mm2
Karburasi 6 Jam
VHN1 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
= 1,8544
VHN1 = 280,969 kgf/mm2
= 1,8544
VHN9 = 237,743 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 264,914 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 228,938 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN = 252,923 kgf/mm2
= 1,8544
VHN3 = 264,914 kgf/mm2
Karburasi 8 Jam
VHN1 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 325,332 kgf/mm2
VHN4 = 264,914 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 264,914 kgf/mm2
VHN5 = 243,999 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 261,183 kgf/mm2
VHN3 = 268,752 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 240,831 kgf/mm2
VHN4 = 261,182 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 240,831 kgf/mm2
VHN5 = 257,553 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
b. Karburasi 4 Jam
= 1,8544
VHN6 = 257,553 kgf/mm2
HV=
x100%
x100%
=
VHN7 = 1,8544
=
= 1,8544
x100%
= 51,911%
2
VHN7 = 237,743 kgf/mm
c. Karburasi 6 jam
HV=
VHN8 = 1,8544
x100%
=
= 1,8544
=
VHN8 = 231,800 kgf/mm2
x100%
x100%
= 44,913%
VHN9 = 1,8544
d. Karburasi 8 Jam
= 1,8544
HV=
x100%
2
VHN9 = 231,800 kgf/mm
x100%
=
=
VHN10 = 1,8544
x100%
= 47,048%
= 1,8544
VHN10 = 231,800 kgf/mm2
VHN = 256,842 kgf/mm2
1.3 Perhitungan persentase
peningkatan kekerasan sesudah
proses quenching
Maka
besarnya
persentase
peningkatan kekerasan baja karbon
menengah
NS-1045
setelah
dilakukan proses Quenching dengan
Oli Mesran SAE 40 adalah :
HV =
HV = 47,547%
x100%
HV=
a. Karburasi 2 Jam
x100%
HV=
=
=
x100%
x100%
= 46,317%
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah
Sebelum Proses Quenching
Diameter Bahan Uji (d) = 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 20 mm
Suhu pemanasan (T)
= 950oC
Beban (F)
= 10 kgf
No
1
2
3
Bahan
Original
2 Jam
4 Jam
Kode
Sampel
A
B
C
Diagonal identitas
Kekerasan Vickers
(HV)kgf/mm2
D=
Hasil
(a+b)/2
kekerasan
0,300
0,304
201,564
0,327
0,327
0,327
174,942
0,313
0,320
0,316
187,313
0,321
0,321
0,321
180,038
0,301
0,301
0,301
206,044
0,341
0,341
0,341
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159.860
0,353
0,353
0,353
149,548
0,376
0,339
0,357
146,015
0,342
0,342
0,342
159,860
0,335
0,329
0,332
168,581
0,317
0,317
0,317
185,440
0,328
0,328
0,328
173,306
0,345
0,345
0,345
155,830
0,355
0,355
0,355
147,174
0,338
0,338
0,338
162,666
0,345
0,345
0,345
155,830
a(mm)
b(mm)
0,308
Rata-rata
185,964
162,934
164,703
Universitas Sumatera Utara
4
5
6 Jam
8 Jam
D
E
0,331
0,331
0,331
170,128
0,324
0,324
0,324
178,306
0,341
0,341
0,341
159,860
0,343
0,343
0,343
158,495
0,337
0,337
0.337
164,105
0,329
0,320
0,324
178,306
0,334
0,328
0,331
170,128
0,329
0,326
0,327
174,942
0,336
0,304
0,320
181,803
0,337
0,332
0,334
167,062
0,332
0,332
0,332
168,581
0,329
0,318
0,323
178,306
0,320
0,320
0,320
181,803
0,323
0,322
0,322
180,308
0,321
0,321
0,321
180,038
0,323
0,323
0,323
178,306
0,327
0,327
0,327
174,942
0,329
0,329
0,329
171,702
0,330
0,330
0,330
170,128
0,338
0,338
0,338
162,666
0,340
0,340
0,340
161,251
0,335
0,335
0,335
165,570
0,316
0,316
0,316
187,312
0,311
0,311
0,311
193,165
174,534
174,665
Tabel 1.2 Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Sedang Sesudah
Mengalami Proses Quenching Dengan Media Pendingin Oil
Diameter Bahan Uji (d)
= 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 10 mm
Suhu Pemanasan (T)
= 850oC
Beban (F)
= 10 kgf
Universitas Sumatera Utara
No
1
2
3
Bahan
Original
2 Jam
4 Jam
Kode
Sampel
A
B
C
Diagonal identitas
Kekerasan Vickers
(HV)kgf/mm2
D=
Hasil
(a+b)/2
kekerasan
0,300
0,304
201,564
0,327
0,327
0,327
174,942
0,313
0,320
0,316
187,313
0,321
0,321
0,321
180,038
0,278
0,278
0,278
240,831
0,276
0,276
0,276
243,999
0,275
0,275
0,275
247,252
0,268
0,282
0,275
247,252
0,286
0,286
0,286
228,936
0,285
0,289
0,287
226,145
0,274
0,277
0,275
247,252
0,278
0,272
0,275
247,252
0,289
0,286
0,287
226,145
0,285
0,285
0,285
228,936
0,236
0,226
0,231
349,886
0,261
0,261
0,261
272,704
0,271
0,271
0,271
254,026
0,283
0,278
0,280
237,743
0,287
0,287
0,287
226,145
0,286
0,286
0,286
228,936
0,281
0,281
0,281
237,743
0,293
0,275
0,284
231,800
0,299
0,280
0,289
223,419
0,284
0,272
0,278
240,830
0,258
0,258
0,258
280,969
0,266
0,266
0,266
264,914
a(mm)
b(mm)
0,308
Rata-rata
185,964
238,400
250,323
Universitas Sumatera Utara
4
5
6 Jam
8 Jam
D
E
0,266
0,266
0,266
264,914
0,266
0,266
0,266
264,914
0,282
0,270
0,276
243,999
0,272
0,265
0,268
261,183
0,289
0,269
0,279
240,831
0,288
0,269
0,278
240,831
0,289
0,272
0,280
237,743
0,295
0,275
0,285
228,938
0,246
0,235
0,240
325,332
0,268
0,263
0,265
264,914
0,263
0,263
0,263
268,752
0,273
0,262
0,267
261,182
0,280
0,261
0,270
257,553
0,269
0,269
0,269
257,553
0,280
0,280
0,280
237,743
0,289
0,278
0,283
231,800
0,287
0,287
0,283
231,800
0,287
0.279
0,283
231,800
252,923
256,842
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN 2
GAMBAR PENELITIAN
1. Tungku Pembakaran
2.Peneliti Sedang Membersihkan
permukaan baja karbon dengan
kertas pasir
3. Peneliti sedang melakukan
4. Peneliti sedang melakukan uji
Pengujian kekerasan dengan
Mikrostruktur dengan alat Metal
Alat Hardness Tester
Microscopy
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
Alexander,W.O (1991), Dasar Metalurgi untuk Rekayasawan, terjemahan,
Penerbit PT.
Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Amanto H, (1999), Ilmu Bahan, Penerbit Bumi Aksara, Jakarta.
Amstead, B, H (1999), Teknologi Mekanik, Edisi Ketujuh, penerbit Erlangga,
Jakarta.
Ariobima, (2001), Pengaruh Media Sementasi Terhadap Peningkatan Kadar
karbon Pada Baja ASBAB 760, Jurnal Teknik Mesin Usakti
Ginting, FD,(2008), Pengujian Alat Pendingin Sistem Adsorpsi Dua Absorber
dengan Menggunakan Metanol 1000 ml Sebagai Refrigeran, Skripsi
Teknik Mesin, Universitas Indonesia.
Hakim, Junaidi (2013) Pengaruh Variasi Massa Serbuk Arang dan Kalsium
Karbonat (CaCo3) Pada Proses Karburasi Baja Karbon Sedang, Skripsi
Fisika USU, Medan
Love, G (1982), Teori dan Praktek Kerja Logam, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga,
Jakarta.
Mawani, (2007), Pengaruh Komposisi Serbuk Arang Kayu-Natrium Karbonat
Pada Proses Karburasi Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Baja
Karbon Rendah, Skripsi Fisika UNIMED, Medan
Muhammad, Zuchry M,(2011), Pengaruh Karburasi dengan Variasi Media
Pendingin Terhadap Mikrostruktur Baja Karbon, Staf Pengajar Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Tadulako, Palu.
Nirwana, (2012), Pengaruh Variasi Massa Serbuk Arang dan Kalsium Karbonat
(CaCo3) Pada Proses Karburasi Baja Karbon Rendah, Skripsi Fisika
UNIMED, Medan
Rizal,Taufan, (2005), Pengaruh Kadar Garam Dapur (NaCl) Terhadap Tngkat
Kekerasan Pada Proses Pengerasan Baja V-155, Jurnal Teknik Mesin
UNNES, Semarang
Surdia Tata, (1995), Bahan Teknik Pengetahuan, Penerbit Pradnya Paramita,
Jakarta.
Universitas Sumatera Utara
Smallman, R,E (1991), Metalurgi Fisik Modern, Edisi Keempat Penerbit
Gramedia Jakarta.
Sumanto, (1996), Pengetahuan Bahan, penerbit Andi Offset, Yogyakarta.
Van Vlack, (1992), Ilmu dan Teknologi Bahan (ilmu Pengetahuan Logam dan
Non Logam), Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta
http://arissabadi.blogspot.com/2008-09-01 archive.html (diakses senin 27 Januari
2014, 20.00)
http://sekolah007.blogspot.com/2013/04/karburasi-pada-logam-dan
pendinginan.html (diakses 27 Januari 2014 20.30)
http://www.Blog.ac.id/Ricky Septian/Diffusion/html (diakses 27 Januari 2014
21.00 )
http://gogetitnararia.wordpress.com/2011/11/05/contd-surface-hardeningthermochemical-treatment/ (diakses 27 Januari 2014 21.30)
http://www.efunda.com/processes/heat_treat/hardening/diffussion.cfm (diakses 29
Januari 2014 19.30)
http://services.metlabheattreat.com ( diakses 29 Januari 2014 20.00)
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI (Pendidikan
Teknologi Kimia Industri) Medan yang dilaksanakan pada bulan November 2013
– januari 2014.
3.2. Alat dan Bahan
Tabel 3.1. Alat
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9
Nama Alat
Mesin Uji Kekerasan
Furnace
Gunting Pejepit
Jangka Sorong
Kertas Pasir
Sarung Tangan
Specimen Driyer
Testing mesin
Metal Microscopy
Spesifikasi
Vickers
Kapasitas 1200oC
Ukuran 320,500,800, 1000
-
Jumlah
1 Set
1 Set
1 Set
1 Buah
1 Set
1 Buah
1 Set
1 set
Tabel 3.2. Bahan
No
1.
2.
3.
4.
5.
Bahan
Kalsium Karbonat (CaCO3)
Baja Karbon Menengah
Serbuk arang/karbon aktif
Larutan Eccan
Alumina Powder
Keterangan
Dibeli di PTKI
Dibeli
Dibeli
Dibeli di PTKI
Dibeli di PTKI
Jumlah
5 gr
5 buah
50 gr
secukupnya
secukupnya
Universitas Sumatera Utara
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1 Proses karburasi
1. Menyediakan arang aktif 100 Mesh
2. Menyediakan baja yang berbentuk silinder dengan ukuran 20 mm
,diameter 16 mm sebanyak 5 buah
3. Menggosok permukaan baja karbon sedang
dengan kertas
abrasive.
4. Meletakan benda uji yang akan dikeraskan dalam kotak karburasi
bersamaan dengan campuran antara serbuk arang dengan CaCO3
(kalsium karbonat) sebagai aktifator dengan massa serbuk arang
50 gram dan CaCO3 5 gram kemudian ditutup.
5. Meletakan kotak ke dalam furnace
6. Menaikkan temperatur tungku pemanas sampai 200 0C kemudian
menahannya selama 10 menit untuk pemanasan tungku pemanas
7. Menaikkan temperatur lagi hingga 700 0C dan menahannya selama
10 menit agar temperatur di dalam kotak karburasi merata
8.
Menaikkan temperatur furnace hingga 950oC sesuai
lama karburasi yaitu 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam.
9.
Mematikan tungku pemanas kemudian melakukan
pendinginan di dalam kotak karburasi hingga suhu kamar.
10. Menggosok permukaan baja karbon menengah dengan kertas
abrasive 320, 500, 800,1000.
11. Memoles baja dengan alumina powder sampai mengkilat
12. Melakukan pengujian mikrostruktur dan kekerasan
13. Melakukan proses pengerasan dengan memanaskan kembali
specimen dengan temperatur 850 0C dan di tahan selama 30 menit
kemudian di quenching dengan media oli Mesran SAE 40
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Pengujian sampel
3.3.2.1 Uji Kekerasan
1. Ratakan permukaan bahan yang akan diuji kekerasannya (usahakan
jangan sampai miring) dan diasah sampai mengkilap supaya
pengukuran dengan mikroskop micrometer lebih terang.
2. Pilihlah beban percobaan yang akan dipakai (dalam percobaan ini
digunakan beban 10 kgf) dengan memutar tombol penukar beban
yang terdapat pada samping kanan alat.
3. Letakkan bahan percobaan pada anvil.
4. Tekan tombol yang terdapat dibagian kanan alat, lampu berpijar
adalah sebagai tanda bahwa gaya atau beban sudah bekerja,
biarkan selama 30 detik sesudah lampu tidak bercahaya lagi.
5. Setelah 30 detik, angkat engkol pembuka beban, geser lensa
objektif kearah indentasi (bekas penekanan) dengan jalan memutar
revorvel knop searah jarum jam.
6. Tentukanlah panjang diagonal dari indentasi, yaitu diagonal
horizontal dan diagonal vertical dan dihitung diagonal rata – rata
dari kedua diagonal diatas.
7. Ulangi percobaan sampai 4 kali untuk masing – masing bahan
specimen.
3.3.2.2 Uji Struktur Mikro
Bahan uji yang dipoles sebelum dan sesudah dengan larutan etsa,
selanjutnya akan di lakukan pengujiam dengan menggunakan Metal
Microscopy untuk melihat struktur mikro dari baja karbon menengah NS1045.
Universitas Sumatera Utara
3.4 Diagram Alir Penelitian
Arang Aktif 100
Mesh
Baja Karbon Sedang
CaCO3
Ditimbang
Ditimbang
Proses Karburasi (mencampur
CaCO3 dan Serbuk Arang)
pada suhu 950oC
Quenching
Oil
Pengujian
Kekerasan
Mikrostruktur
Data
Analisis Data
Hasil Dan Pembahasan
Kesimpulan
Universitas Sumatera Utara
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
Pengujian kekerasan dan mikrostruktur pada beberapa bahan uji (sampel)
telah dilakukan dengan adanya variasi waktu pemanasan dan kosentrasi kalsium
karbonat (CaCO3) yang konstan untuk bahan baja karbon menengah pada proses
karburasi. Hasil pengujian yang telah dilakukan adalah kekerasan (hardness) dan
mikrostruktur dengan CaCO3 sebagai energizer untuk baja karbon menengah pada
proses karburasi. Data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel yang tertera
dibawah ini.
4.1.1. Kekerasan
Nilai kekerasan bahan uji dari pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 dan
4.2 dimana nilai kekerasan tersebut dapat ditentukan sesuai dengan rumus 2.6 dan
perhitungannya dapat dilihat pada lampiran 1. Data hasil perhitungan untuk
kekerasan permukaan baja karbon menengah sebelum mengalami proses
hardening dapat dilihat pada tabel 4.1, dan sesudah mengalami proses quenching
dapat dilihat pada tabel 4.2, dimana masing-masing permukaan sampel yang telah
mengalami proses karburasi dilakukan pengujian kekerasan sebanyak sepuluh kali
dan untuk bahan tanpa perlakuan sebanyak 5 kali pengukuran untuk masingmasing bahan uji dengan menggunakan alat uji Vickers.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah NS1045 Sebelum Proses Quenching
No
1
2
3
4
5
Bahan
original
2 Jam
4 jam
6 jam
8 jam
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Kekerasan Vickers (HV) kgf/mm2
185,964
162,934
164,703
174,534
174,665
Dengan :
Diameter Bahan Uji (d) = 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 20 mm
Suhu pemanasan (T)
= 950oC
Beban (F)
= 10 kgf
Dari data diatas tabel 4.1 dapat di buat hubungan antara lama karburasi dengan
kekerasan sebelum proses quenching pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.1 Hubungan lama karburasi terhadap kekerasan baja karbon menengah
NS-1045 sebelum proses quenching
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2 Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah NS-1045
Sesudah Mengalami Proses Quenching Dengan Oli Mesran SAE 40
No
1
2
3
4
5
Bahan
original
2 Jam
4 jam
6 jam
8 jam
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Kekerasan Vickers (HV) kgf/mm2
185,964
238,400
250,323
252,923
256,842
Dengan :
Diameter Bahan Uji (d)
= 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 10 mm
Suhu Pemanasan (T)
= 850oC
Beban (F)
= 10 kgf
Dari data diatas tabel 4.2 dapat di buat hubungan antara lama karburasi dengan
kekerasan sesudah proses quenching pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.2 Hubungan lama karburasi baja karbon menengah NS-1045
terhadap kekerasan sesudah proses quenching dengan Oli
Mesran SAE 40
Universitas Sumatera Utara
4.1.2 Mikrostruktur
Mikrostruktur baja karbon menengah yang diperoleh pada proses karburasi
dengan temperatur 950 0C selama 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam sebelum di
quenching dapat di lihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.3 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 tanpa perlakuan
(bahan original) perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 2 jam sebelum di quenching, perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya lebih besar dari ferit pada bahan
original
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 4 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 6 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses
karburasi selama 8 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Untuk mikrostruktur baja karbon menengah yang diperoleh setelah di
quenching dapat di lihat pada gambar di bawah ini;
Gambar 4.8 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 2 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran
SAE 40 perbesaran 100x
Keterangan :
1. Martensit dan perlit
2. Perlit yang berwarna putih ukurannya lebih kecil dari sebelumnya
3. Martensit yang berwarna hitam ukuran butirannya kecil dan lebih
sedikit dari perlit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 4 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 100x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit ( berwarna putih) lebih sedikit di bandingkan dengan gambar 4.6
3. Martensit (yang berwarna hitam) ukurannya kecil dan lebih banyak dari
gambar 4.6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 6 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 200x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit terlihat berupa celah kecil berwarna putih jumlahnya sedikit
3. Martensit membentuk ukuran yang kecil warna hitam dan jumlahnya lebih
banyak dari perlit
Universitas Sumatera Utara
Gambr 4.11 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 8 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 500x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit terlihat berupa celah kecil berwarna putih jumlahnya sedikit
3. Martensit membentuk ukuran yang kecil warna hitam dan jumlahnya lebih
banyak dari perlit
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pembahasan
4.2.1 Analisis Kekerasan
Nilai kekerasan bahan uji ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.6
dan data yang didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan melakukan
perhitungan (pada lampiran 1).
Dari data hasil uji kekerasan permukaan baja karbon menengah pada tabel
4.1, untuk bahan original nilai rata-rata kekerasannya, 185,964 kgf/mm2
sedangkan kekerasan maksimum diperoleh dari proses karburasi selama 8 jam
yaitu 174,665 kgf/mm2 sebelum proses quenching, sedangkan
data hasil uji
kekerasan permukaan baja karbon menengah pada tabel 4.2 untuk bahan original
nilai rata-rata kekerasan 185,964 kgf/mm2, sedangkan untuk kekerasan maksimum
diperoleh dari proses karburasi selama 8 jam yaitu 256,842 kgf/mm2.
Berdasarkan data dari tabel 4.1 dan 4.2, proses karburasi yang dilakukan
pada suhu 950oC selama 2 jam, 4 jam, 6 jam dan 8 jam, dengan konsentrasi
kalsium karbonat (CaCO3) yang konstan, memberikan nilai kekerasan yang
berbeda-beda untuk masing-masing waktu karburasi. Karburasi dengan waktu
yang berbeda akan menghasilkan kekerasan yang berbeda pada skala Vickers.
Dari gambar 4.1 terlihat bahwa kekerasan baja karbon menurun setelah
proses karburasi terjadi bila di bandingkan dengan kekerasan bahan originalnya
(tanpa perlakuan). Hal ini disebabkan oleh oksigen dan karbon yang terperangkap
yang mengakibatkan kekerasan dari bahan menurun dan mengakibatkan struktur
dari bahan berubah (gambar 4.3 dan 4.4). Namun setelah proses quenching
dilakukan kekerasan dan struktur dari masing- masing lama karburasi semakin
meningkat. Hal ini di sebabkan oleh atom- atom yang terperangkap tersusun baik
dikarenakan adanya proses pendinginan secara cepat setelah dipanaskan pada
suhu austenite.
Universitas Sumatera Utara
Peran penting kalsium karbonat pada saat bercampur dengan arang adalah
sebagai penyediaan gas CO2, dengan demikian adanya kalsium karbonat proses
karburasi tidak terlalu bergantung pada oksigen yang tersedia. Dimana diharapkan
oksigen tersebut cukup tersedia di dalam rongga antar butir arang. Oleh sebab itu
tersedianya udara yang cukup selama proses karburasi sebelum dan sesudah di
quenching dapat dibuat kurva hubungan antara kekerasan permukaan baja karbon
menengah sebelum proses quenching dan sesudah proses quenching
seperti
gambar 4.12 di bawah ini ;
Gambar 4.12 grafik perbandingan kekerasan baja karbon menengah NS-1045
sebelum dan sesudah quenching dengan Oli Mesran SAE 40
Dari grafik di atas dapat dilihat proses karburasi kekerasan permukaan baja baja
karbon menengah tanpa adanya proses quenching terjadi penurunan kekerasan
karena jumlah atom karbon yang berikatan ke permukaan logam sedikit
jumlahnya sehingga nilai kekerasannya cenderung menurun. Tetapi setelah
melakukan proses quenching terlihat nilai kekerasnnya sangat meningkat.
Peningkatan kekerasan ini berkaitan dengan bertambahnya jumlah atom
karbon yang masuk melalui proses difusi kedalam baja sehingga sifat kekerasan
bagian permukaan menjadi lebih baik. Senyawa karbon yakni CaCO3 akan terurai
pada temperatur 950oC menghasilkan gas CO2 yang akan bereaksi dengan karbon
Universitas Sumatera Utara
dari serbuk arang batok kelapa dan berdifusi ke dalam permukaan baja yang
dikarburasi. Peningkatan kekerasan pada baja karbon menengah disebabkan oleh
penahanan waktu pemanasan pada proses karburasi yang memberikan kesempatan
pada baja untuk memuai, semakin lama waktu pemanasan dilakukan maka baja
tersebut semakin besar pemuaiannya.(Junaidi, Hakim, 2013).
Dari data kekerasan di atas diperoleh persentase peningkatan kekerasan
baja karbon menengah NS-1045 untuk masing masing lama karburasi setelah
dilakukan proses quenching menggunakan media pendingin Oli Mesran SAE 40
yaitu sebesar 47,565 % (lampiran 1)
4.2.2 Analisis Mikrostruktur
Hasil pengamatan mikrostruktur baja karbon menengah dengan alat Metal
Microscopy menunjukkan bahwa seperti yang terlihat pada gambar 4.3 dimana
struktur dari baja karbon menengah tanpa perlakuan (bahan original) adalah
struktur ferit perlit. Demikian juga pada proses karburasi selama 2 jam,4 jam, 6
jam, dan 8 jam juga menunjukkan struktur ferit perlit. Sedangkan struktur
martensit perlit terlihat pada mikrostruktur baja karbon menengah setelah
dilakukan proses quenching dengan menggunakan Oli Mesran SAE 40.
Proses karburasi dan proses quenching yang dilakukan menyebabkan
terjadinya perubahan struktur butiran dan ukuran yang menunjukkan kekerasan
dari baja karbon menengah berbeda-beda. Butiran yang besar dan kasar
menunjukkan nilai kekerasan lebih rendah dibandingkan dengan butiran yang
kecil dan lebih halus.
Struktur ferit perlit yang semakin besar terlihat pada proses karburasi
seperti pada gambar 4.3 jelas terjadi perubahan strukturnya bila dibandingkan
dengan bahan originalnya pada gambar 4.4 demikian pula selanjutnya untuk
proses karburasi yang lainnya. Sedangkan struktur perlit dan martensit jelas
Universitas Sumatera Utara
terlihat pada gambar 4.8 dan 4.9 yaitu merupakan struktur martensit perlit setelah
dilakukan proses pendinginan (quenching) menggunakan Oli Mesran SAE 40.
Untuk proses karburasi setelah didinginkan diperoleh struktur butiran
yang halus dan ukurannya yang kecil yang menunjukkan nilai kekerasannya
semakin meningkat. Pada gambar 4.10 dan 4.11 terlihat struktur yang di dapat
perlit dan martensit namun ukuran dan susunannya semakin teratur dan rapat. Hal
inilah yang membuat kekerasan dari bahan yang semakin meningkat.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan pengaruh waktu pada proses
karburasi terhadap kekerasan dan mikrostruktur pada baja karbon menengah dapat
di simpulkan :
1. Pengaruh waktu pada proses karburasi terhadap kekerasan dan
mikrostruktur baja karbon menegah sangat besar dengan peningkatan
kekerasan baja karbon menengah sebesar 47,565% setelah dilakukan
proses quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
2. Pada proses karburasi baja karbon menengah setelah dilakukan proses
quenching dengan media pendingin oli Mesran SAE 40 memberikan hasil
kekerasan yang terbaik pada proses karburasi dengan waktu 8 jam dengan
kekerasaan permukaan mencapai 256,864 kgf/mm2
3. Pada proses karburasi 8 jam di peroleh struktur perlit ferit sebelum proses
quenching dan
setelah proses quenchig dilakukan dengan media
pendingin adalah oil
struktur mikro yang terbentuk adalah martensit
dengan perbesaran 500x.
Universitas Sumatera Utara
5.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian dan setelah melihat data dan pembahasan
maka disarankan :
1. Untuk penelitian selanjutnya ada baiknya dilakukan penambahan sampel
untuk uji tarik dan perlu dilakukan pengujian komposisi kimia baja karbon
menengah untuk mengetahui peningkatan kandungan unsur karbon dalam
baja.
2. Perlu kiranya dilakukan penelitian selanjutnya untuk pengamatan
mikrostrukturnya digunakan alat yang lebih canggih seperti Scanning
Elecktron Microscopy ataupun yang lainnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baja
Baja termasuk logam fero dan logam karbon. Dimana komposisi dasar terdiri dari
besi (Fe) dan karbon (C). Walaupun baja dapat didefenisikan sebagai campuran
karbon dan besi, tetapi tidak ada satu jenis baja pun yang hanya terdiri dari dua
elemen ini. Karena proses pembuatan dan sifat-sifat alamiah dari bahan-bahan
mentah yang digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan mentah yang
digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan lain yang tidak murni dalam
jumlah kecil yang bervariasi, seperti fosfor (P), mangan (Mn), silikon (Si), dan
sulfur (S) bercampur dengan elemen-elemen sisa lainnya.Kandungan karbon
dalam baja sekitar 0,1 – 1,7 %, sedangkan unsur lain dibatasi persentasenya.
Persentase dari unsur-unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat dasar logam baja
yang dihasilkan.Produk baja sangat banyak digunakan dalam bidang teknik
maupun industri, hal ini meliputi 95% dari produk logam baja. Untuk penggunaan
tertentu baja merupakan satu-satunya logam yang meliputi persyaratan teknis
maupun ekonomi. Sebelum baja digunakan, perlu diketahui komposisi dari unsurunsur baja tersebut agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaanya (Amanto,
1999).
Ada beberapa cara mengklasifikasikan baja, yaitu :
1. Menurut cara pembuatannya : Baja Bessemer, Baja Siemen Martin, Baja
Listrik.
2. Menurut pemakaiannya : Baja perkakas, Baja Mesin, Baja Konstruksi,
Baja Pegas, dan Baja Tahan Karat.
3. Menurut kekuatan atau sifat mekanisnya : Baja Kekuatan Lunak, Baja
Kekuatan Tinggi.
4. Menurut struktur mikronya : Baja Eutektoid, Baja Hipoeutektoid, Baja
Universitas Sumatera Utara
Hipereutektoid, Baja Austenit, Baja Ferrit, dan Baja Martensit.
5. Menurut komposisi kimianya : Baja Karbon, Baja paduan.
6. Menurut proses laku panasnya : Baja Keras Air, dan Baja Keras Minyak.
(Surdia, 1995)
2.1.1 Baja karbon
Menurut komposisi kimianya, baja dapat dibagi dua kelompok besar, yaitu
: baja karbon dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali
tidak mengandung unsur lain, selain besi dan karbon. Baja karbon masih
mengandung sejumlah unsur lain tetapi masih dalam batas-batas tertentu yang
tidak banyak berpengaruh terhadap sifatnya. Unsur-unsur ini biasanya merupakan
ikatan yang berasal dari proses pembuatan baja seperti mangan dan silikon dan
beberapa unsur pengotoran, seperti belerang, fosfor, oksigen, dan nitrogen yang
biasanya ditekan sampai kadar yang sangat kecil. Baja karbon dapat digolongkan
menjadi tiga bagian berdasarkan jumlah kandungan karbon, yaitu :
1. Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel )
Baja ini disebut baja ringan ( mild steel ) atau baja perkakas, baja karbon
rendah bukan baja yang keras, karena kandungan karbonnya rendah kurang
dari 0,3%. Baja ini mempunyai sifat seperti lunak, mudah dibentuk, dilas, dan
dikerjakan dengan mesin sehingga dapat dijadikan mur, baut, batang tarik dan
perkakas silinder.
2. Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel )
Baja karbon menengah mengandung karbon 0,3 - 0,6% dan kandungan
karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan
panas (Heat – Treatment) yang sesuai. Baja karbon menengah digunakan untuk
sejumlah peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, batang torak, rantai, dan
pegas.
Universitas Sumatera Utara
3. Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel )
Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 – 1,5%. Pembentukan baja ini
dilakukan dengan cara menggerinda permukaannya, misalnya bor dan batang
dasar. Baja ini digunakan untuk peralatan mesin- mesin berat, batang
pengontrol (Alexander, 1991)
2.1.2 Baja paduan
Baja paduan yaitu baja yang dicampur denga satu atau lebih unsur
campuran. Seperti nikel, kromium, molibdenum, vanadium, mangan, dan wolfram
yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki ( kuat, keras,
liat ), tetapi unsur karbon tidak dianggap sebagai salah satu unsur campuran.
Kombinasi antara dua atau lebih unsur campuran memberikan sifat khas
dibandingkan dengan menggunakan satu unsur campuran, misalnya baja yang
dicampur dengan unsur kromium dan nikel akan menghasilkan baja yang
mempunyai sifat keras dan kenyal (sifat logam ini membuat baja dapat dibentuk
dengan cara dipalu, ditempa, digiling dan ditarik tanpa mengalami patah atau
retak-retak). Jika baja yang dicampur dengan kromium dan molibden ,akan
mengahasilkan baja yang mempunyai sifat keras yang baik dan sifat kenyal yang
memuaskan serta tahan terhadap panas. (Amanto, 1999)
2.2 Unsur Campuran Pada Baja
1. Unsur Campuran Dasar (Karbon)
Unsur karbon adalah unsur campuran yang paling penting dalam pembentukan
baja. Jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang amat besar
terhadap sifatnya. Tujuan utama penambahan unsur lain ke dalam baja adalah
untuk mengubah pengaruh dari karbon. Unsur karbon dapat bercampur dalam
besi dan baja setelah didinginkan secaa perlahan-lahan pada temperatur kamar
dalam bentuk sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
a) Larut dalam besi untuk membentuk larutan pada ferit yang
mengandung karbon di atas 0,006 pada temperatur sekitar 725ºC. Ferit
bersifat lunak, tidak kuat dan kenyal.
b) Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sebagai
sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67% karbon. Sementit bersifat
keras dan rapuh.
2. Unsur Campuran Lain
Di samping campuran kimia dan besi, juga terdapat unsur-unsur campuran
lainnya yang jumlah persentasenya dikontrol. Unsur-unsur tersebut adalah
forpor (P), sulfur (S), mangan (Mn), dan silikon (Si). Pengaruh unsur tersebut
pada baja adalah sebagai berikut :
a) Unsur fospor (P)
Unsur fosfor membentuk larutan besi fosfida. Baja yang mempunyai
titik cair yang rendah tetap menghasilkan sifat yang keras dan rapuh.
Baja mengandung unsur fosfor sekitar 0,05%.
b) Unsur Sulfur (S)
Unsur sulfur membahayakan sulfida yang mempunyai titik cair rendah
dan rapuh. Kandungan sulfur harus dijaga agar serendah-rendahnya
sekitar 0,05%.
c) Unsur Silikon (Si)
Unsur ini menurunkan kemampuan pengubahan bentuk dingin oleh
karena itu hanya diijinkan 0,2% Si. Si meningkatkan sifat tahan elektris
dan digunakan di lempeng dinamo. Silikon membuat baja tidak stabil,
tetapi unsur ini menghasilkan lapisan grafit yang menyebabkan baja
tidak kuat. Baja mengandung silikon sekitar 0,1 – 0,3%.
Universitas Sumatera Utara
d) Unsur Mangan (Mn)
Dapat menaikan kekuatan dengan menurunkan kecepatan pendinginan
kritis
yang
diperlukan
untuk
memperoleh
struktur
martensit.
Penambahan unsur mangan didalam baja paduan menambah kekuatan
dan ketahanan panas baja paduan itu serta penampilan yang lebih bersih
dan berkilat.Unsur mangan yang bercampur dengan sulfur akan
menghasilkan mangan sulfida dan diikuti pembentukan besi sulfida.
Baja mengandung mangan lebih dari 1%.
e) Nikel (Ni)
Nikel mempertinggi kekuatan dan regangannya sehingga baja paduan
ini menjadi liat dan tahan tarikan serta tahan karat atau korosi. Oleh
karena itu, baja paduan ini biasa digunakan untuk membuat sudu-sudu
turbin, roda gigi, bagian-bagian mobil dan sebagainya.
f) Krom (Cr)
Unsur ini memberikan kekuatan dan kekerasan baja meningkat serta
tahan karat dan tahan aus. Penambahan unsur kromium biasanya diikuti
dengan penambahan nikel. Biasanya baja paduan ini digunakan untuk
bahan poros dan roda gigi.
g) Kobalt (Co)
Penambahan unsur ini akan memperbaiki sifat kekerasan baja
meningkat dan tahan aus serta tetap keras pada suhu yang tinggi. Baja
paduan ini banyak digunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau
konstruksi yang harus tahan panas dan tahan aus. (Rizal, Taufan, 2005)
2.2.1 Pengaruh Unsur Campuran
Pengaruh unsur campuran sulit diketahui secara tepat untuk tiap unsur
campuran karena pengaruhnya tergantung pada jumlah campuran yang digunakan
dalam baja.
Universitas Sumatera Utara
a. Pengaruh Unsur Campuran Terhadap Perlakuan Panas Baja karbon
mempunyai kecepatan pendinginan kritis yang tinggi, artinya pendingin
harus secara drastis jika ingin menghasilkan struktur lapisan martensit.
Pendinginan yang drastis menyebabkan terjadi destorsi atau pecahanpecahan pada baja, apabila dikurangi kecepatan kritis dengan membuat
austenit berubah maka struktur martensit dapat dihasilkan dengan jalan
pendinginan kritis tetap dikurangi maka dapat digunakan pendinginan
udara.
b. Pengaruh Unsur Campuran Terhadap Sifat-sifat Baja
Sifat baja pada saat digunakan tergantung pada dasarnya reaksi terhadap
perlakuan panas dang pengaruh yang akan diuraikan, yaitu syarat-syarat
yang berhubungan langsung dengan kondisi pemakaiannya. Pengaruh akan
diperoleh sebagai hasil dari pengerjaan panas yang sesuai. (Mawani,2007).
2.3. Perlakuan Panas (Heat Treatment)
Untuk memperbaiki sifat – sifat mekanis suatu logam perlu adanya suatu
perlakuan panas. Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan
pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat – sifat fisis logam
tersebut. Melalui perlakuan panas yang tepat,tegangan dalam dapat dihilangkan
besar butir dapat diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat
dihasilkan suatu permukaan keras disekeliling inti yang ulet.(Amstead, 1992).
Perlakuan panas pada baja dapat dilakukan sebagai berikut:
1. Pemanasan pada temperatur rendah
Pengerjaan ini adalah tidak akan menghasilkan suatu perubahan dalam
struktur baja. Yang terjadi hanya perubahan kecil pada sifat mekaniknya.
Apabila dalam pengerjaan ini dihasilkan suatu permukaan baja yang keras,
maka dapat dihilangkan dengan cara penuangan. Pengerjaan penuangan
dapat dilakukan di dalam mesin perkakas.
Universitas Sumatera Utara
2. Pemanasan dalam suhu tinggi
Apabila baja dipanaskan terus-menerus yang mengakibatkan suhu
pemanasan naik dan mencapai suhu tertentu, maka terjadi pembentukan
butiran-butiran baru yang bentuk dan ukurannya kecil dan halus.
Pembentukan butiran dapat terjadi walaupun ukuran original sebelumnya
besar dan kasar, karena perubahan terjadi sebelum pengerjaan dingin.
Proses tersebut dikenal dengan proses pengkristalan kembali. Temperatur
pengkristalan kembali untuk beberapa logam dapat dilihat pada tabel 2.1.
Pengkristalan dapat dikatakan kompleks apabila seluruh struktur logam
terdiri dari butir-butir halus.
Tabel 2.1. Pengkristalan kembali pada beberapa logam
Jenis Logam
Wolfram
Molibdenum
Nikel
Besi
Kuningan
Perunggu
Tembaga
Perak
Aluminium
Magnesium
Seng
Timbal
Timah
(Sumber: Amanto,1999)
Temperatur (0C)
Pengkristalan
Titik Cair
kembali
1200
3410
900
2620
600
1458
450
1535
400
900-1050
400
900-1050
200
1083
200
960
150
660
150
651
70
419
20
327
20
232
3. Pemanasan secara terus menerus
Pada pemanasan baja yang dilakukan secara terus menerus, terjadi penyerapan
unsur-unsur lainnya (terutama unsur karbon) oleh butiran-butiran besi, sehingga
akan dihasilkan oleh suatu struktur yang berbentuk kasar. Proses tersebut dikenal
sebagai proses pertumbuhan butir (grain growth). Jadi pemanasan pada
temperatur tinggi akan menyebabkan terjadi pertumbuhan butiran melalui
pengkristalan kembali pada baja, yang mengakibatkan perubahan bentuk dan
Universitas Sumatera Utara
ukuran butiran-butiran. Selain itu, pertumbuhan butiran-butiran akan terjadi terusmenerus selama dilakukan pendinginan. Pengkristalan kembali dan pertumbuhan
butiran yang terjadi terhadap baja akibat pengerasn panas, berpangaruh terhadap
sifat-sifat mekanik baja.(Nirwana,2012).
2.4. 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 Diagram Fasa besi- karbida besi.
Universitas Sumatera Utara
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. Titik eutectoid adalah suhu terendah dalam 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 , 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
besi . Titik transformasi A3 untuk besi.
3. P: Titik yang menyatakan ferrite , fasa
, 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 komposisi eutectoid (0,8%) di sebut baja
hipoeutectoid, dan yang berkadar karbon lebih dan komposisi eutectoid disebut
baja hypereutectoid, pada temperature antara 7230C dan 11300C terdapat satu fase
yaitu fase austenit dan sementit. Pada temperature 7230C butiran fase tunggal
bertransformasi dibawah keseimbangan bentuk
dan Fe3C dalam satu butiran
yang bercampur baik, dan lapisan serat – serat bajanya disebut pearlite. ( Van
vlack,2000)
Universitas Sumatera Utara
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 900oC sel satuan Body Cubic Center (BCC),
temperatur antara 900 dan 1392oC sel satuan Face Cubic Center ( FCC )
sedangkan temperature dibawah 1392oC 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
Proses yang dilakukan dalam perlakuan panas, terdiri dari pelunakan (annealing),
penormalan (normalizing), pengerasan(hardening), dan tempering.
1. Pelunakan (Annealing)
Kristalisasi ulang bisa dilakukan dengan annealing dan pengerasan panas
ini tidak akan menghasilkan logam tersebut pada kelunakan dan kekenyalan
semula, menghilangkan efek-efek pengerasan pada pekerjaan. Pada proses
annealing pemanasan yang dilakukan diikuti dengan pendinginan perlahan-lahan.
Pendinginan yang lambat adalah hal yang utama didalam proses, yang membuat
baja selunak mungkin dan menghindari terjadinya tegangan-tegangan dalam baja
yang mengalami proses annealing, struktur butiran termasuk kasar, ferit dan
perlit, membentuk area-area terpisah. Annealing didefenisikan sebagai pemanasan
pada suhu yang sesuai, diikuti dengan kecepatan pendinginan yang sesuai. Hal ini
bertujuan untuk menginduksi kelunakan, memperbaiki sifat-sifat pengerjaan
dingin,dan membebaskan tegangan- tegangan pad baja sehingga diperoleh struktur
yang dikehendaki.
Sifat-sifat baja yang disebutkan pada defenisi diatas dapat dartikan bahwa
baja harus dipanaskan melalui suhu pengkristalan kembali untuk membebaskan
tegangan-tegangan pada baja. Kemudian mempertahankan pemanasannya pada
suhu tinggi untuk membuat pertumbuhan butiran-butiran dan suatu
lapisan austenit. Dan seterusnya
struktur
didinginkan secara perlahan-lahan untuk
membuat suatu struktur lapisan perlit, menginduksi kelunakan, dan memperbaiki
sifat-sifat pengerjaan dingin.
2.
Penormalan (Normalizing)
Proses normalizing diperlukan untuk mengembalikan baja pada kondisi
yang seragam pembuatannya. Ada beberapa persamaan dengan annealing, tetapi
dalam normalizing baja dipanaskan diatas suhu kritisis atas dan dibiarkan dingin
diuadara terbuka (still air), yang membuat suatu tingkat pendinginan yang lebih
cepat. Ini memberikan waktu yang cukup untuk pemisahan penuh dari perlit dan
semetit, dan dari pada terbentuk menjadi area-area terpisah dalam suatu struktur
Universitas Sumatera Utara
kasar, keduanya akan bercampur dengan baik sekali dalam suatu struktur yang
lebih halus.
3. Pengerasan (Hardening)
Bila baja didinginkan di atas suhu kritis atas, pendinginan berjalan cepat,
endapan karbon akan ditekan dan struktur dibekukan dalam suatu larutan padat.
Baja tersebut amat keras dan getas, bila dilihat dengan mikroskop akan terlihat
struktur seperti jarum dikenal dengan martensit. Baja-baja karbon biasa, biasanya
tidak begitu banyak. Pengerasan dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang
tinggi,kekuatan dan fatigue limit strength yang baik.
Kekerasan dapat dicapai tergantung pada karbon dalam baja dan kekerasan
yang
terjadi
akan
tergantung
pada
temperatur
pemanasan
(temperatur
austentizing), holding time dan laju pendinginan yang di lakukan serta seberapa
tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada
hardenability. Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras)
maka pada saat pemanasan harus dapat dicapai unsur austenit, karena hanya unsur
austenit yang dapat bertransformasi menjadi martensit.
Bila pada saat pemanasan masih terdapat struktur lain maka setelah
didinginkan akan memperoleh struktur yang tidak seluruhnya terdiri dari
martensit. Bila struktur lain itu bersifat lunak, misalnya ferit maka tentunya
kekerasan yang tercapai juga tidak akan maksimum. Untuk menentukan
temperatur pemanasan yang baik untuk pengerasan yang dilakukan suatu
percobaan pemanasan dan quenching pada beberapa temperatur dan dianalisis
struktur yang terjadi. Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja
dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan.
Pembentukan sifat-sifat dalam baja pada kandungan karbon, temperatur
pemanasan, sistem pendingin, serta bentuk dan ketebalan bahan.
Universitas Sumatera Utara
4. Tempering
Pemanasan kedua dimana baja dipanaskan sampai dibawah titik kritis
bawah kemudian dilakukan pendinginan. Di sini kekerasan sedikit diturunkan,
tetapi baja tersebut jadi lebih kuat. Setelah dinaikkan sampai panas penyepuhan,
baja dibiarkan dingin secara perlahan-lahan. Suhu yang pasti untuk tempering itu
tergantung pada kegunaan baja tersebut. Tingkat kekerasan yang dicapai setelah
pendinginan tergantung pada kandungan karbon dalam baja, yang mengandung
kurang dari 0,3% unsur karbon tidak memperlihatkan perubahan yang nyata.
Kekerasan maksimun dicapai baja mengandung 1,2 % unsur karbon.(Love, 1982)
2.5 Karburasi (Carburizing)
Karburasi adalah suatu proses penambahan karbon ke permukaan benda
dilakukan dengan memanaskan benda dalam lingkup yang banyak mengandung
karbon aktif sehingga karbon berdifusi masuk ke permukaan baja. Kemudian
dipanaskan pada temperatur antara 900oC - 950oC dengan waktu yang lama.
Media yang biasa dipakai adalah Charcoal Activated (karbon aktif) dengan
Natrium Karbonat (NaCO3), Barium Karbonat (BaCO3) dan Kalsium Karbonat
(CaCO3). Untuk menyepuh keras baja diperlukan kadar karbon sekurangnya 0,3%
C dilihat pada baja karbon yang dapat disepuh keras. Jika mempunyai kadar
karbon kurang dari 0,3%C maka dengan cara karburasi. Dengan memanaskan
bahan sampai 950oC dalam lingkungan yang menyerahkan lalu dibiarkan
beberapa waktu lamanya pada suhu ini dan didinginkan diudara.
Tujuan dari pengerjaan panas ini adalah untuk memberi pada benda-benda
lapisan luar yang dapat disepuh keras. Hal ini memungkinkan karena pada suhu
tersebut karbon dapat meresap kedalam lapisan luar benda kerja. Karburasi dapat
juga disebut penumpukan karbon atau menyemen. Lapisan luar yang telah
mengambil karbon dinamakan lapisan karburasi. Tebalnya lapisan yang
dikarburasikan dalam lingkungan yang dapat menyerahkan karbon tergantung dari
pada waktu dan suhu.
Universitas Sumatera Utara
Akibat dari pemanasan ini diharapkan untuk dapat menyusun kedalam
permukaan baja. Dengan menyusupkan unsur karbon pada permukaan baja
tersebut akan terjadi peningkatan kandungan karbon, hal ini akan dapat
meningkatkan kekerasan dari pada permukaan baja tersebut dan tentu akan
meningkatkan daya tahan aus gesekan dan permukaan baja.
Proses karburasi umumnya dilakukan pada baja yang memilik
HASIL PERHITUNGAN DATA PENGUJIAN BAHAN
= 1,8544
1.1 Kekerasan
Quenching
Sebelum
VHN =
Proses
= 1,8544
VHN2 = 159,860 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
Bahan
Original
perlakuan )
(Tanpa
VHN3 = 159,860 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 201,564 kgf/mm2
VHN4 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 174,942 kgf/mm2
VHN5 = 159,860 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 187,313 kgf/mm2
VHN6 = 159,860 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 149,548 kgf/mm2
2
VHN4 = 180,038 kgf/mm
VHN = 185,964 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
Karburasi selama 2 jam
VHN8 = 146,015 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 206,044 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN10 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
= 1,8544
VHN7 = 1,8544
VHN10 = 168,581 kgf/mm2
= 1,8544
VHN7 = 170,128 kgf/mm2
VHN = 162,934 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
Karburasi 4 Jam
= 1,8544
VHN1 = 1,8544
VHN8 = 178,306 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 185,440 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 159,860 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 173,306 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 158,495 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
VHN = 164,703 kgf/mm2
VHN3 = 155,830 kgf/mm2
Karburasi 6 Jam
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 147,174 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 164,105 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 162,666 kgf/mm2
= 1,8544
VHN2 = 178,306 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 1,8544
2
VHN6 = 155,830 kgf/mm
= 1,8544
VHN3 = 170,128 kgf/mm2
Universitas Sumatera Utara
Karburasi 8 Jam
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 174,942 kgf/mm2
VHN1 = 180,038 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 181,803 kgf/mm2
VHN2 = 178,306 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 167,062 kgf/mm2
VHN3 = 174,942 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 168,581 kgf/mm2
VHN4 = 171,702 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 178,306 kgf/mm2
VHN5 = 170,128 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 181,803 kgf/mm2
VHN6 = 162,666 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 180,308 kgf/mm2
VHN7 = 161,251 kgf/mm2
VHN = 174,534 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
Universitas Sumatera Utara
VHN8 = 165,570 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 180,038 kgf/mm2
VHN9 = 165,570 kgf/mm2
VHN = 185,964 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
Karburasi selama 2 jam
= 1,8544
VHN1 = 1,8544
2
VHN10 = 193,165 kgf/mm
= 1,8544
VHN1 = 240,831 kgf/mm2
VHN = 174,665 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
1.2
Kekerasan Sesudah Proses
Quenching menggunakan oli
= 1,8544
VHN2 = 243,999 kgf/mm2
VHN =
= 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
Bahan
Original
perlakuan )
(Tanpa
VHN3 = 247,252 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 247,252 kgf/mm2
= 1,8544
VHN1 = 201,564 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 174,942 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN5 = 228,936 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
2
VHN3 = 187,313 kgf/mm
Universitas Sumatera Utara
VHN6 = 226,145 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 247,252 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 247,252 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 226,145 kgf/mm2
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
VHN4 = 237,743 kgf/mm2
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
VHN5 = 226,145 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 228,936 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 1,8544
VHN7 = 237,743 kgf/mm2
= 1,8544
VHN10 = 228,936 kgf/mm2
VHN = 238,400 kgf/mm2
Karburasi 4 Jam
VHN8 = 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 231,800 kgf/mm2
VHN1 = 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 349,886 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
= 1,8544
VHN9 = 223,419 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 272,704 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 240,830 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
VHN3 = 254,026 kgf/mm2
VHN = 250,323 kgf/mm2
Karburasi 6 Jam
VHN1 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
= 1,8544
VHN1 = 280,969 kgf/mm2
= 1,8544
VHN9 = 237,743 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 264,914 kgf/mm2
VHN10 = 1,8544
= 1,8544
VHN10 = 228,938 kgf/mm2
VHN3 = 1,8544
VHN = 252,923 kgf/mm2
= 1,8544
VHN3 = 264,914 kgf/mm2
Karburasi 8 Jam
VHN1 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN1 = 325,332 kgf/mm2
VHN4 = 264,914 kgf/mm2
VHN2 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN2 = 264,914 kgf/mm2
VHN5 = 243,999 kgf/mm2
VHN6 = 1,8544
VHN3 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN6 = 261,183 kgf/mm2
VHN3 = 268,752 kgf/mm2
VHN7 = 1,8544
VHN4 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN7 = 240,831 kgf/mm2
VHN4 = 261,182 kgf/mm2
VHN8 = 1,8544
VHN5 = 1,8544
= 1,8544
= 1,8544
VHN8 = 240,831 kgf/mm2
VHN5 = 257,553 kgf/mm2
VHN9 = 1,8544
VHN6 = 1,8544
Universitas Sumatera Utara
b. Karburasi 4 Jam
= 1,8544
VHN6 = 257,553 kgf/mm2
HV=
x100%
x100%
=
VHN7 = 1,8544
=
= 1,8544
x100%
= 51,911%
2
VHN7 = 237,743 kgf/mm
c. Karburasi 6 jam
HV=
VHN8 = 1,8544
x100%
=
= 1,8544
=
VHN8 = 231,800 kgf/mm2
x100%
x100%
= 44,913%
VHN9 = 1,8544
d. Karburasi 8 Jam
= 1,8544
HV=
x100%
2
VHN9 = 231,800 kgf/mm
x100%
=
=
VHN10 = 1,8544
x100%
= 47,048%
= 1,8544
VHN10 = 231,800 kgf/mm2
VHN = 256,842 kgf/mm2
1.3 Perhitungan persentase
peningkatan kekerasan sesudah
proses quenching
Maka
besarnya
persentase
peningkatan kekerasan baja karbon
menengah
NS-1045
setelah
dilakukan proses Quenching dengan
Oli Mesran SAE 40 adalah :
HV =
HV = 47,547%
x100%
HV=
a. Karburasi 2 Jam
x100%
HV=
=
=
x100%
x100%
= 46,317%
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah
Sebelum Proses Quenching
Diameter Bahan Uji (d) = 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 20 mm
Suhu pemanasan (T)
= 950oC
Beban (F)
= 10 kgf
No
1
2
3
Bahan
Original
2 Jam
4 Jam
Kode
Sampel
A
B
C
Diagonal identitas
Kekerasan Vickers
(HV)kgf/mm2
D=
Hasil
(a+b)/2
kekerasan
0,300
0,304
201,564
0,327
0,327
0,327
174,942
0,313
0,320
0,316
187,313
0,321
0,321
0,321
180,038
0,301
0,301
0,301
206,044
0,341
0,341
0,341
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159,860
0,342
0,342
0,342
159.860
0,353
0,353
0,353
149,548
0,376
0,339
0,357
146,015
0,342
0,342
0,342
159,860
0,335
0,329
0,332
168,581
0,317
0,317
0,317
185,440
0,328
0,328
0,328
173,306
0,345
0,345
0,345
155,830
0,355
0,355
0,355
147,174
0,338
0,338
0,338
162,666
0,345
0,345
0,345
155,830
a(mm)
b(mm)
0,308
Rata-rata
185,964
162,934
164,703
Universitas Sumatera Utara
4
5
6 Jam
8 Jam
D
E
0,331
0,331
0,331
170,128
0,324
0,324
0,324
178,306
0,341
0,341
0,341
159,860
0,343
0,343
0,343
158,495
0,337
0,337
0.337
164,105
0,329
0,320
0,324
178,306
0,334
0,328
0,331
170,128
0,329
0,326
0,327
174,942
0,336
0,304
0,320
181,803
0,337
0,332
0,334
167,062
0,332
0,332
0,332
168,581
0,329
0,318
0,323
178,306
0,320
0,320
0,320
181,803
0,323
0,322
0,322
180,308
0,321
0,321
0,321
180,038
0,323
0,323
0,323
178,306
0,327
0,327
0,327
174,942
0,329
0,329
0,329
171,702
0,330
0,330
0,330
170,128
0,338
0,338
0,338
162,666
0,340
0,340
0,340
161,251
0,335
0,335
0,335
165,570
0,316
0,316
0,316
187,312
0,311
0,311
0,311
193,165
174,534
174,665
Tabel 1.2 Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Sedang Sesudah
Mengalami Proses Quenching Dengan Media Pendingin Oil
Diameter Bahan Uji (d)
= 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 10 mm
Suhu Pemanasan (T)
= 850oC
Beban (F)
= 10 kgf
Universitas Sumatera Utara
No
1
2
3
Bahan
Original
2 Jam
4 Jam
Kode
Sampel
A
B
C
Diagonal identitas
Kekerasan Vickers
(HV)kgf/mm2
D=
Hasil
(a+b)/2
kekerasan
0,300
0,304
201,564
0,327
0,327
0,327
174,942
0,313
0,320
0,316
187,313
0,321
0,321
0,321
180,038
0,278
0,278
0,278
240,831
0,276
0,276
0,276
243,999
0,275
0,275
0,275
247,252
0,268
0,282
0,275
247,252
0,286
0,286
0,286
228,936
0,285
0,289
0,287
226,145
0,274
0,277
0,275
247,252
0,278
0,272
0,275
247,252
0,289
0,286
0,287
226,145
0,285
0,285
0,285
228,936
0,236
0,226
0,231
349,886
0,261
0,261
0,261
272,704
0,271
0,271
0,271
254,026
0,283
0,278
0,280
237,743
0,287
0,287
0,287
226,145
0,286
0,286
0,286
228,936
0,281
0,281
0,281
237,743
0,293
0,275
0,284
231,800
0,299
0,280
0,289
223,419
0,284
0,272
0,278
240,830
0,258
0,258
0,258
280,969
0,266
0,266
0,266
264,914
a(mm)
b(mm)
0,308
Rata-rata
185,964
238,400
250,323
Universitas Sumatera Utara
4
5
6 Jam
8 Jam
D
E
0,266
0,266
0,266
264,914
0,266
0,266
0,266
264,914
0,282
0,270
0,276
243,999
0,272
0,265
0,268
261,183
0,289
0,269
0,279
240,831
0,288
0,269
0,278
240,831
0,289
0,272
0,280
237,743
0,295
0,275
0,285
228,938
0,246
0,235
0,240
325,332
0,268
0,263
0,265
264,914
0,263
0,263
0,263
268,752
0,273
0,262
0,267
261,182
0,280
0,261
0,270
257,553
0,269
0,269
0,269
257,553
0,280
0,280
0,280
237,743
0,289
0,278
0,283
231,800
0,287
0,287
0,283
231,800
0,287
0.279
0,283
231,800
252,923
256,842
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN 2
GAMBAR PENELITIAN
1. Tungku Pembakaran
2.Peneliti Sedang Membersihkan
permukaan baja karbon dengan
kertas pasir
3. Peneliti sedang melakukan
4. Peneliti sedang melakukan uji
Pengujian kekerasan dengan
Mikrostruktur dengan alat Metal
Alat Hardness Tester
Microscopy
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
Alexander,W.O (1991), Dasar Metalurgi untuk Rekayasawan, terjemahan,
Penerbit PT.
Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Amanto H, (1999), Ilmu Bahan, Penerbit Bumi Aksara, Jakarta.
Amstead, B, H (1999), Teknologi Mekanik, Edisi Ketujuh, penerbit Erlangga,
Jakarta.
Ariobima, (2001), Pengaruh Media Sementasi Terhadap Peningkatan Kadar
karbon Pada Baja ASBAB 760, Jurnal Teknik Mesin Usakti
Ginting, FD,(2008), Pengujian Alat Pendingin Sistem Adsorpsi Dua Absorber
dengan Menggunakan Metanol 1000 ml Sebagai Refrigeran, Skripsi
Teknik Mesin, Universitas Indonesia.
Hakim, Junaidi (2013) Pengaruh Variasi Massa Serbuk Arang dan Kalsium
Karbonat (CaCo3) Pada Proses Karburasi Baja Karbon Sedang, Skripsi
Fisika USU, Medan
Love, G (1982), Teori dan Praktek Kerja Logam, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga,
Jakarta.
Mawani, (2007), Pengaruh Komposisi Serbuk Arang Kayu-Natrium Karbonat
Pada Proses Karburasi Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Baja
Karbon Rendah, Skripsi Fisika UNIMED, Medan
Muhammad, Zuchry M,(2011), Pengaruh Karburasi dengan Variasi Media
Pendingin Terhadap Mikrostruktur Baja Karbon, Staf Pengajar Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Tadulako, Palu.
Nirwana, (2012), Pengaruh Variasi Massa Serbuk Arang dan Kalsium Karbonat
(CaCo3) Pada Proses Karburasi Baja Karbon Rendah, Skripsi Fisika
UNIMED, Medan
Rizal,Taufan, (2005), Pengaruh Kadar Garam Dapur (NaCl) Terhadap Tngkat
Kekerasan Pada Proses Pengerasan Baja V-155, Jurnal Teknik Mesin
UNNES, Semarang
Surdia Tata, (1995), Bahan Teknik Pengetahuan, Penerbit Pradnya Paramita,
Jakarta.
Universitas Sumatera Utara
Smallman, R,E (1991), Metalurgi Fisik Modern, Edisi Keempat Penerbit
Gramedia Jakarta.
Sumanto, (1996), Pengetahuan Bahan, penerbit Andi Offset, Yogyakarta.
Van Vlack, (1992), Ilmu dan Teknologi Bahan (ilmu Pengetahuan Logam dan
Non Logam), Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta
http://arissabadi.blogspot.com/2008-09-01 archive.html (diakses senin 27 Januari
2014, 20.00)
http://sekolah007.blogspot.com/2013/04/karburasi-pada-logam-dan
pendinginan.html (diakses 27 Januari 2014 20.30)
http://www.Blog.ac.id/Ricky Septian/Diffusion/html (diakses 27 Januari 2014
21.00 )
http://gogetitnararia.wordpress.com/2011/11/05/contd-surface-hardeningthermochemical-treatment/ (diakses 27 Januari 2014 21.30)
http://www.efunda.com/processes/heat_treat/hardening/diffussion.cfm (diakses 29
Januari 2014 19.30)
http://services.metlabheattreat.com ( diakses 29 Januari 2014 20.00)
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI (Pendidikan
Teknologi Kimia Industri) Medan yang dilaksanakan pada bulan November 2013
– januari 2014.
3.2. Alat dan Bahan
Tabel 3.1. Alat
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9
Nama Alat
Mesin Uji Kekerasan
Furnace
Gunting Pejepit
Jangka Sorong
Kertas Pasir
Sarung Tangan
Specimen Driyer
Testing mesin
Metal Microscopy
Spesifikasi
Vickers
Kapasitas 1200oC
Ukuran 320,500,800, 1000
-
Jumlah
1 Set
1 Set
1 Set
1 Buah
1 Set
1 Buah
1 Set
1 set
Tabel 3.2. Bahan
No
1.
2.
3.
4.
5.
Bahan
Kalsium Karbonat (CaCO3)
Baja Karbon Menengah
Serbuk arang/karbon aktif
Larutan Eccan
Alumina Powder
Keterangan
Dibeli di PTKI
Dibeli
Dibeli
Dibeli di PTKI
Dibeli di PTKI
Jumlah
5 gr
5 buah
50 gr
secukupnya
secukupnya
Universitas Sumatera Utara
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1 Proses karburasi
1. Menyediakan arang aktif 100 Mesh
2. Menyediakan baja yang berbentuk silinder dengan ukuran 20 mm
,diameter 16 mm sebanyak 5 buah
3. Menggosok permukaan baja karbon sedang
dengan kertas
abrasive.
4. Meletakan benda uji yang akan dikeraskan dalam kotak karburasi
bersamaan dengan campuran antara serbuk arang dengan CaCO3
(kalsium karbonat) sebagai aktifator dengan massa serbuk arang
50 gram dan CaCO3 5 gram kemudian ditutup.
5. Meletakan kotak ke dalam furnace
6. Menaikkan temperatur tungku pemanas sampai 200 0C kemudian
menahannya selama 10 menit untuk pemanasan tungku pemanas
7. Menaikkan temperatur lagi hingga 700 0C dan menahannya selama
10 menit agar temperatur di dalam kotak karburasi merata
8.
Menaikkan temperatur furnace hingga 950oC sesuai
lama karburasi yaitu 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam.
9.
Mematikan tungku pemanas kemudian melakukan
pendinginan di dalam kotak karburasi hingga suhu kamar.
10. Menggosok permukaan baja karbon menengah dengan kertas
abrasive 320, 500, 800,1000.
11. Memoles baja dengan alumina powder sampai mengkilat
12. Melakukan pengujian mikrostruktur dan kekerasan
13. Melakukan proses pengerasan dengan memanaskan kembali
specimen dengan temperatur 850 0C dan di tahan selama 30 menit
kemudian di quenching dengan media oli Mesran SAE 40
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Pengujian sampel
3.3.2.1 Uji Kekerasan
1. Ratakan permukaan bahan yang akan diuji kekerasannya (usahakan
jangan sampai miring) dan diasah sampai mengkilap supaya
pengukuran dengan mikroskop micrometer lebih terang.
2. Pilihlah beban percobaan yang akan dipakai (dalam percobaan ini
digunakan beban 10 kgf) dengan memutar tombol penukar beban
yang terdapat pada samping kanan alat.
3. Letakkan bahan percobaan pada anvil.
4. Tekan tombol yang terdapat dibagian kanan alat, lampu berpijar
adalah sebagai tanda bahwa gaya atau beban sudah bekerja,
biarkan selama 30 detik sesudah lampu tidak bercahaya lagi.
5. Setelah 30 detik, angkat engkol pembuka beban, geser lensa
objektif kearah indentasi (bekas penekanan) dengan jalan memutar
revorvel knop searah jarum jam.
6. Tentukanlah panjang diagonal dari indentasi, yaitu diagonal
horizontal dan diagonal vertical dan dihitung diagonal rata – rata
dari kedua diagonal diatas.
7. Ulangi percobaan sampai 4 kali untuk masing – masing bahan
specimen.
3.3.2.2 Uji Struktur Mikro
Bahan uji yang dipoles sebelum dan sesudah dengan larutan etsa,
selanjutnya akan di lakukan pengujiam dengan menggunakan Metal
Microscopy untuk melihat struktur mikro dari baja karbon menengah NS1045.
Universitas Sumatera Utara
3.4 Diagram Alir Penelitian
Arang Aktif 100
Mesh
Baja Karbon Sedang
CaCO3
Ditimbang
Ditimbang
Proses Karburasi (mencampur
CaCO3 dan Serbuk Arang)
pada suhu 950oC
Quenching
Oil
Pengujian
Kekerasan
Mikrostruktur
Data
Analisis Data
Hasil Dan Pembahasan
Kesimpulan
Universitas Sumatera Utara
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
Pengujian kekerasan dan mikrostruktur pada beberapa bahan uji (sampel)
telah dilakukan dengan adanya variasi waktu pemanasan dan kosentrasi kalsium
karbonat (CaCO3) yang konstan untuk bahan baja karbon menengah pada proses
karburasi. Hasil pengujian yang telah dilakukan adalah kekerasan (hardness) dan
mikrostruktur dengan CaCO3 sebagai energizer untuk baja karbon menengah pada
proses karburasi. Data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel yang tertera
dibawah ini.
4.1.1. Kekerasan
Nilai kekerasan bahan uji dari pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 dan
4.2 dimana nilai kekerasan tersebut dapat ditentukan sesuai dengan rumus 2.6 dan
perhitungannya dapat dilihat pada lampiran 1. Data hasil perhitungan untuk
kekerasan permukaan baja karbon menengah sebelum mengalami proses
hardening dapat dilihat pada tabel 4.1, dan sesudah mengalami proses quenching
dapat dilihat pada tabel 4.2, dimana masing-masing permukaan sampel yang telah
mengalami proses karburasi dilakukan pengujian kekerasan sebanyak sepuluh kali
dan untuk bahan tanpa perlakuan sebanyak 5 kali pengukuran untuk masingmasing bahan uji dengan menggunakan alat uji Vickers.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1. Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah NS1045 Sebelum Proses Quenching
No
1
2
3
4
5
Bahan
original
2 Jam
4 jam
6 jam
8 jam
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Kekerasan Vickers (HV) kgf/mm2
185,964
162,934
164,703
174,534
174,665
Dengan :
Diameter Bahan Uji (d) = 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 20 mm
Suhu pemanasan (T)
= 950oC
Beban (F)
= 10 kgf
Dari data diatas tabel 4.1 dapat di buat hubungan antara lama karburasi dengan
kekerasan sebelum proses quenching pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.1 Hubungan lama karburasi terhadap kekerasan baja karbon menengah
NS-1045 sebelum proses quenching
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2 Hasil Uji Kekerasan Permukaan Baja Karbon Menengah NS-1045
Sesudah Mengalami Proses Quenching Dengan Oli Mesran SAE 40
No
1
2
3
4
5
Bahan
original
2 Jam
4 jam
6 jam
8 jam
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Kekerasan Vickers (HV) kgf/mm2
185,964
238,400
250,323
252,923
256,842
Dengan :
Diameter Bahan Uji (d)
= 16 mm
Tinggi Bahan Uji (h)
= 10 mm
Suhu Pemanasan (T)
= 850oC
Beban (F)
= 10 kgf
Dari data diatas tabel 4.2 dapat di buat hubungan antara lama karburasi dengan
kekerasan sesudah proses quenching pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.2 Hubungan lama karburasi baja karbon menengah NS-1045
terhadap kekerasan sesudah proses quenching dengan Oli
Mesran SAE 40
Universitas Sumatera Utara
4.1.2 Mikrostruktur
Mikrostruktur baja karbon menengah yang diperoleh pada proses karburasi
dengan temperatur 950 0C selama 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam sebelum di
quenching dapat di lihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 4.3 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 tanpa perlakuan
(bahan original) perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 2 jam sebelum di quenching, perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya lebih besar dari ferit pada bahan
original
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 4 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses karburasi
selama 6 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 pada proses
karburasi selama 8 jam sebelum di quenching perbesaran 100x
Keterangan :
1. mikrostrukturnya adalah ferit dan perlit
2. ferit bentuknya kasar dan ukurannya besar
3. perlit bentuknya besar dan ukurannya lebih kecil dari ferit
Universitas Sumatera Utara
Untuk mikrostruktur baja karbon menengah yang diperoleh setelah di
quenching dapat di lihat pada gambar di bawah ini;
Gambar 4.8 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 2 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran
SAE 40 perbesaran 100x
Keterangan :
1. Martensit dan perlit
2. Perlit yang berwarna putih ukurannya lebih kecil dari sebelumnya
3. Martensit yang berwarna hitam ukuran butirannya kecil dan lebih
sedikit dari perlit
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 4 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 100x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit ( berwarna putih) lebih sedikit di bandingkan dengan gambar 4.6
3. Martensit (yang berwarna hitam) ukurannya kecil dan lebih banyak dari
gambar 4.6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 6 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 200x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit terlihat berupa celah kecil berwarna putih jumlahnya sedikit
3. Martensit membentuk ukuran yang kecil warna hitam dan jumlahnya lebih
banyak dari perlit
Universitas Sumatera Utara
Gambr 4.11 Mikrostruktur baja karbon menengah NS-1045 setelah proses
karburasi 8 jam dan di quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
perbesaran 500x
Keterangan :
1. Mikrostruktur martensit dan perlit
2. Perlit terlihat berupa celah kecil berwarna putih jumlahnya sedikit
3. Martensit membentuk ukuran yang kecil warna hitam dan jumlahnya lebih
banyak dari perlit
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pembahasan
4.2.1 Analisis Kekerasan
Nilai kekerasan bahan uji ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.6
dan data yang didapat dari hasil pengujian diperoleh dengan melakukan
perhitungan (pada lampiran 1).
Dari data hasil uji kekerasan permukaan baja karbon menengah pada tabel
4.1, untuk bahan original nilai rata-rata kekerasannya, 185,964 kgf/mm2
sedangkan kekerasan maksimum diperoleh dari proses karburasi selama 8 jam
yaitu 174,665 kgf/mm2 sebelum proses quenching, sedangkan
data hasil uji
kekerasan permukaan baja karbon menengah pada tabel 4.2 untuk bahan original
nilai rata-rata kekerasan 185,964 kgf/mm2, sedangkan untuk kekerasan maksimum
diperoleh dari proses karburasi selama 8 jam yaitu 256,842 kgf/mm2.
Berdasarkan data dari tabel 4.1 dan 4.2, proses karburasi yang dilakukan
pada suhu 950oC selama 2 jam, 4 jam, 6 jam dan 8 jam, dengan konsentrasi
kalsium karbonat (CaCO3) yang konstan, memberikan nilai kekerasan yang
berbeda-beda untuk masing-masing waktu karburasi. Karburasi dengan waktu
yang berbeda akan menghasilkan kekerasan yang berbeda pada skala Vickers.
Dari gambar 4.1 terlihat bahwa kekerasan baja karbon menurun setelah
proses karburasi terjadi bila di bandingkan dengan kekerasan bahan originalnya
(tanpa perlakuan). Hal ini disebabkan oleh oksigen dan karbon yang terperangkap
yang mengakibatkan kekerasan dari bahan menurun dan mengakibatkan struktur
dari bahan berubah (gambar 4.3 dan 4.4). Namun setelah proses quenching
dilakukan kekerasan dan struktur dari masing- masing lama karburasi semakin
meningkat. Hal ini di sebabkan oleh atom- atom yang terperangkap tersusun baik
dikarenakan adanya proses pendinginan secara cepat setelah dipanaskan pada
suhu austenite.
Universitas Sumatera Utara
Peran penting kalsium karbonat pada saat bercampur dengan arang adalah
sebagai penyediaan gas CO2, dengan demikian adanya kalsium karbonat proses
karburasi tidak terlalu bergantung pada oksigen yang tersedia. Dimana diharapkan
oksigen tersebut cukup tersedia di dalam rongga antar butir arang. Oleh sebab itu
tersedianya udara yang cukup selama proses karburasi sebelum dan sesudah di
quenching dapat dibuat kurva hubungan antara kekerasan permukaan baja karbon
menengah sebelum proses quenching dan sesudah proses quenching
seperti
gambar 4.12 di bawah ini ;
Gambar 4.12 grafik perbandingan kekerasan baja karbon menengah NS-1045
sebelum dan sesudah quenching dengan Oli Mesran SAE 40
Dari grafik di atas dapat dilihat proses karburasi kekerasan permukaan baja baja
karbon menengah tanpa adanya proses quenching terjadi penurunan kekerasan
karena jumlah atom karbon yang berikatan ke permukaan logam sedikit
jumlahnya sehingga nilai kekerasannya cenderung menurun. Tetapi setelah
melakukan proses quenching terlihat nilai kekerasnnya sangat meningkat.
Peningkatan kekerasan ini berkaitan dengan bertambahnya jumlah atom
karbon yang masuk melalui proses difusi kedalam baja sehingga sifat kekerasan
bagian permukaan menjadi lebih baik. Senyawa karbon yakni CaCO3 akan terurai
pada temperatur 950oC menghasilkan gas CO2 yang akan bereaksi dengan karbon
Universitas Sumatera Utara
dari serbuk arang batok kelapa dan berdifusi ke dalam permukaan baja yang
dikarburasi. Peningkatan kekerasan pada baja karbon menengah disebabkan oleh
penahanan waktu pemanasan pada proses karburasi yang memberikan kesempatan
pada baja untuk memuai, semakin lama waktu pemanasan dilakukan maka baja
tersebut semakin besar pemuaiannya.(Junaidi, Hakim, 2013).
Dari data kekerasan di atas diperoleh persentase peningkatan kekerasan
baja karbon menengah NS-1045 untuk masing masing lama karburasi setelah
dilakukan proses quenching menggunakan media pendingin Oli Mesran SAE 40
yaitu sebesar 47,565 % (lampiran 1)
4.2.2 Analisis Mikrostruktur
Hasil pengamatan mikrostruktur baja karbon menengah dengan alat Metal
Microscopy menunjukkan bahwa seperti yang terlihat pada gambar 4.3 dimana
struktur dari baja karbon menengah tanpa perlakuan (bahan original) adalah
struktur ferit perlit. Demikian juga pada proses karburasi selama 2 jam,4 jam, 6
jam, dan 8 jam juga menunjukkan struktur ferit perlit. Sedangkan struktur
martensit perlit terlihat pada mikrostruktur baja karbon menengah setelah
dilakukan proses quenching dengan menggunakan Oli Mesran SAE 40.
Proses karburasi dan proses quenching yang dilakukan menyebabkan
terjadinya perubahan struktur butiran dan ukuran yang menunjukkan kekerasan
dari baja karbon menengah berbeda-beda. Butiran yang besar dan kasar
menunjukkan nilai kekerasan lebih rendah dibandingkan dengan butiran yang
kecil dan lebih halus.
Struktur ferit perlit yang semakin besar terlihat pada proses karburasi
seperti pada gambar 4.3 jelas terjadi perubahan strukturnya bila dibandingkan
dengan bahan originalnya pada gambar 4.4 demikian pula selanjutnya untuk
proses karburasi yang lainnya. Sedangkan struktur perlit dan martensit jelas
Universitas Sumatera Utara
terlihat pada gambar 4.8 dan 4.9 yaitu merupakan struktur martensit perlit setelah
dilakukan proses pendinginan (quenching) menggunakan Oli Mesran SAE 40.
Untuk proses karburasi setelah didinginkan diperoleh struktur butiran
yang halus dan ukurannya yang kecil yang menunjukkan nilai kekerasannya
semakin meningkat. Pada gambar 4.10 dan 4.11 terlihat struktur yang di dapat
perlit dan martensit namun ukuran dan susunannya semakin teratur dan rapat. Hal
inilah yang membuat kekerasan dari bahan yang semakin meningkat.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan pengaruh waktu pada proses
karburasi terhadap kekerasan dan mikrostruktur pada baja karbon menengah dapat
di simpulkan :
1. Pengaruh waktu pada proses karburasi terhadap kekerasan dan
mikrostruktur baja karbon menegah sangat besar dengan peningkatan
kekerasan baja karbon menengah sebesar 47,565% setelah dilakukan
proses quenching menggunakan oli Mesran SAE 40
2. Pada proses karburasi baja karbon menengah setelah dilakukan proses
quenching dengan media pendingin oli Mesran SAE 40 memberikan hasil
kekerasan yang terbaik pada proses karburasi dengan waktu 8 jam dengan
kekerasaan permukaan mencapai 256,864 kgf/mm2
3. Pada proses karburasi 8 jam di peroleh struktur perlit ferit sebelum proses
quenching dan
setelah proses quenchig dilakukan dengan media
pendingin adalah oil
struktur mikro yang terbentuk adalah martensit
dengan perbesaran 500x.
Universitas Sumatera Utara
5.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian dan setelah melihat data dan pembahasan
maka disarankan :
1. Untuk penelitian selanjutnya ada baiknya dilakukan penambahan sampel
untuk uji tarik dan perlu dilakukan pengujian komposisi kimia baja karbon
menengah untuk mengetahui peningkatan kandungan unsur karbon dalam
baja.
2. Perlu kiranya dilakukan penelitian selanjutnya untuk pengamatan
mikrostrukturnya digunakan alat yang lebih canggih seperti Scanning
Elecktron Microscopy ataupun yang lainnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baja
Baja termasuk logam fero dan logam karbon. Dimana komposisi dasar terdiri dari
besi (Fe) dan karbon (C). Walaupun baja dapat didefenisikan sebagai campuran
karbon dan besi, tetapi tidak ada satu jenis baja pun yang hanya terdiri dari dua
elemen ini. Karena proses pembuatan dan sifat-sifat alamiah dari bahan-bahan
mentah yang digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan mentah yang
digunakan, semua baja mengandung bahan-bahan lain yang tidak murni dalam
jumlah kecil yang bervariasi, seperti fosfor (P), mangan (Mn), silikon (Si), dan
sulfur (S) bercampur dengan elemen-elemen sisa lainnya.Kandungan karbon
dalam baja sekitar 0,1 – 1,7 %, sedangkan unsur lain dibatasi persentasenya.
Persentase dari unsur-unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat dasar logam baja
yang dihasilkan.Produk baja sangat banyak digunakan dalam bidang teknik
maupun industri, hal ini meliputi 95% dari produk logam baja. Untuk penggunaan
tertentu baja merupakan satu-satunya logam yang meliputi persyaratan teknis
maupun ekonomi. Sebelum baja digunakan, perlu diketahui komposisi dari unsurunsur baja tersebut agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaanya (Amanto,
1999).
Ada beberapa cara mengklasifikasikan baja, yaitu :
1. Menurut cara pembuatannya : Baja Bessemer, Baja Siemen Martin, Baja
Listrik.
2. Menurut pemakaiannya : Baja perkakas, Baja Mesin, Baja Konstruksi,
Baja Pegas, dan Baja Tahan Karat.
3. Menurut kekuatan atau sifat mekanisnya : Baja Kekuatan Lunak, Baja
Kekuatan Tinggi.
4. Menurut struktur mikronya : Baja Eutektoid, Baja Hipoeutektoid, Baja
Universitas Sumatera Utara
Hipereutektoid, Baja Austenit, Baja Ferrit, dan Baja Martensit.
5. Menurut komposisi kimianya : Baja Karbon, Baja paduan.
6. Menurut proses laku panasnya : Baja Keras Air, dan Baja Keras Minyak.
(Surdia, 1995)
2.1.1 Baja karbon
Menurut komposisi kimianya, baja dapat dibagi dua kelompok besar, yaitu
: baja karbon dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali
tidak mengandung unsur lain, selain besi dan karbon. Baja karbon masih
mengandung sejumlah unsur lain tetapi masih dalam batas-batas tertentu yang
tidak banyak berpengaruh terhadap sifatnya. Unsur-unsur ini biasanya merupakan
ikatan yang berasal dari proses pembuatan baja seperti mangan dan silikon dan
beberapa unsur pengotoran, seperti belerang, fosfor, oksigen, dan nitrogen yang
biasanya ditekan sampai kadar yang sangat kecil. Baja karbon dapat digolongkan
menjadi tiga bagian berdasarkan jumlah kandungan karbon, yaitu :
1. Baja Karbon Rendah ( Low Carbon Steel )
Baja ini disebut baja ringan ( mild steel ) atau baja perkakas, baja karbon
rendah bukan baja yang keras, karena kandungan karbonnya rendah kurang
dari 0,3%. Baja ini mempunyai sifat seperti lunak, mudah dibentuk, dilas, dan
dikerjakan dengan mesin sehingga dapat dijadikan mur, baut, batang tarik dan
perkakas silinder.
2. Baja Karbon Menengah ( Medium Carbon Steel )
Baja karbon menengah mengandung karbon 0,3 - 0,6% dan kandungan
karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan
panas (Heat – Treatment) yang sesuai. Baja karbon menengah digunakan untuk
sejumlah peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, batang torak, rantai, dan
pegas.
Universitas Sumatera Utara
3. Baja Karbon Tinggi ( High Carbon Steel )
Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 – 1,5%. Pembentukan baja ini
dilakukan dengan cara menggerinda permukaannya, misalnya bor dan batang
dasar. Baja ini digunakan untuk peralatan mesin- mesin berat, batang
pengontrol (Alexander, 1991)
2.1.2 Baja paduan
Baja paduan yaitu baja yang dicampur denga satu atau lebih unsur
campuran. Seperti nikel, kromium, molibdenum, vanadium, mangan, dan wolfram
yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki ( kuat, keras,
liat ), tetapi unsur karbon tidak dianggap sebagai salah satu unsur campuran.
Kombinasi antara dua atau lebih unsur campuran memberikan sifat khas
dibandingkan dengan menggunakan satu unsur campuran, misalnya baja yang
dicampur dengan unsur kromium dan nikel akan menghasilkan baja yang
mempunyai sifat keras dan kenyal (sifat logam ini membuat baja dapat dibentuk
dengan cara dipalu, ditempa, digiling dan ditarik tanpa mengalami patah atau
retak-retak). Jika baja yang dicampur dengan kromium dan molibden ,akan
mengahasilkan baja yang mempunyai sifat keras yang baik dan sifat kenyal yang
memuaskan serta tahan terhadap panas. (Amanto, 1999)
2.2 Unsur Campuran Pada Baja
1. Unsur Campuran Dasar (Karbon)
Unsur karbon adalah unsur campuran yang paling penting dalam pembentukan
baja. Jumlah persentase dan bentuknya membawa pengaruh yang amat besar
terhadap sifatnya. Tujuan utama penambahan unsur lain ke dalam baja adalah
untuk mengubah pengaruh dari karbon. Unsur karbon dapat bercampur dalam
besi dan baja setelah didinginkan secaa perlahan-lahan pada temperatur kamar
dalam bentuk sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
a) Larut dalam besi untuk membentuk larutan pada ferit yang
mengandung karbon di atas 0,006 pada temperatur sekitar 725ºC. Ferit
bersifat lunak, tidak kuat dan kenyal.
b) Sebagai campuran kimia dalam besi, campuran ini disebut sebagai
sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67% karbon. Sementit bersifat
keras dan rapuh.
2. Unsur Campuran Lain
Di samping campuran kimia dan besi, juga terdapat unsur-unsur campuran
lainnya yang jumlah persentasenya dikontrol. Unsur-unsur tersebut adalah
forpor (P), sulfur (S), mangan (Mn), dan silikon (Si). Pengaruh unsur tersebut
pada baja adalah sebagai berikut :
a) Unsur fospor (P)
Unsur fosfor membentuk larutan besi fosfida. Baja yang mempunyai
titik cair yang rendah tetap menghasilkan sifat yang keras dan rapuh.
Baja mengandung unsur fosfor sekitar 0,05%.
b) Unsur Sulfur (S)
Unsur sulfur membahayakan sulfida yang mempunyai titik cair rendah
dan rapuh. Kandungan sulfur harus dijaga agar serendah-rendahnya
sekitar 0,05%.
c) Unsur Silikon (Si)
Unsur ini menurunkan kemampuan pengubahan bentuk dingin oleh
karena itu hanya diijinkan 0,2% Si. Si meningkatkan sifat tahan elektris
dan digunakan di lempeng dinamo. Silikon membuat baja tidak stabil,
tetapi unsur ini menghasilkan lapisan grafit yang menyebabkan baja
tidak kuat. Baja mengandung silikon sekitar 0,1 – 0,3%.
Universitas Sumatera Utara
d) Unsur Mangan (Mn)
Dapat menaikan kekuatan dengan menurunkan kecepatan pendinginan
kritis
yang
diperlukan
untuk
memperoleh
struktur
martensit.
Penambahan unsur mangan didalam baja paduan menambah kekuatan
dan ketahanan panas baja paduan itu serta penampilan yang lebih bersih
dan berkilat.Unsur mangan yang bercampur dengan sulfur akan
menghasilkan mangan sulfida dan diikuti pembentukan besi sulfida.
Baja mengandung mangan lebih dari 1%.
e) Nikel (Ni)
Nikel mempertinggi kekuatan dan regangannya sehingga baja paduan
ini menjadi liat dan tahan tarikan serta tahan karat atau korosi. Oleh
karena itu, baja paduan ini biasa digunakan untuk membuat sudu-sudu
turbin, roda gigi, bagian-bagian mobil dan sebagainya.
f) Krom (Cr)
Unsur ini memberikan kekuatan dan kekerasan baja meningkat serta
tahan karat dan tahan aus. Penambahan unsur kromium biasanya diikuti
dengan penambahan nikel. Biasanya baja paduan ini digunakan untuk
bahan poros dan roda gigi.
g) Kobalt (Co)
Penambahan unsur ini akan memperbaiki sifat kekerasan baja
meningkat dan tahan aus serta tetap keras pada suhu yang tinggi. Baja
paduan ini banyak digunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau
konstruksi yang harus tahan panas dan tahan aus. (Rizal, Taufan, 2005)
2.2.1 Pengaruh Unsur Campuran
Pengaruh unsur campuran sulit diketahui secara tepat untuk tiap unsur
campuran karena pengaruhnya tergantung pada jumlah campuran yang digunakan
dalam baja.
Universitas Sumatera Utara
a. Pengaruh Unsur Campuran Terhadap Perlakuan Panas Baja karbon
mempunyai kecepatan pendinginan kritis yang tinggi, artinya pendingin
harus secara drastis jika ingin menghasilkan struktur lapisan martensit.
Pendinginan yang drastis menyebabkan terjadi destorsi atau pecahanpecahan pada baja, apabila dikurangi kecepatan kritis dengan membuat
austenit berubah maka struktur martensit dapat dihasilkan dengan jalan
pendinginan kritis tetap dikurangi maka dapat digunakan pendinginan
udara.
b. Pengaruh Unsur Campuran Terhadap Sifat-sifat Baja
Sifat baja pada saat digunakan tergantung pada dasarnya reaksi terhadap
perlakuan panas dang pengaruh yang akan diuraikan, yaitu syarat-syarat
yang berhubungan langsung dengan kondisi pemakaiannya. Pengaruh akan
diperoleh sebagai hasil dari pengerjaan panas yang sesuai. (Mawani,2007).
2.3. Perlakuan Panas (Heat Treatment)
Untuk memperbaiki sifat – sifat mekanis suatu logam perlu adanya suatu
perlakuan panas. Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan dan
pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat – sifat fisis logam
tersebut. Melalui perlakuan panas yang tepat,tegangan dalam dapat dihilangkan
besar butir dapat diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat
dihasilkan suatu permukaan keras disekeliling inti yang ulet.(Amstead, 1992).
Perlakuan panas pada baja dapat dilakukan sebagai berikut:
1. Pemanasan pada temperatur rendah
Pengerjaan ini adalah tidak akan menghasilkan suatu perubahan dalam
struktur baja. Yang terjadi hanya perubahan kecil pada sifat mekaniknya.
Apabila dalam pengerjaan ini dihasilkan suatu permukaan baja yang keras,
maka dapat dihilangkan dengan cara penuangan. Pengerjaan penuangan
dapat dilakukan di dalam mesin perkakas.
Universitas Sumatera Utara
2. Pemanasan dalam suhu tinggi
Apabila baja dipanaskan terus-menerus yang mengakibatkan suhu
pemanasan naik dan mencapai suhu tertentu, maka terjadi pembentukan
butiran-butiran baru yang bentuk dan ukurannya kecil dan halus.
Pembentukan butiran dapat terjadi walaupun ukuran original sebelumnya
besar dan kasar, karena perubahan terjadi sebelum pengerjaan dingin.
Proses tersebut dikenal dengan proses pengkristalan kembali. Temperatur
pengkristalan kembali untuk beberapa logam dapat dilihat pada tabel 2.1.
Pengkristalan dapat dikatakan kompleks apabila seluruh struktur logam
terdiri dari butir-butir halus.
Tabel 2.1. Pengkristalan kembali pada beberapa logam
Jenis Logam
Wolfram
Molibdenum
Nikel
Besi
Kuningan
Perunggu
Tembaga
Perak
Aluminium
Magnesium
Seng
Timbal
Timah
(Sumber: Amanto,1999)
Temperatur (0C)
Pengkristalan
Titik Cair
kembali
1200
3410
900
2620
600
1458
450
1535
400
900-1050
400
900-1050
200
1083
200
960
150
660
150
651
70
419
20
327
20
232
3. Pemanasan secara terus menerus
Pada pemanasan baja yang dilakukan secara terus menerus, terjadi penyerapan
unsur-unsur lainnya (terutama unsur karbon) oleh butiran-butiran besi, sehingga
akan dihasilkan oleh suatu struktur yang berbentuk kasar. Proses tersebut dikenal
sebagai proses pertumbuhan butir (grain growth). Jadi pemanasan pada
temperatur tinggi akan menyebabkan terjadi pertumbuhan butiran melalui
pengkristalan kembali pada baja, yang mengakibatkan perubahan bentuk dan
Universitas Sumatera Utara
ukuran butiran-butiran. Selain itu, pertumbuhan butiran-butiran akan terjadi terusmenerus selama dilakukan pendinginan. Pengkristalan kembali dan pertumbuhan
butiran yang terjadi terhadap baja akibat pengerasn panas, berpangaruh terhadap
sifat-sifat mekanik baja.(Nirwana,2012).
2.4. 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 Diagram Fasa besi- karbida besi.
Universitas Sumatera Utara
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. Titik eutectoid adalah suhu terendah dalam 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 , 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
besi . Titik transformasi A3 untuk besi.
3. P: Titik yang menyatakan ferrite , fasa
, 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 komposisi eutectoid (0,8%) di sebut baja
hipoeutectoid, dan yang berkadar karbon lebih dan komposisi eutectoid disebut
baja hypereutectoid, pada temperature antara 7230C dan 11300C terdapat satu fase
yaitu fase austenit dan sementit. Pada temperature 7230C butiran fase tunggal
bertransformasi dibawah keseimbangan bentuk
dan Fe3C dalam satu butiran
yang bercampur baik, dan lapisan serat – serat bajanya disebut pearlite. ( Van
vlack,2000)
Universitas Sumatera Utara
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 900oC sel satuan Body Cubic Center (BCC),
temperatur antara 900 dan 1392oC sel satuan Face Cubic Center ( FCC )
sedangkan temperature dibawah 1392oC 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
Proses yang dilakukan dalam perlakuan panas, terdiri dari pelunakan (annealing),
penormalan (normalizing), pengerasan(hardening), dan tempering.
1. Pelunakan (Annealing)
Kristalisasi ulang bisa dilakukan dengan annealing dan pengerasan panas
ini tidak akan menghasilkan logam tersebut pada kelunakan dan kekenyalan
semula, menghilangkan efek-efek pengerasan pada pekerjaan. Pada proses
annealing pemanasan yang dilakukan diikuti dengan pendinginan perlahan-lahan.
Pendinginan yang lambat adalah hal yang utama didalam proses, yang membuat
baja selunak mungkin dan menghindari terjadinya tegangan-tegangan dalam baja
yang mengalami proses annealing, struktur butiran termasuk kasar, ferit dan
perlit, membentuk area-area terpisah. Annealing didefenisikan sebagai pemanasan
pada suhu yang sesuai, diikuti dengan kecepatan pendinginan yang sesuai. Hal ini
bertujuan untuk menginduksi kelunakan, memperbaiki sifat-sifat pengerjaan
dingin,dan membebaskan tegangan- tegangan pad baja sehingga diperoleh struktur
yang dikehendaki.
Sifat-sifat baja yang disebutkan pada defenisi diatas dapat dartikan bahwa
baja harus dipanaskan melalui suhu pengkristalan kembali untuk membebaskan
tegangan-tegangan pada baja. Kemudian mempertahankan pemanasannya pada
suhu tinggi untuk membuat pertumbuhan butiran-butiran dan suatu
lapisan austenit. Dan seterusnya
struktur
didinginkan secara perlahan-lahan untuk
membuat suatu struktur lapisan perlit, menginduksi kelunakan, dan memperbaiki
sifat-sifat pengerjaan dingin.
2.
Penormalan (Normalizing)
Proses normalizing diperlukan untuk mengembalikan baja pada kondisi
yang seragam pembuatannya. Ada beberapa persamaan dengan annealing, tetapi
dalam normalizing baja dipanaskan diatas suhu kritisis atas dan dibiarkan dingin
diuadara terbuka (still air), yang membuat suatu tingkat pendinginan yang lebih
cepat. Ini memberikan waktu yang cukup untuk pemisahan penuh dari perlit dan
semetit, dan dari pada terbentuk menjadi area-area terpisah dalam suatu struktur
Universitas Sumatera Utara
kasar, keduanya akan bercampur dengan baik sekali dalam suatu struktur yang
lebih halus.
3. Pengerasan (Hardening)
Bila baja didinginkan di atas suhu kritis atas, pendinginan berjalan cepat,
endapan karbon akan ditekan dan struktur dibekukan dalam suatu larutan padat.
Baja tersebut amat keras dan getas, bila dilihat dengan mikroskop akan terlihat
struktur seperti jarum dikenal dengan martensit. Baja-baja karbon biasa, biasanya
tidak begitu banyak. Pengerasan dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang
tinggi,kekuatan dan fatigue limit strength yang baik.
Kekerasan dapat dicapai tergantung pada karbon dalam baja dan kekerasan
yang
terjadi
akan
tergantung
pada
temperatur
pemanasan
(temperatur
austentizing), holding time dan laju pendinginan yang di lakukan serta seberapa
tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada
hardenability. Untuk memperoleh kekerasan yang baik (martensit yang keras)
maka pada saat pemanasan harus dapat dicapai unsur austenit, karena hanya unsur
austenit yang dapat bertransformasi menjadi martensit.
Bila pada saat pemanasan masih terdapat struktur lain maka setelah
didinginkan akan memperoleh struktur yang tidak seluruhnya terdiri dari
martensit. Bila struktur lain itu bersifat lunak, misalnya ferit maka tentunya
kekerasan yang tercapai juga tidak akan maksimum. Untuk menentukan
temperatur pemanasan yang baik untuk pengerasan yang dilakukan suatu
percobaan pemanasan dan quenching pada beberapa temperatur dan dianalisis
struktur yang terjadi. Pengerasan yang dilakukan secara langsung adalah baja
dipanaskan untuk menghasilkan struktur austenit dan selanjutnya didinginkan.
Pembentukan sifat-sifat dalam baja pada kandungan karbon, temperatur
pemanasan, sistem pendingin, serta bentuk dan ketebalan bahan.
Universitas Sumatera Utara
4. Tempering
Pemanasan kedua dimana baja dipanaskan sampai dibawah titik kritis
bawah kemudian dilakukan pendinginan. Di sini kekerasan sedikit diturunkan,
tetapi baja tersebut jadi lebih kuat. Setelah dinaikkan sampai panas penyepuhan,
baja dibiarkan dingin secara perlahan-lahan. Suhu yang pasti untuk tempering itu
tergantung pada kegunaan baja tersebut. Tingkat kekerasan yang dicapai setelah
pendinginan tergantung pada kandungan karbon dalam baja, yang mengandung
kurang dari 0,3% unsur karbon tidak memperlihatkan perubahan yang nyata.
Kekerasan maksimun dicapai baja mengandung 1,2 % unsur karbon.(Love, 1982)
2.5 Karburasi (Carburizing)
Karburasi adalah suatu proses penambahan karbon ke permukaan benda
dilakukan dengan memanaskan benda dalam lingkup yang banyak mengandung
karbon aktif sehingga karbon berdifusi masuk ke permukaan baja. Kemudian
dipanaskan pada temperatur antara 900oC - 950oC dengan waktu yang lama.
Media yang biasa dipakai adalah Charcoal Activated (karbon aktif) dengan
Natrium Karbonat (NaCO3), Barium Karbonat (BaCO3) dan Kalsium Karbonat
(CaCO3). Untuk menyepuh keras baja diperlukan kadar karbon sekurangnya 0,3%
C dilihat pada baja karbon yang dapat disepuh keras. Jika mempunyai kadar
karbon kurang dari 0,3%C maka dengan cara karburasi. Dengan memanaskan
bahan sampai 950oC dalam lingkungan yang menyerahkan lalu dibiarkan
beberapa waktu lamanya pada suhu ini dan didinginkan diudara.
Tujuan dari pengerjaan panas ini adalah untuk memberi pada benda-benda
lapisan luar yang dapat disepuh keras. Hal ini memungkinkan karena pada suhu
tersebut karbon dapat meresap kedalam lapisan luar benda kerja. Karburasi dapat
juga disebut penumpukan karbon atau menyemen. Lapisan luar yang telah
mengambil karbon dinamakan lapisan karburasi. Tebalnya lapisan yang
dikarburasikan dalam lingkungan yang dapat menyerahkan karbon tergantung dari
pada waktu dan suhu.
Universitas Sumatera Utara
Akibat dari pemanasan ini diharapkan untuk dapat menyusun kedalam
permukaan baja. Dengan menyusupkan unsur karbon pada permukaan baja
tersebut akan terjadi peningkatan kandungan karbon, hal ini akan dapat
meningkatkan kekerasan dari pada permukaan baja tersebut dan tentu akan
meningkatkan daya tahan aus gesekan dan permukaan baja.
Proses karburasi umumnya dilakukan pada baja yang memilik