Pengaruh Variasi Temperatur Pada Proses Pack Carburizing Terhadap Kekerasan Dan Komposisi Kimia Baja ST41

ABSTRAK

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES

PACK CARBURIZING TERHADAP KEKERASAN

DAN KOMPOSISI KIMIA BAJA ST41

Oleh

Muslim

Berdasarkan permintaan pasar yang sangat besar terhadap baja yang kuat dan ulet dalam kontruksi mesin, maka salah satunya untuk meningkatkan kekerasan permukan baja adalah dengan proses pack carburizing dengan media pendingin quenching diharapkan baja dapat meningkat kekerasanya. Proses pack carburizing adalah salah satu metode yang digunakan untuk menambah kandungan karbon didalam baja dengan menggunakan media padat. Pemanasan yang digunakan dalam penelitian ini, menggunakan temperatur 850 0C, 900 0C, 950 0C dengan penahanan waktu 30 menit. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi temperatur karburisasi terhadap kekerasan baja karbon rendah ST41 dan mengetahui perubahan komposisi kimia baja karbon rendah ST41. Penelitian ini menggunakan baja karbon rendah ST41, menggunakan katalisator cangkang kulit telur dan karbon aktif menggunakan arang tempurung kelapa, kemudian diberikan perlakuan pack carburizing dilanjutkan dengan media pendingin dengan menggunakan air. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan mikro Vickers dan uji komposisi kimia. Hasil dari penelitian ini dengan rata rata kekerasan raw material sebesar 142,84 HV, setelah proses pack carburizing pada temperatur 850 0C sebesar 231,9333 HV, temperatur 900 0C sebesar 270,1 HV dan temperatur 950 0C sebesar 385,9667 HV dan hasil komposisi kimia unsur karbon pada temperatur 850 0C sebesar 0,0952%, temperatur 900 0_{C sebesar 0,152%, temperatur 950} 0_{C sebesar 0,190% dan raw} material sebesar 0,0723%. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan nilai kekerasan dan komposisi kimia pada baja ST41 antara sebelum dan setelah mengalami proses pack carburizing dengan variasi temperatur sehingga dapat disimpulkan bahwa variasi temperatur pada proses pack carburizing dan quenching berpengaruh terhadap tingkat kekerasan dan komposisi kimia pada baja karbon rendah ST41.

ABSTRACT

EFFECT OF TEMPERATURE VARIATION ON PACK

CARBURIZING PROCESS TO HARDNESS AND THE

CHEMICAL COMPOSITION OF STEEL ST41

By

MUSLIM

Based on the high market demand for steel is strong and resilient in machine construction, then one of them to increase the surface hardness of steel is to pack carburizing process with quenching cooling medium is expected to be increased hardness steel. Ack carburizing process is one method used to increase the carbon content in the steel using solid media. Heating that used in this research, using a temperature of 850 0C, 900 0C, 950 0C with detention time of 30 minutes. The purpose of this research was to determine the effect of variations in temperature carbonization of violence low carbon steel ST41 and determine changes in the chemical composition of low-carbon steel ST41. This research uses low-carbon steel ST41, using the catalyst shell egg shells and activated carbon using coconut shell charcoal, then given a pack carburizing treatment followed by a cooling medium using water. This experiment is a micro Vickers hardness test and test chemical composition. The results from this research with an average hardness of 142.84 HV raw material, after the pack carburizing process at temperatures of 231.9333 HV 850 0C, 900 0C temperature of 270.1 HV and 950 0C temperature of 385.9667 HV and the results of composition chemical element of carbon at a temperature of 850 0C at 0.0952%, a temperature of 900 0C at 0.152%, a temperature of 950 0C at 0.190% and amounted to 0.0723% of raw material. It shows that there are differences in hardness and chemical composition of the steel ST41 between before and after have a process of pack carburizing with temperature variation so that it can be concluded that the temperature variation in the pack carburizing and quenching effect on the level of violence and the chemical composition of the low-carbon steel ST41.

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES

PACK CARBURIZING TERHADAP KEKERASAN

DAN KOMPOSISI KIMIA BAJA ST41

Oleh

MUSLIM

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2015

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Campang Raya, Bandar Lampung pada tangga 08 Januari 1991 sebagai anak ke dua dari pasangan suami istri bapak Muhidin dan ibu Muhayah.

Pendidikan penulis diawali dari SDN 1 Campang Raya pada tahun1997-2004, pada tahun 2004 penulis melanjutkan di SMPN 11 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2007, pada tahun 2007 penulis melanjutkan di SMKN 5 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2010, kemudian pada tahun 2010 penulis melanjutkan kuliah di perguruan tinggi Universitas Lampung, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin dan diselesaikan pada tahun 2015. Pada tahun 2013 penulis melakukan kerja praktek di PT. Dirgantara Indonesia, Bandung. Pada kerja praktek penulis mengambil judul “ Proses Heat Traetment pada komponen Air Bus pada alumunium paduan seri 2024 dengan kondisi akhir T42 pada Sub Dep. Heat treatment PT. Dirgantara Indonesia.

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi internal kampus seperti HIMATEM (Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai ketua Divisi Islam pada periode 2011-2012, menjadi anggota tim Futsal (Mech-E) priode 2012-2013, anggota Fosi dan menjadi ketua KKN Tematik Universitas Lampung

di Pekon Kamilin Kecamatan Pagelaran Utara Kabupaten Pringsewu pada tahun 2014.

Pada bulan Oktober 2014, penulis mulai melakukan Tugas Akhir (TA) dibidang Material, dengan judul Pengaruh Variasi Temperatur pada Proses Pack Carburizing Terhadap Kekerasan dan Komposisi Kimia Baja ST41. Proses penelitian tugas akhir diselesaikan pada bulan Juni 2015.

PERSEMBAHAN

Bismillahirrahmanirrahim

segala puji bagi Allah SWT dengan penuh rasa syukur atas terselesaikannya skripsi ini, kupersembahakan karya ilmiah ini untuk:

bapak dan ibu tercinta yang selalu mendoakan disetiap saat. Terima kasih atas pengorbanan dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Kakak dan adik tercinta yang selalu memberikan semangat dan motifasi selama ini, dosenku yang sangat berjasa Selalu membagi ilmu dan wawasannya tanpa

kenal lelah. terimakasih kepada yang tersayang yang selama ini selalu memberikan semangat dan doanya, kepada rekan GBC dan rekan-rekan Teknik Mesin 2010 yang tercinta. Semua orang yang tanpa henti

selalu mendukung dan menyemangatiku

MOTO

Siapapun yang menempuh suatu jalan untuk mendapatkan ilmu,

maka Allah akan memberikan kemudahan (H.R Muslim)

Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila

engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras

(untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau

berharap.

”

(QS. Al-Insyirah,6-8)

Keberhasilan adalah kemampuan untuk melewati dan mengatasi

dari satu kegagalan dan kesulitan ke kegagalan dan kesulitan

berikutnya tanpa kehilangan semangat hingga merubahnya menjadi

suatu kebahagiaan. (Winston Churchill)

Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita

baru yakin kalau kita telah berhasil melakukannya dengan baik.

SANWANCANA

Segala puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, karena dengan nikmat dan Karunia Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Pengaruh Variasi Temperatur Pada Proses Pack Carburizing

Terhadap Kekerasan Dan Komposisi Kimia Baja ST41” dan atas petunjuk Nya pula segala hambatan yang ada dalam penyusunan skripsi ini dapat penulis atasi.

Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih pada pihak-pihak yang telah membantu atas selesainya skripsi ini baik berupa sumbangan pikiran maupun berupa saran-saran yang membantu selama penulis menyusun skripsi ini. Ucapan terima kasih ini penulis sampaikan:

1. Kepada bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Kepada ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, yang telah membantu kelancaran selama penyelesaian tugas akhir penulis.

3. Kepada bapak Harnowo S.T., M.T. selaku pembimbing utama tugas akhir, terima kasih atas semua arahan, bimbingan, segala nasehat dan juga motivasinya terhadap penulis serta ilmu yang diberikan selama penyelesaian tugas akhir penulis.

4. Kepada bapak Dr. Burhanuddin, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing pendamping tugas akhir, terima kasih atas semua saran-saran, bimbingan, dan juga atas segala kelancaran selama penyelesaian tugas akhir penulis. 5. Kepada bapak Zulhanif, S.T., M.T. selaku dosen pembahas tugas akhir,

6. Kepada bapak Dr. Irza Sukmana, S.T.,M.T. selaku koordinator tugas akhir, yang telah membantu atas kelancaranya selama menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Kepada orang tua saya bapak Muhidin dan mama Muhayah dan ibu Masita yang selalu memberikan kasih sayang, sabar menunggu dan mendoakan atas harapan akan kesuksesan penulis hingga dapat menyelesaikan studi S-1.

8. Kepada kakak dan adik-adikku: Halimah, Mulyadi, Iin Fitri Yani, Wahyu atas doa, kasih sayang dan semangat.

9. Kepada yang terkasih dan tersayang Femmy yang telah memberikan semangat, doa dan motivasi selama penulis menyelesaikan tugas akhir. 10.Kepada bapak Harmen, S.T., M.T. dan bapak Dr. Amrul, S.T,. M.T selaku

pembimbing akademik (PA) yang senantiasa mendukung dan membimbing penulis dalam proses perkuliahan maupun dalam urusan akademik.

11.Kepada seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin atas ilmu yang diberikan selama penulis melaksanakan studi, baik materi akademik maupun teladan dan motivasi untuk masa yang akan datang.

12.Kepada Mas Marta, Mas Dadang dan Mas Nanang yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Mesin. 13.Kepada Mas Wanto selaku asisten Lab Material yang telah banyak

membantu dalam proses penelitian.

14.Rekan satu penelitian Tugas Akhir saya: Stepanus Dian P dan juga Ridho, Robertus, Dwi, Feri yang telah menemani perjalanan saat pengujian ke Serang dan Bandung.

15.Rekan-rekan sahabat GBC: Rusdiyan, Hotman, Bondan, Doni, Yohanes, mecot, Ryon, AP, Khamdvn, Richo, Bima, Imam, Hendrik semoga rasa kekeluargaan ini sampai selamanya.

16.Rekan-rekan Teknik Mesin 2010: Bowo (Komti 2010), Made, Baron, Yayang, Fiskan, Wahyu, Yulian, Salpa dan semua yang tidak bisa disebut namanya satu persatu atas partisipasinya dalam kelancaran skripsi ini. Semoga kebersamaan ini tetap terjaga hingga akhir hayat, “Solidarity Forever”.

17.Rekan-rekan teknik mesin seluruh angkatan.

18.Dan kepada semua pihak yang tidak tersebutkan yang telah membantu saya selama rentang hidup saya hingga saat ini.

Penulis menyadari sepenuhnya dalam penulisan laporan Tugas Akhir (skripsi) yang berjudul “Pengaruh Variasi Temperatur Pada Proses Pack Carburizing Terhadap Kekerasan Dan Komposisi Kimia Baja ST41” ini masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Menyadari hal tersebut dengan segala kelapangan hati penulis akan menerima saran dan kritik yang tentunya akan lebih mendorong kemajuan penulis dikemudian hari.

Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan. Semoga Allah SWT membalas amal baik yang telah membantu penulis selama ini. Amin.

Bandar Lampung, Oktober 2015

MUSLIM NPM.1015021068

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL………... xiv

DAFTAR GAMBAR ……… xvi

DAFTAR SIMBOL ……….. xvii

I. PENDAHULUAN ……….. 1

A. Latar Belakang ……….. 1

B. Tujuan ……… 2

C. Batasan Masalah ……….... 3

D. Sistematika Penulisan ………... 3

II.TINJAUAN PUSTAKA ……… 5

A. Klasifikasi Baja ……… 5

B. Perlakuan Panas (Heat Treatment) ……….. 7

C. Holding Time ……… 8

D. Difusi Atom ………. 8

E. Penambahan Karbon (carburizing) ………. 10

F. Karburasi Padat (pack carburizing) ……… 10

G. Quenching ………... 13

H. Katalisator ……… 17

I. Arang Aktif ……….. 19

III. METODOLOGI PENELITIAN ……….. 22

A. Tempat dan Waktu Penelitian ………. 22

B. Bahan dan Alat ………... 22

C. Prosedur Penelitian ………. 27

D. Diagram Alir Penelitian ………. 32

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ……….. 33

A. Hasil Uji Kekerasan ……… 33

B. Perhitungan koefesien difusi ………. 46

C. Hasil Pengujian Komposisi Kimia ……….. 49

V. SIMPULAN DAN SARAN ………. 52

A. Simpulan ………. 52

B. Saran ……… 53 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Tebel Halaman

1.1. Hasil pengujian EDX serbuk arang tempurung kelapa ………...…. 19

3.1. Kekerasan baja karbon rendah ST 41 sebelum proses pack carburizing….. 30 3.2. Kekerasan spesimen setelah proses pack carburizing non quenching ….. 30

3.3. Kekerasan spesimen setelah pack carburizing dan quenching …………. 31 3.4. Penambahan unsur karbon (C) pada spesimen baja sebelum dan sesudah Proses pelapisan pack Carburizing ……… 31 4.1. kekerasan spesimen baja karbon rendah ST41 sebelum proses pack

Carburizing ………. 34 4.2. kekerasan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing sebelum proses quenching dengan temperatur 850 0C……..………... 35 4.3. kekerasan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing sebelum proses quenching dengan temperatur 900 0C ……..………_{.. 35} 4.4. Kekerasan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing sebelum proses quenching dengan temperatur 950 0C ……… 36 4.5. kekersan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing setelah proses quenching dengan temperatur 850 0C ………. 36 4.6. Kekerasan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing setelah proses quenching dengan temperatur 900 0C ……… ₃₇ 4.7. Kekerasan baja karbon rendah ST41 hasil pack carburizing setelah proses quenching dengan temperatur 950 0C ……….. 37 4.8. Perbandingan nilai kekerasan rata-rata spesimen hasil pack carburizing dengan perlakuan quenching dan non quenching dengan variasi

4.9. Perbandingan nilai kekerasan rata-rata spesimen hasil pack carburizing dengan perlakuan quenching dan non quenching dengan variasi

temperatur 900 0C dengan holding time 30 menit ………. 40 4.10. Perbandingan nilai kekerasan rata-rata spesimen hasil pack carburizing dengan perlakuan quenching dan non quenching dengan variasi

temperatur 950 0C dengan holding time 30 menit ………...………. 41 4.11. Hubungan nilai kekerasan spesimen dengan temperatur pada saat

Proses pack carburizing dengan pendinginan non quencing ...………….. 44 4.12. Hubungan nilai kekerasan spesimen dengan temperatur pada saat

Proses pack carburizing dengan pendinginan quencing ……….. 45 4.13. Hasil seluruh perhitungan nilai koefesien difusi atom karbon pada baja hasil proses pack carburizing ……….………. 48 4.14. Komposisi kimia baja carbon rendah ST 41 raw material dan setelah

Dilakukan proses pelapisan pack carburizing dengan variasi 850,900

DAFTAR GAMBAR

Gambar halaman

2.1. Pergerakan atom dengan energi aktivasi (Van Vlack,2004) ………. 8

2.2. Proses pack carburizing ……….... 13

2.3. Grafik pendinginan langsung ………... 16

2.4. Pendinginan tunggal (single quenching) ……….. 16

2.5. Bentuk indentor dan jejeak hasil uji keras (vickers) ……… 21

3.1. Spesimen (baja karbon rendah ST41) ……….………. 23

3.2. Arang tempurung kelapa ……….. 23

3.3. Cangkang telur ……….. 23

3.4. Tungku pemanas ( furnace) ……….. 24

3.5. Uji kekerasan (micro vickers) ……….. 24

3.6. Gerinding listrik ……… 25

3.7. Oftical Emission Spectroscopy ………. 25

3.8. Kotak sementasi ………... 26

3.9. bak media quenching ……… 26

3.10. Diagram alir penelitian ………... 32

4.1. Titik indentasi uji kekerasan vickers ……… 34

4.2. Grafik kekerasan proses pack carburizing dengan temperatur 850 0_C antara quenching dan non quenching ……….. 39

4.3. Grafik kekerasan proses pack carburizing dengan temperatur 900 0C antara quenching dan non quenching ……….. 40

4.4. Grafik kekerasan proses pack carburizing dengan temperatur 950 0C

antara quenching dan non quenching ……….. 42 4.5. Grafik hubungan nilai kekerasan dengan peningkatan temperatur pada

proses pack carburizing dengan media non quenching ………... 44 4.6. Grafik hubungan nilai kekerasan dengan peningkatan temperatur pada

proses pack carburizing dengan media pendingin quenching ……… 45 4.7. Grafik nilai hasil kekerasan hasil pack carburizing dengan variasi temperatur tanpa perlakuan quenching ……….. 47 4.8. Grafik hubungan temperatur proses pack carburizing terhadap perubahan

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

D Koefesien Difusi m2_/s

Co Kekerasan baja as received HV

Cs Kekerasan baja jarak indentasi 0 mm HV

Cx Kekerasan baja jarak indentasi 0,5 mm HV

t Waktu detik(s)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Baja adalah material yang banyak digunakan dalam kunstruksi mesin, karena memiliki sifat ulet mudah dibentuk, kuat maupun keras. Selain itu baja dengan unsur utama Fe dan C bisa dipadukan dengan unsur lain seperti Cr, Ni, Ti dan sebagainya, untuk mendapatkan sifat mekanik seperti yang diinginkan. Kandungan karbon didalam struktur baja akan berpengaruh terhadap sifat keras. Sifat ini dibutuhkan untuk komponen mesin yang saling bergesekan atau karena fungsinya harus mempunyai kekerasan tertentu. Kekerasan pada komponen mesin yang terbuat dari baja, dapat diperoleh melalui proses perlakuan panas atau perlakuan permukaan. Proses peningkatan kekerasan menggunakan panas merupakan cara yang banyak dilakukan untuk baja karbon medium dan tinggi (Schonmetz, Gruber, 1985).

Proses penambahan karbon (Carburizing) pada baja karbon rendah, bertujuan untuk menambah kandungan karbon agar bisa ditingkatkan kekerasannya. Pack carburizing adalah salah satu metoda yang digunakan untuk menambah kandungan karbon didalam baja dengan menggunakan media padat. Salah satu media pengkarbonan yang berbentuk padat adalah arang tempurung kelapa. Arang tempurung kelapa sebagai sumber karbon padat pada baja, dirubah

2 terlebih dahulu dalam bentuk butiran. Bentuk butiran akan membantu proses perubahan karbon padat menjadi gas melalui pemanasan. Penelitian terdahulu telah melakukan percobaan untuk meningkatkan efektifitas karburasi padat pada baja karbon rendah dengan optimasi ukuran serbuk arang tempurung kelapa dengan hasil semakin kecil butiran arang tempurung kelapa maka makin baik karbon berdifusi (Mujiyono dan Arianto, 2008). Sekam padi untuk proses pack carburizing baja karbon rendah, mendapatkan nilai kekerasan baja karbon rendah meningkat sebesar 281% dari 122 VHN menjadi 465 VHN setelah dikarburising selama 6 jam dalam media arang sekam padi yang dilanjutkan dengan quenching dalam air (Arianto Leman Soemowidagdo 2009) . Penelitian ini menggunakan baja ST41 sebagai material percobaan untuk pack carburizing. Baja ST41 adalah jenis baja konstruksi dengan tensile strength 40 kg/mm2_{. Baja ini memiliki kandungan karbon (C) sebesar 0,10 % ,} jadi termasuk baja karbon rendah. Untuk mendapatkan parameter proses pack Carburizing pada proses baja karbon rendah dengan menggunakan arang tempurung kelapa sebagai karbon aktif , sehubungan uraian diatas maka peneliti akan meneliti mengenai,

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES PACK CARBURIZING TERHADAP KEKERASAN DAN KOMPOSISI KIMIA BAJA ST41

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengaruh variasi temperatur karburisasi terhadap kekerasan baja karbon rendah ST41.

3 2. Mengetahui pengaruh variasi temperatur karburisasi terhadap perubahan

komposisi kimia baja karbon rendah ST41.

C. Batasan Masalah

Bedasarkan uraian diatas agar penelitian berjalan dengan sesuai maka peneliti membatasi masalah penelitiannya sebagai berikut :

1. Baja yang dipakai adalah baja karbon rendah ST41.

2. Waktu penahanan temperatur adalah 30 menit dan variasi suhu temperatur 850 0 C, 900 0 C, 950 0C.

3. Karbon aktif yang digunakan adalah arang tempurung kelapa. 4. Katalisator yang digunakan adalah cangkang kulit telur. 5. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan micro vickers. 6. Pendinginan dilakukan secara cepat dengan media pendingin air. 7. Tungku pemanasan yang digunakan adalah mesin furnace.

D. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika dari penulisan ini adalah sebagai berikut : I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Berisi tentang teori-teori dasar yang berkaitan dengan materi yang diangkat pada laporan tugas akhir ini.

4 III. METODOLOGI PENELITIAN

Menjelaskan mengenai metode-metode yang dilakuan dalam mengumpulkan data, dan menjabarkan tahapan-tahapan kegiatan yang dilakukan selama penelitian berlangsung sampai pada penyusunan laporan serta pengujian yang dilakukan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil dan data dari penelitian yang telah dilakukan,serta pembahasan dari hasil-hasil penelitian

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari pembahasan pengujian selama penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan referensi-referensi yang digunakan dalam penelitian ini. LAMPIRAN

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Klasifikasi Baja

Baja merupakan salah satu jenis logam yang banyak digunakan dengan unsur karbon sebagai salah satu dasar campurannya. Disamping itu baja juga mengandung unsur-unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si), mangan (Mn), dan sebagainya yang jumlahnya dibatasi. Sifat baja pada umumnya sangat dipengaruhi oleh prosentase karbon dan struktur mikro. Struktur mikro pada baja karbon dipengaruhi oleh perlakuan panas dan komposisi baja. Karbon dengan unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang dapat menambah kekerasan, tahan gores dan tahan suhu baja. Perbedaan persentase karbon dalam campuran logam baja karbon menjadi salah satu cara mengklasifikasikan baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam, yaitu :

a. Baja Karbon Rendah

Baja karbon yang mempunyai kandungan karbon kurang dari 0,3 % (Bishop, 2000). Karena kandungan karbonnya rendah maka sifat baja ini sangat lunak, tetapi mempunyai tingkat keuletan yang tinggi. Baja ini dapat dituang, dikeraskan permukaannya (case hardening), mudah dilas dan

6

ditempa. Baja karbon rendah ini biasanya banyak digunakan untuk kontruksi jembatan, mur, baut, pelat, kawat, roda gigi, pipa dan sebagainya. b. Baja karbon sedang

Baja karbon yang mempunyai kandungan karbon antara 0,3 sampai 0,7 % (Bishop, 2000). Baja karbon ini lebih kuat dan keras dibanding baja karbon rendah. Sifat-sifat dari baja ini adalah dapat dikeraskan, ditempering, dilas, dikerjakan pada mesin dengan baik. Penggunaannya hampir sama dengan baja karbon rendah. Perancangan konstruksi pembebanan yang lebih berat yang memerlukan kekuatan dan kekerasan tinggi, maka baja karbon sedang lebih tepat.

c. Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon antara 0,7 sampai 1,7 % (Bishop, 2000). Kekerasannya lebih tinggi bila dibandingkan dengan kedua baja karbon diatas. Baja karbon ini tingkat keuletannya rendah. Baja karbon ini bersifat tahan aus, contoh penggunaannya adalah untuk pahat kayu. Sedangkan untuk baja paduan terdiri dari:

1. Baja Paduan Rendah (Low Alloy Steel)

Baja paduan rendah merupakan baja paduan yang elemen paduannya kurang dari 2,5% wt, misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain.

2. Baja Paduan Menengah (Medium Alloy Steel)

Baja paduan menengah merupakan baja paduan yang elemen paduannya 2,5% - 10% wt, misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain.

7

3. Baja Paduan Tinggi (High Alloy Steel)

Baja paduan tinggi merupakan baja paduan yang elemen paduannya lebih dari 10% wt, misalnnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain

(Amanto, 1999).

B. Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Proses perlakuan panas pada umumnya untuk memodifikasi struktur mikro baja sehingga meningkatkan sifat mekanik, salah satunya yaitu kekerasan (Smallman and Bishop, 1999).

Perlakuan panas (heat treatment) adalah suatu proses mengubah sifat mekanis logam dengan cara mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa mengubah komposisi kimia. Tujuan proses perlakuan panas untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat setelah perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian logam atau sebagian dari logam (Mizhar dan Suherman, 2011). Perlakuan panas biasanya menggunakan pemanasan dan pendingian hingga suhu ekstrim, untuk mencapai hasil yang diinginkan seperti pengerasan atau pelunakan baja. Pengerasan baja dilakukan dengan proses pemanasan dan pendinginan. Pada saat pendinginan mengalami transformasi martensit yang dapat meningkatkan kekerasan. Proses pengerasan ini tanpa mempengaruhi sifat-sifat yang lain (Zinn and Semiatin,1988). Secara umum, proses perlakuan panas adalah:

1. Memanaskan logam/paduannya sampai pada suhu tertentu (heating temperature).

8

2. Mempertahankan pada suhu pemanasan tersebut dalam waktu tertentu (holding time).

3. Mendinginkan dengan media pendingin dan laju tertentu.

C. Holding Time

Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari suatu bahan pada proses hardening dengan menahan pada temperatur pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur austenitnya homogen atau terjadi kelarutan karbida ke dalam austenit dan diffusi karbon dan unsur paduannya (Dalil dkk, 1999). Lama waktu penahanan tergantung pada tingkat kelarutan karbida, ukuran butir yang diinginkan, laju pemanasan, dan ketebalan sampel (Yogantoro, 2010).

D. Difusi Atom

Ketika temperatur meningkat dan atom-atom didalam cairan padat mengalami vibrasi yang lebih energetik, maka sebagian kecil fraksi dari atom-atom tersebut akan mengalami perubahan posisi dalam kisi.

9

Tidak hanya tergantung pada temperatur, tetapi juga tergantung pada seberapa eratnya atom-atom terikat pada posisinya. Energi yang diperlukan oleh sebuah atom untuk mengubah posisi disebut energi aktivasi (gambar 2.1). Atom karbon mempunyai ukuran cukup kecil dengan r = 0,07 nm (Van Vlack, 2004). Ukuran tersebut dapat menempati posisi interstisial diantara sejumlah atom besi fcc, jika atom karbon mempunyai cukup energi. Energi atom karbon untuk melakukan difusi tersebut membutuhkan sekitar 34000 kal/mol (Van Vlack, 2004). Konstanta proporsionalitas dari suatu atom disebut difusivitas atau koefisien difusi. Difusivitas bergantung pada sifat atom terlarut, sifat struktur padatan dan perubahan temperatur. Perbedaan harga difusivitas disebabkan karena :

1. Makin tinggi temperatur menyebabkan difusivitas semakin tinggi, karena atom-atom memiliki energi termal yang lebih tinggi dan dengan demikian probabilitas untuk diaktifkan hingga melampaui hambatan energi antara atom juga lebih besar.

2. Atom-atom karbon memiliki difusivitas yang lebih tinggi dalam besi dibandingkan dengan atom-atom nikel, karena atom karbon mempunyai ukuran lebih kecil.

3. Atom-atom tembaga lebih mudah berdifusi kedalam aluminium dibandingkan kedalam tembaga, karena ikatan Cu-Cu lebih kuat dari pada Al-Al.

4. Atom-atom memiliki difusivitas yang lebih tinggi didalam besi bcc dibanding dengan didalam besi fcc. Hal ini disebabkan karena faktor penumpukan atomik dalam besi bcc lebih rendah.

10

5. Difusi disepanjang batas butir berlangsung lebih cepat, karena batas butir merupakan zona cacat kristal dan memiliki penumpukan yang lebih rendah.

E. Penambahan Karbon (Carburizing)

Penambahan karbon pada baja dilakukan menggunakan tiga cara yaitu: proses solid atau pack carburizing, proses liquid carburizing dan proses gas carburizing. Proses pack carburizing didefinisikan sebagai proses pelapisan permukaan baja dengan karbon padat di dalam kotak tertutup rapat, dikuti dengan pemanasan diatas temperatur kritis. Karbon padat yang biasa digunakan umumnya berupa arang kayu atau kokas, walaupun tidak menutup kemungkinan penggunaan dari sumber karbon lainnya. Liquid carburizing (karburasi cair), baja dipanaskan di atas temperatur Ac1 dalam dapur garam cyanida sehingga karbon dan sedikit nitrogen dapat berdifusi kedalam lapisan luar. Proses ini mirip dengan cyanida, hanya disini kulit luar mempunyai kandungan karbon yang lebih tinggi dan nitrogennya lebih rendah. Gas carburizing (karburasi gas), adalah penambahan karbon dengan menggunakan media gas seperti gas alam atau hidro-karbon dan propan (gas karbit). Metode ini digunakan untuk penambahan karbon untuk komponen mesin yang berukuran kecil yang dapat didinginkan langsung setelah pemanasan dalam dapur.

F. Karburasi Padat (Pack Carburizing)

Pack carburizing adalah proses di mana karbon monoksida yang berasal dari senyawa padat terurai pada permukaan logam menjadi karbon baru lahir dan

11

karbon dioksida. Karbon baru lahir diserap ke dalam logam, dan karbon dioksida segera bereaksi dengan bahan karbon hadir di kompleks karburasi solid untuk menghasilkan karbon monoksida segar. Pembentukan karbon monoksida ditingkatkan oleh energizer atau katalis, seperti barium karbonat (BaCO3), kalsium karbonat (CaCO3), kalium karbonat (K2CO3), dan natrium karbonat (Na2CO3), yang hadir di kompleks karburasi. Ini energizer memfasilitasi pengurangan karbon dioksida dengan karbon untuk membentuk karbon monoksida. Dengan demikian, dalam sistem tertutup, jumlah energizer tidak berubah. Karburasi terus asalkan cukup karbon hadir untuk bereaksi dengan karbon dioksida berlebih. Pack carburizing tidak lagi menjadi proses komersial utama. Ini telah terutama karena digantikan dengan gas lebih terkendali dan kurang padat karya dan proses karburasi cair. Namun, setiap biaya gas keunggulan tenaga kerja karburasi atau karburasi cair mungkin memiliki lebih karburasi paket dapat dinegasikan harus benda kerja memerlukan langkah-langkah tambahan seperti pembersihan dan penerapan lapisan pelindung di karburasi operasi stopoff. Kandungan karbon dari setiap jenis arang adalah berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon dalam arang, maka penetrasi karbon ke permukaan baja akan semakin baik pula. Bahan karbonat ditambahkan pada arang untuk mempercepat proses karburisasi. Bahan tersebut adalah barium karbonat (BaCO3) dan soda abu (NaCO3) yang ditambahkan bersama-sama dalam 10 - 40 % dari berat arang (Y. Lakhtin, 1975: 255). Sebenarnya tanpa energiserpun dapat terjadi karburisasi, karena temperature yang tinggi ini mula-mula karbon teroksidir

12

oleh oksigen dari udara yang terperangkap dalam kotak menjadi CO2 (Wahid Suherman, 1998: 149).

Reaksi yang terjadi adalah

CO2 + C (arang) ---> 2CO

Dengan temperatur yang semakin tinggi kesetimbangan rekasi makin cenderung ke kanan makin banyak CO.

2CO ---> CO2 + C (larut ke dalam baja)

dimana C yang terbentuk ini merupakan atom karbon (carbon nascent) yang aktif berdifusi masuk ke dalam fase austenit dari baja ketika baja dipanaskan. Besarnya kadar karbon yang terlarut dalam baja pada saat baja dalam larutan pada gamma fase austenit selama karburisasi adalah maksimal 2 %.

Kotak karburisasi yang dipanaskan harus dalam keadaan tertutup rapat, hal ini bertujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara media karburisasi dengan udara luar. Cara yang biasanya ditempuh unutk menghindari hal tadi adalah dengan memberikan lapisan tanah liat (clay) antara tutup dengan kotak karburisasi. Menurut Wahid Suherman (1998: 150) bahwa “kotak karburisasi dipanaskan dalam dapur sampai temperatur 825 – 925 oC dengan segera permukaan benda kerja akan menyerap karbon sehingga dipermukaan akan terbentuk lapisan berkadar karbon tinggi sampai 1,2 %”. Dan menurut B.H Amstead (1979: 152) bahwa “proses pack carburizing banyak diterapkan untuk memperoleh lapisan yang tebal antara 0,75 – 4 mm”. Komponen yang akan carburizing ditempatkan dalam kotak yang berisi media penambah unsur karbon atau media Karburasi penambah unsur karbon atau media Karburasi.

13

Gambar 2.2. Proses Pack carburizing

Dipanaskan pada suhu austenisasi (850–950 0_{C). Akibat pemanasan ini, media} karburasi akan teroksidasi menghasilkan gas CO2 dan CO. Gas CO akan bereaksi dengan permukaan baja membentuk atom karbon yang kemudian berdifusi ke dalam baja.

G. Quenching

Quenching merupakan pendinginan secara cepat suatu logam dengan pencelupan pada media pendingin. Kekerasan maksimum dapat terjadi dengan mendinginkan secara mendadak sampel yang telah dipanaskan sehingga mengakibatkan perubahan struktur mikro. Laju quenching tergantung pada beberapa faktor yaitu temperatur medium, panas spesifik, panas pada penguapan, konduktivitas termal medium, viskositas, dan agritasi (aliran media pendingin). Kecepatan pendinginan dengan air lebih besar dibandingkan pendinginan dengan oli. Pendinginan dengan udara memiliki kecepatan yang paling kecil (Syaefudin, 2001).

14

Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan baja bermacam-macam. Berbagai bahan media pendingin yang digunakan dalam proses perlakuan panas antar lain:

1. Air

Air adalah senyawa kimia dengan rumus kimia H2O. Artinya satu molekul air tersusun atas dua atom hydrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air memiliki sifat tidak berwarna, tidak terasa dan tidak berbau. Air memiliki titik beku 0 0_{C dan titik didih 100} 0_{C (Halliday dan} Resnick, 1985). Air memiliki koefisien viskositas sebesar 0,001 Pa.s pada temperatur 20 0C (Giancoli, 1999). Pendinginan menggunakan air akan memberikan daya pendinginan yang cepat dibandingkan dengan oli (minyak) karena air dapat dengan mudah menyerap panas yang dilewatinya dan panas yang terserap akan cepat menjadi dingin. Kemampuan panas yang dimiliki air besarnya 10 kali dari minyak (Soedjono,1978). Sehingga akan dihasilkan kekerasan dan kekuatan yang baik pada baja. Pendinginan menggunakan air menyababkan tegangan dalam, distorsi dan retak (Gary 2011).

2. Minyak

Minyak yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam perlakuan panas adalah yang dapat memberikan lapisan karbon pada kulit (permukaan) benda kerja yang diolah. Selain minyak yang khusus digunakan sebagai bahan pendinginan pada proses perlakuan panas, dapat juga digunakan minyak bakar atau oli. Viskositas oli dan bahan dasar oli sangat berpengaruh dalam proses pendinginan sampel. Oli yang mempunyai

15

viskositas lebih rendah memiliki kemampuan penyerapan panaslebih baik dibandingkan dengan oli yang mempunyai viskositas lebih tinggi karena penyerapan panas akan lebih lambat (Soedjono,1978). Untuk oli mesin SAE 10 pada temperatur 30 0C memiliki koevisien viskositas 200 x 10-3 Pa.s (Giancoli, 1999).

3. Udara

Pendinginan udara dilakukan untuk perlakuan panas yang membutuhkan pendinginan lambat. Untuk keperluan tersebut udara yang disirkulasikan ke dalam ruangan pendinginan dibuat dengan kecepatan yang rendah. Udara sebagai pendingin akan memberikan kesempatan kepada logam untuk membentuk kristal-kristal dan kemungkinan mengikat unsur-unsur lain dari udara (Soedjono,1978). Udara memiliki titik didih -194 0C dan nilai koefisien viskositasnya 0,018 x 10-3 Pa.s (Giancoli, 1999).

4. Garam

Garam dipakai sebagai bahan pendinginan disebabkan memiliki sifat mendinginkan yang teratur dan cepat. Bahan yang didinginkan di dalam cairan garam yang akan mengakibatkan ikatannya menjadi lebih keras karena pada permukaan benda kerja tersebut akan mengikat zat arang (Soedjono, 1978).

Proses pengerasan (quenching) dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :

a. Pendinginan langsung (Direct Quenching)

b. Pendinginan tunggal (Single Quenching)

16

1. Pendinginan langsung (Direct Quenching)

Pendinginan secara langsung dari media karburasi Efek yang timbul adalah kemungkinan adanya pengelupasan pada benda kerja. Pada pendinginan langsung ini diperoleh permukaan benda kerja yang getas.

Gambar 2.3. Grafik pendinginan langsung

Diagram diatas merupakan pendinginan secara langsung dimana material yang telah diberikan perlakuan panas atau heat treatment langsung dimasukan kedalam pendingin dimana media yang digunakan untuk pendinginannya adalah air.

2. Pendinginan Tunggal (Single Quenching)

Single Quenching merupakan pendinginan dari benda kerja setelah benda kerja tersebut di karburasi dan telah didinginkan pada suhu kamar.

17

Tujuan dari metode ini adalah untuk memperbaiki difusisitas dari atom ± atom karbon, dan agar gradien komposisi lebih halus.

3. Double Quenching

Double Quenching adalah proses pendinginan atau pengerasan pada benda kerja yang telah di karburasi dan didinginkan pada temperatur kamar kemudian dipanaskan lagi diluar kotak karbon pada temperatur kamar lalu dipanaskan.

H. Katalisator

Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi dan mengarahkan atau mengendalikannya, tanpa terkonsumsi oleh reaksi, namun bukannya tanpa bereaksi. Katalis bersifat mempengaruhi kecepatan reaksi, tanpa mengalami perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi. Peristiwa / fenomena / proses yang dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis. Istilah negative catalyst atau inhibitor merujuk kepada zat yang berperan menghambat atau memperlambat berlangsungnya reaksi.

Katalis dapat dibedakan menjadi dua yaitu : 1. katalis homogen

Katalis homogen merupakan katalis yang mempunyai fasa sama dengan reaktan dan produk. Penggunaan katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu mencemari lingkungan dan tidak dapat digunakan kembali. Selain itu katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala laboratorium ataupun industri bahan kimia tertentu, sulit dilakukan secara komersil, oprasi pada fase cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan

18

sehingga peralatan lebih kompleks dan diperlukan pemisahan antara produk dan katalis.

2. Katalis heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan dan produk. Katalis heterogen secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan berbentuk cair atau gas.

Salah satu sumber CaCO3 yang mudah diperoleh disekitar kita adalah cangkang kulit telur. Kulit telur memiliki kandungan CaCO3 (kalsium karbonat) sebanyak 94 %, MgCO3 (magnesium karbonat) sebanyak 1 %, Ca3(PO4)2 (kalsium fosfat) sebanyak 1 % dan bahan-bahan organik sebanyak 4 %. (Stadelman, 2000).

Kulit telur kering mengandung sekitar 95 % kalsium karbonat dengan berat 5,5 gram (Butcher dan Miles, 1990). Sementara itu, Hunton (2005) melaporkan bahwa kulit telur terdiri atas 97 % kalsium karbonat. Selain itu, rerata dari kulit telur mengandung 3 % fosfor dan 3 % terdiri atas magnesium, natrium, kalium, seng, mangan, besi, dan tembaga (Butcher dan Miles, 1990). Kandungan kalsium yang cukup besar berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai pupuk organik bagi tanaman.

Hasil analisis kandungan kulit telur di Laboratorium tanah menunjukkan kandungan kalsium terdiri atas kalium, kalsium, fosfor, dan magnesium, masing-masing sebesar 0,121; 8,977; 0,394; 10,541 %. Kalsium (Ca) pada tanaman berperan untuk merangsang pembentukan bulu akar, mengeraskan batang tanaman, dan merangsang pembentukan biji. Kalsium pada daun dan

19

batang berkhasiat menetralkan senyawa atau menyebabkan suasana yang tidak menguntungkan pada tanah (Lingga dan Marsono, 2007).

I. Arang Aktif

Arang Aktif merupakan arang yang diproses sedemikian rupa sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau uap. Arang aktif dapat dibuat dari bahan yang mengandung karbon baik organik maupun anorganik. Pada penelitian ini menggunakan karbon aktif dari arang batok kelapa. Karena arang tempurung kelapa salah satu bahan organik. . Tabel 1 memberikan informasi bahwa prosentase massa paling tinggi adalah karbon (C) sebesar 49,86% dan presentase atom sebesar 57,11%. Terdapat unsur-unsur impuritas yang teridentifikasi seperti Al, S, dan K dengan prosentase di bawah 1% . Unsur-unsur tersebut dapat dikurangi bahkan dihilangkan dengan proses pemanasan melebihi titik leleh atau melting point unsur tersebut. Hasil pengujian EDX dapat dijadikan dasar dalam penentuan fasa yang terbentuk pada pola difraksi sinarX. (Darminto, 2012).

Tabel 1. Hasil pengujian EDX serbuk tempurung kelapa

Prinsip dari pengujian ini untuk mengukur berkurangnya massa material ketika dipanaskan dari suhu kamar sampai suhu tinggi sehingga dapat diketahui

unsur Massa (%) Atom (%) Karbon 49,86 47,11 Oksigen 49,60 42,67 Alumuni 0,13 0,07

Sulfur 0,13 0,06

20

transisi fasa, dekomposisi termal dan penentuan diagram fasa.

(Darminto, 2012).

J. Uji Kekerasan

Kekerasan ( hardness ) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu.

Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujursangkar. Besar sudut antar permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 1360 . Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell (Dieter, 1987).

21

Gambar 2.5 bentuk indentor dan jejak hasil uji keras (vickers).

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

��� = ,8 × �_�2 … … … . .

dengan:

P = beban yang digunakan (kg) d = panjang diagonal rata-rata (mm)

III. METODOLOGI PENELITIAN

A.Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Oktober 2014 sampai Juni 2015, penelitian ini dilakukan di beberapa tempat diantaranya :

1. Laboratorium Material Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Laboratorium Pengujian dan Karakterisasi Metalurgi Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB.

3. Pengujian komposisi kimia di UPT. Balai Pengolahan Mineral Lampung, LIPI.

B.Bahan dan Alat

Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Bahan

1. Karbon Rendah (ST41)

Bahan yang digunakan adalah baja karbon rendah (ST41) pada proses pack carburizing dengan ukuran spesimen 4 x 3 x 2 cm sebanyak 19 spesimen.

23

Gambar 3.1. Bahan (Baja ST41)

2. Arang Tempurung kelapa

Sebagai sumber karbon aktif pada proses pack carburizing.

Gambar 3.2. Arang tempurung kelapa. 3. Cangkang telur

Sebagai katalisator (CaCO3) untuk mempercepat laju reaksi (difusi) saat proses karburisasi.

Gambar 3.3. Cangkang telur. 4. Air

24

b. Alat

1. Tungku pemanas

Tungku pemanas sebagai tungku panas pada proses karburisasi.

Gambar 3.4. Tungku Pemanas ( Furnace) 2. Alat uji kekerasan

Alat uji kekerasan yang digunakan adalah micro vickers untuk mengetahui kekerasan material sebelum dan sesudah proses pack carburizing

25

3. Gerinding Listrik

Untuk menghaluskan permukan spesimen sebelum proses pack carburizin

Gambar 3.6. Gerinding listrik 4. Alat OES (Optical emission spectroscopy)

Alat Optical emission spectroscopy digunakan untuk mengetahui kandungan komposisi kimia spesimen.

26

5. Kotak sementasi

Kontak sementasi digunakan sebagai tempat menyimpan spesimen dan bahan karbon aktif dan katalisator, pada proses katalisasi, dengan ukuran kotak 8x10x12 cm.

Gambar 3.8. Kotak sementasi

6. Bak Air

sebagi tempat menampung air untuk pendinginan secara cepat setelah pemanasan.

27

C. Prosedur penelitian

Adapun prosedur penelitian pada tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa tahapan antara lain sebagai berikut:

1. Persiapan spesimen uji

Material yang akan diuji pada penelitian ini adalah baja karbon rendah ST41 .

Berikut adalah tahap proses pembuatan spesimen uji a. Pemotongan spesimen uji

Pemotongan spesimen uji ini dillakukan dengan menggunakan mesin potong blander. Dengan ukuran spesimen ( 4 x 3 x 2 cm).

b. Proses polishing

Proses ini menggunakan amplas 500 dan 1200 dimaksudkan untuk menghilangkan kontaminasi, kotoran dan membentuk struktur permukaan spesimen yang baik.

c. Proses pembilasan

Proses pembilasan dengan menggunakan air yang berfungsi untuk membersihkan sisa bekas pengamplasan.

2. Persiapan carburizing compound

Berikut adalah tahap proses pembuatan carburizing compound : a. Menyiapkan karbon aktif

Sumber karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini adalah arang tempurung kelapa, karbon aktif ini diperoleh dengan cara nmenghaluskan tempurung kelapa yang kemudian diayak sampai mendapatkan butiran yang paling halus.

28

b. Menyiapkan katalisator (CaCO3)

Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang telur, katalis ini diperoleh dengan cara menghaluskan cangkang telur yang sebelumnya sudah dikeringkan dengan alat penggiling listrik (blander). c. Proses pencampuran (compound)

Setelah karbon aktif dan katalis tersedia, tahap selanjutnya adalah mencampur karbon aktif dan katalis sampai merata didalam wadah yang telah disediakan dengan komposisi 70 % karbon dan 30 % katalis. 3. Proses karburasasi

a. Benda uji baja karbon rendah (ST41) setelah diambil data kekerasan awal, benda uji dililitkan dengan kawat baja sebagai tempat pengait untuk mempermudah proses pengangkatan benda uji (ST 41) dalam keadaan panas.

b. Benda uji baja karbon rendah (ST 41) diletakkan kedalam kotak sementasi ditimbun dengan karbon (arang tempurung kelapa) dan bubuk cangkang telur (CaCO3) hingga menutupi permukaan seluruhnya.

c. Masukan kotak sementasi kedalam furnace, dan furnace ditutup, nyalakan furnace lihat temperatur awal 27 – 30 o_{C. Tunggu sampai} temperatur akhir pemanasan 850 oC, dengan waktu penahanan 30 menit.

d. Matikan furnace lalu buka furnace keluarkan kotak sementasi dari dalam dengan menggunakan tang penjepit.

29

e. Angkat benda uji baja karbon (ST41) dari dalam kotak sementasi dengan menggunakan gancu dan dimasukan kedalam media pendingin berupa air, biarkan hingga dingin.

f. Angkat benda uji baja karbon rendah (ST41) dari dalam media pendingin tersebut, bersihkan dari sisa-sisa proses karburisasi, lalu amplas salah satu sisi hingga bersih untuk proses pengujian kekerasan. g. Untuk temperatur 900 dan 950 0C gunakan langkah-langkah proses

carburizing dengan cara yang sama.

Setelah proses carburizing semua benda uji (ST41) diambil nilai kekerasannya.

4. Pengujian kekerasan

a. Uji kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat Micro Hardness Testing Machine di Laboratorium Pengujian dan Karakterisasi Metalurgi ITB dengan skala mikro vickers. Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Pengujian kekerasan ini dilakukan tidak pada bagian atas permukaan melainkan dengan arah melintang sebanyak 5 titik untuk tiap masing-masing spesimen dengan beban indentor 300 gram dan lama indentasi selama 15 detik.

b. Pengujian komposisi kimia

Uji komposisi kimia ini dilakukan di UPT. Balai Pengolahan Mineral Lampung LIPI dengan alat OES (Optical Emission Spectroscopy). Pengujian komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui perubahan dan

30

peningkatan unsur karbon (C) sebelum dan sesudah proses pack carburizing.

Data-data yang ditampilkan pada penelitian ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.1. Nilai kekerasan baja ST41 sebelum proses pack carburizing.

Titik Kekerasan (HV) 1

2 3 4 5

Tabel 3.2. Nilai kekerasan spesimen setelah proses pack carburizing non quenching.

Jarak (mm)

Hardness (HV)

Sampel A Sampel B Sampel C

0 0,5

1 1,5

31

Tabe l 3.3. Nilai kekersan spesimen setelah proses pack carburizing dan quenching.

Jarak

Hardness (HV)

Sampel A Sampel B Sampel C 0

0,5 1 1,5

2

Tabel 3.4. Penambahan unsur karbon (C) pada spesimen baja sebelum dan sesudah proses pelapisan pack carburizing.

No Sampel uji

Unsur utama (%)

C Si Mn P S Fe 1 Tanpa

pelapisan 2 T 850 0C 3 T 900 0C 4 T 950 0_C

32

D. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.10. Diagram alir penelitian

selesai Mulai

Persiapan spesimen Baja ST41

Persiapan alat dan bahan : a. Arang tempurung kelapa b. Kulit telur

c. Kotak sementasi

Pencampuran karbon aktif dan katalisator

proses pack carburizing Spesimen non pack carburizing

Pendinginan (quenching)

Pembersihan

Pengujian :

a. Uji kekerasan b. Uji komposisi kimia

Pembahasan

Kesimpulan dan Variasi 1

T 8500 C

Variasi 2 T 9000 C

Variasi 3 T 9500 C

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Bedasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpilkan sebagai berikut :

1. Peningkatan temperatur karburasi memberikan peningkatan terhadap kekerasan permukaan. Pada penelitian ini temperatur karburasi 950 0_C menghasilkan nilai kekerasan tertinggi sebesar 385,9667 HV dengan laju reaksi quenching sedangkan non quenching memiliki nilai kekerasan sebesar 213,4667 HV.

2. Terjadi peningkatan kandungan unsur karbon (C) disetiap kenaikan sushu temperatur carburisasi. Peningkatan yang segnifikan adalah pada temperatur 950 0C sebesar 0,190 %.

3. Temperatur sangat mempengaruhi besar kecilnya peningkatan kekerasan hasil carburizing. Semakin tinggi temperatur carburizing akan menyebabkan semakin tinggi nilai kekerasan hasil carburizing yang didapatkan.

4. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi kadar karbon untuk berdifusi pada saat proses pelapisan pack carburizing.

52

B. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk memperbaiki penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Pada saat pencampuran katalisator dan karbon aktif sebaiknya menggunakan belender agar pencampuran bisa merata.

2. Sebaiknya memberikan holding time yang lama agar mendapatkan hasil yang lebih maxsimal.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad Zainuri, 2013 ” Analisa Kekerasan dan Struktur Mikro pada Paja Aisi 1018 akibat proses pack carburizing dengan Variasi konsentrasi serbuk cangkang keong emas. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mataram.

Arianto, Mujiyono dan, 2008,” meningkatkan efektifitas karburasi padat pada baja karbon rendah dengan optimasi ukuran serbuk arang tempurung kelapa. Student of Master Program Mechanical Engineering, Sriwijaya University.

Arianto Leman Soemowidagdo., 2009, “Sekam Padi Untuk Proses Pack Karburising Baja Karbon Rendah “TeknikMesin, FakultasTeknik, UniversitasNegeri Yogyakarta.

Darmanto, 2006, Pengaruh holding Time Terhadap Sifat Kekerasan Dengan Refining The Core Pada Proses Carburizing Material Baja Karbon Rendah, UNWAHAS.

Masyrukan, 2006, Penelitian Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Karbon Rendah Akibat Pengaruh Proses Pengarbonan Dari Arang Kayu Jati, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Nugroho, A., 2008, “Pengaruh Carburizing Arang kayu jati dan Arang Cangkang kelapa dengan Austempering pada Mild Steel (baja lunak) produk

pengecoran terhadap sifat fisis dan mekanis”, Tugas Akhir S-1, teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Pramuko I. Purboputro, 2006 “ Pengaruh Waktu Penahanan Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Pada Proses Pengkarbonan Padat Baja Mild Steel” Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Smallman, R.E., Bishop, R.J., 2000, Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta.

Standar Nasional Indonesia, SNI 05-0719-1989, Mikro Vickers Beban 0,0098 sampai dengan 49 N, Cara Uji Keras, Dewan Standarisasi Nasional, Jakarta.

Totten,GE; Bates,CE; Clinson, NA;1993, Handbook of Quenchants and Quenching Technology. USA: ASM Internasional.

W. D. Callister, Jr., Materials scionce and engineering. An Interoduction, Gth John Wiley dan Sons. Inc.,2003

31 Tabe l 3.3. Nilai kekersan spesimen setelah proses pack carburizing dan

quenching.

Jarak

Hardness (HV)

Sampel A Sampel B Sampel C 0

0,5 1 1,5

2

Tabel 3.4. Penambahan unsur karbon (C) pada spesimen baja sebelum dan sesudah proses pelapisan pack carburizing.

No Sampel uji

Unsur utama (%)

C Si Mn P S Fe

1 Tanpa

pelapisan 2 T 850 0C 3 T 900 0C 4 T 950 0_C

32 D. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.10. Diagram alir penelitian

selesai Mulai

Persiapan spesimen Baja ST41

Persiapan alat dan bahan : a. Arang tempurung kelapa b. Kulit telur

c. Kotak sementasi

Pencampuran karbon aktif dan katalisator

proses pack carburizing Spesimen non pack carburizing

Pendinginan (quenching)

Pembersihan

Pengujian :

a. Uji kekerasan b. Uji komposisi kimia

Pembahasan

Kesimpulan dan Variasi 1

T 8500 C

Variasi 2 T 9000 C

Variasi 3 T 9500 C

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Bedasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpilkan sebagai berikut :

1. Peningkatan temperatur karburasi memberikan peningkatan terhadap kekerasan permukaan. Pada penelitian ini temperatur karburasi 950 0_C menghasilkan nilai kekerasan tertinggi sebesar 385,9667 HV dengan laju reaksi quenching sedangkan non quenching memiliki nilai kekerasan sebesar 213,4667 HV.

2. Terjadi peningkatan kandungan unsur karbon (C) disetiap kenaikan sushu temperatur carburisasi. Peningkatan yang segnifikan adalah pada temperatur 950 0C sebesar 0,190 %.

3. Temperatur sangat mempengaruhi besar kecilnya peningkatan kekerasan hasil carburizing. Semakin tinggi temperatur carburizing akan menyebabkan semakin tinggi nilai kekerasan hasil carburizing yang didapatkan.

4. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi kadar karbon untuk berdifusi pada saat proses pelapisan pack carburizing.

52 B. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk memperbaiki penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Pada saat pencampuran katalisator dan karbon aktif sebaiknya menggunakan belender agar pencampuran bisa merata.

2. Sebaiknya memberikan holding time yang lama agar mendapatkan hasil yang lebih maxsimal.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad Zainuri, 2013 ” Analisa Kekerasan dan Struktur Mikro pada Paja Aisi 1018 akibat proses pack carburizing dengan Variasi konsentrasi serbuk cangkang keong emas. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mataram.

Arianto, Mujiyono dan, 2008,” meningkatkan efektifitas karburasi padat pada baja karbon rendah dengan optimasi ukuran serbuk arang tempurung kelapa. Student of Master Program Mechanical Engineering, Sriwijaya University.

Arianto Leman Soemowidagdo., 2009, “Sekam Padi Untuk Proses Pack Karburising Baja Karbon Rendah “TeknikMesin, FakultasTeknik, UniversitasNegeri Yogyakarta.

Darmanto, 2006, Pengaruh holding Time Terhadap Sifat Kekerasan Dengan Refining The Core Pada Proses Carburizing Material Baja Karbon Rendah, UNWAHAS.

Masyrukan, 2006, Penelitian Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Karbon Rendah Akibat Pengaruh Proses Pengarbonan Dari Arang Kayu Jati, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Nugroho, A., 2008, “Pengaruh Carburizing Arang kayu jati dan Arang Cangkang kelapa dengan Austempering pada Mild Steel (baja lunak) produk

pengecoran terhadap sifat fisis dan mekanis”, Tugas Akhir S-1, teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Pramuko I. Purboputro, 2006 “ Pengaruh Waktu Penahanan Terhadap Sifat Fisis

dan Mekanis Pada Proses Pengkarbonan Padat Baja Mild Steel”

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Smallman, R.E., Bishop, R.J., 2000, Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta.

Standar Nasional Indonesia, SNI 05-0719-1989, Mikro Vickers Beban 0,0098 sampai dengan 49 N, Cara Uji Keras, Dewan Standarisasi Nasional, Jakarta.

Totten,GE; Bates,CE; Clinson, NA;1993, Handbook of Quenchants and Quenching Technology. USA: ASM Internasional.

W. D. Callister, Jr., Materials scionce and engineering. An Interoduction, Gth John Wiley dan Sons. Inc.,2003