TUGAS AKHIR Sifat Fisis dan Mekanis Baja Karbon Rendah dengan Perlakuan Carburizing Arang Tempurung Kelapa.
TUGAS AKHIR
SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH
DENGAN PERLAKUAN CARBURIZING ARANG
TEMPURUNG KELAPA
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
DIKA ARDI PUTRA
NIM : D.200.120.091
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai
penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang – orang yang sabar”
(Al-Baqarah : 153)
ل
“Orang yang menuntut ilmu bearti menuntut rahmat ; orang yang
menuntut ilmu berarti menjalankan rukun Islam dan Pahala yang
diberikan kepadanya sama dengan para Nabi”.
( HR. Dailani dari Anas r.a )
Aku meminta kekuatan dan Allah memberikanku kesulitan
untuk membuatku semakin kuat
( Salahuddin Al Ayyubi )
Jangan pernah pikirkan apa yang kelak terjadi di masa depan.
Tapi kerjakan apa yang ada di hadapan sekarang
untuk memuluskan langkah di masa depan.
(Penulis)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan
syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi,
setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal
lelah, Saya mempersembahkanTugas Akhir ini kepada:
Bapak, Ibu, Kakak, dan seluruh Keluarga tercinta yang dengan
segala
kasih
sayang,
kesabaran,
keikhlasan
dan
pengorbanannya senantiasa membimbing dan mendo’akanku.
Teman-teman
Teknik
mesin
angkatan
2012
yang
selalu
menyemangati dan hadir seperti keluarga.
Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Bapak Ir. H.
Supriyono, MT., Ph.D yang selalu saling membantu dan berjuang
bersama.
Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang
telah membimbing saya didalam perkuliahan.
Bapak Ir. H. Supriyono, MT., Ph.D. sebagai Pembimbing
akademik sekaligus sebagai pembimbing utama Tugas Akhir.
Saya berterimakasih atas pengarahan dan bimbingannya yang
telah banyak saya terima selama berada di Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
vii
SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH
DENGAN PERLAKUAN CARBURIZING ARANG TEMPURUNG KELAPA
Dika Ardi Putra, Dr. Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Pabelan Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura.
Email :dikaardi16@gmail.com
ABSTRAK
Pack carburizing merupakan metode karburisasi yang paling
sederhana, yaitu menggunakan serbuk arang sebagai penambahan
unsur Karbon. Tujuan penelitian carburizing ini adalah untuk
mengetahui perubahan sifat dari baja,baik sifat fisis maupun mekanis.
Material yang digunakan adalah baja karbon rendah (mild
steel)< 0,3 % C. Proses kaburisasi diawali dengan mencampur arang
tempurung kelapa 80% dan NaCO3 20%, kemudian dimasukan
kedalam gerabah dengan posisi specimen di tengah. Dilanjutkan
pemanasan didalam furnace pada temperature 980 oC dengan waktu
tahan 2 jam kemudian didiamkan di dalam furnace sampai dingin,
kemudian
di
uji
kekerasanya
dengan
metode
mikro
vikers
menggunakan alat Micro Hardnes Teste dan pengamatan struktur
mikro menggunakan alat Inverted Metallurgical Microscope
Hasil pengujian kekerasan pada raw materials memiliki nilai
kekerasan Vickers rata-rata sebesar 183.817 VHN. Sedangkan
kekerasan rata-rata benda setelah mengalami proses carburizing
dengan media arang tempurung kelapa sebesar 309.614 VHN. Jadi
raw
material
setelah
di
carburizing
mengalami
peningkatan
kekerasan yang cukup tinggi sebesar 68,43%
Kata kunci :Baja karbon rendah, Pack Carburizing, Arang
tempurung kelapa
viii
ABSTRACT
Pack carburizing is the simple carburizing method, which it uses
powder charcoal as addition of the carbon element. The purpose or
carburizing research is to know the change of steel properties either
physical or mechanical.
The material that used is low carbon steel (mild steel) < 0.3%C.
The carburizing process begins with mixing from coconut steel charcoal
of 80% and NaCO3 of 20%, and then entered into the property with a
specimen in the middle position. The continued, heating in the furnace
with 980 C temperatures around two hours and then allowed to stand in
the furnace until cold, the next in the test with Vickers method that uses
micro hardness tested and observation of micro structure that uses
inverted metallurgical microscope.
The result of the hardness testing on the raw material has
Vickers hardness with 183.817 VHN. Meanwhile, the hardness of the
average objects after carburizing process with coconut shell charcoal is
309.614 NHN. So, the raw material after carburizing has been increased
with quitehighuntil 68, 43%.
Keyword : Pack Carburizing, Mild Steel, Coconut shell charcoal
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat
dan karunia-Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,sehingga
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan
penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terimakasih kepada:
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3. Bapak Ir. H. Supriyono, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir dan Pembimbing Akademik yang telah membimbing,
mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir
ini.
4. Bapak Sunhaji selaku Pembimbing Laboratorium Universitas
Gajah Mada Yogyakarta yang telah senantiasa membimbing
dalam mengumpulkan data dan memberi masukan dalam proses
penelitian dan pengujian.
x
5. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas
Teknik
6. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa selalu mencintai,
menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan
mendo’akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
7. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik
dan memberikan pendidikan akan hidup kepada penulis.
8. Kakak tercinta yang selalu menyemangati dan memberi masukan
kepada penulis.
9. Teman Teknik Mesin angkatan 2012 yang sudah banyak
membantu saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama
di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan
Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan–keterbatasan
antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang
penulis miliki. Harapan penulis semoga laporanini bermanfaat untuk
pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi
penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbal allamin.
Surakarta,30 Maret 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul .....................................................................................
i
Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ........................................
ii
Halaman Persetujuan ..........................................................................
iii
Halaman Pengesahan .........................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................
v
Halaman Motto.....................................................................................
vi
Halaman Persembahan .......................................................................
vii
Abstrak ................................................................................................. viii
Kata Pengantar ....................................................................................
x
Daftar Isi ..............................................................................................
xii
Daftar Gambar ..................................................................................... xiv
Daftar Tabel .........................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................
1
1.2 Batasan Masalah ................................................................
2
1.3 Rumusan Masalah..............................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ..............................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................
6
2.2 Landasan Teori...................................................................
8
2.2.1. Pengertian baja karbon ...................................................
8
xii
2.2.2. Carburizing ..................................................................... 12
2.2.3. Difusi pada baja .............................................................. 14
2.2.4. Pengerasan permukaan baja .......................................... 16
2.2.5. Pendinginan udara (annealing) ....................................... 17
2.2.6. Uji kekerasan pada baja ................................................. 17
2.2.7. Arang Tempurung Kelapa ...............................................
18
2.3.
19
Hipotesa .........................................................................
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 20
3.2 Alat Penelitian.................................................................... 21
3.3 Bahan Penelitian ............................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Komposisi Kimia ............................................... 29
4.2 Pengujian Struktur Mikro ................................................... 30
4.3 Hasil Pengujian Kekerasan ............................................... 32
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................... 35
5.2 Saran ................................................................................ 36
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 38
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Diagram fasa Fe-Fe3C ...................................................
11
2.2
Pengaruh temperature karburasi pada case depth ........
14
2.3
Proses terjadinya difusi ..................................................
15
3.1
Skema diagram alir penelitian ........................................
20
3.2
Timbangan .....................................................................
21
3.3
Furnace ..........................................................................
22
3.4
Kontainer (Wadah) .........................................................
22
3.5
Gergaji Mesin .................................................................
23
3.6
Electrical Discharge Mesin .............................................
23
3.7
Stopwatch ......................................................................
24
3.8
Jangka Sorong ...............................................................
24
3.9
Amplas dan Autosol .......................................................
25
3.10
Optical Emission Spectrometer ......................................
25
3.11
Mikroskop Metalurgi .......................................................
26
3.12
Micro Hardness Tester ...................................................
26
3.13
Raw Material ..................................................................
27
3.14
Arang Tempurung Kelapa ..............................................
27
3.15
NaCO3 ............................................................................
28
3.16
Tanah liat .......................................................................
28
4.1
Struktur mikro raw material ...........................................
30
4.2
Struktur micro setelah di karburizing ..............................
30
4.3
Grafik perbandingan sebelum/sesudah di Carburizing ...
33
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1 Komposisi dan berat jenis serbuk arang Tempurung kelapa. 19
4.1 Komposisi kimia baja karbon.............................................
29
4.2 Harga kekerasan spesimen raw material .........................
32
4.3 Harga kekerasan setelah di karburizing 2 jam ..................
32
xv
SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH
DENGAN PERLAKUAN CARBURIZING ARANG
TEMPURUNG KELAPA
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
DIKA ARDI PUTRA
NIM : D.200.120.091
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai
penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang – orang yang sabar”
(Al-Baqarah : 153)
ل
“Orang yang menuntut ilmu bearti menuntut rahmat ; orang yang
menuntut ilmu berarti menjalankan rukun Islam dan Pahala yang
diberikan kepadanya sama dengan para Nabi”.
( HR. Dailani dari Anas r.a )
Aku meminta kekuatan dan Allah memberikanku kesulitan
untuk membuatku semakin kuat
( Salahuddin Al Ayyubi )
Jangan pernah pikirkan apa yang kelak terjadi di masa depan.
Tapi kerjakan apa yang ada di hadapan sekarang
untuk memuluskan langkah di masa depan.
(Penulis)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan
syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi,
setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal
lelah, Saya mempersembahkanTugas Akhir ini kepada:
Bapak, Ibu, Kakak, dan seluruh Keluarga tercinta yang dengan
segala
kasih
sayang,
kesabaran,
keikhlasan
dan
pengorbanannya senantiasa membimbing dan mendo’akanku.
Teman-teman
Teknik
mesin
angkatan
2012
yang
selalu
menyemangati dan hadir seperti keluarga.
Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Bapak Ir. H.
Supriyono, MT., Ph.D yang selalu saling membantu dan berjuang
bersama.
Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang
telah membimbing saya didalam perkuliahan.
Bapak Ir. H. Supriyono, MT., Ph.D. sebagai Pembimbing
akademik sekaligus sebagai pembimbing utama Tugas Akhir.
Saya berterimakasih atas pengarahan dan bimbingannya yang
telah banyak saya terima selama berada di Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
vii
SIFAT FISIS DAN MEKANIS BAJA KARBON RENDAH
DENGAN PERLAKUAN CARBURIZING ARANG TEMPURUNG KELAPA
Dika Ardi Putra, Dr. Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Pabelan Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura.
Email :dikaardi16@gmail.com
ABSTRAK
Pack carburizing merupakan metode karburisasi yang paling
sederhana, yaitu menggunakan serbuk arang sebagai penambahan
unsur Karbon. Tujuan penelitian carburizing ini adalah untuk
mengetahui perubahan sifat dari baja,baik sifat fisis maupun mekanis.
Material yang digunakan adalah baja karbon rendah (mild
steel)< 0,3 % C. Proses kaburisasi diawali dengan mencampur arang
tempurung kelapa 80% dan NaCO3 20%, kemudian dimasukan
kedalam gerabah dengan posisi specimen di tengah. Dilanjutkan
pemanasan didalam furnace pada temperature 980 oC dengan waktu
tahan 2 jam kemudian didiamkan di dalam furnace sampai dingin,
kemudian
di
uji
kekerasanya
dengan
metode
mikro
vikers
menggunakan alat Micro Hardnes Teste dan pengamatan struktur
mikro menggunakan alat Inverted Metallurgical Microscope
Hasil pengujian kekerasan pada raw materials memiliki nilai
kekerasan Vickers rata-rata sebesar 183.817 VHN. Sedangkan
kekerasan rata-rata benda setelah mengalami proses carburizing
dengan media arang tempurung kelapa sebesar 309.614 VHN. Jadi
raw
material
setelah
di
carburizing
mengalami
peningkatan
kekerasan yang cukup tinggi sebesar 68,43%
Kata kunci :Baja karbon rendah, Pack Carburizing, Arang
tempurung kelapa
viii
ABSTRACT
Pack carburizing is the simple carburizing method, which it uses
powder charcoal as addition of the carbon element. The purpose or
carburizing research is to know the change of steel properties either
physical or mechanical.
The material that used is low carbon steel (mild steel) < 0.3%C.
The carburizing process begins with mixing from coconut steel charcoal
of 80% and NaCO3 of 20%, and then entered into the property with a
specimen in the middle position. The continued, heating in the furnace
with 980 C temperatures around two hours and then allowed to stand in
the furnace until cold, the next in the test with Vickers method that uses
micro hardness tested and observation of micro structure that uses
inverted metallurgical microscope.
The result of the hardness testing on the raw material has
Vickers hardness with 183.817 VHN. Meanwhile, the hardness of the
average objects after carburizing process with coconut shell charcoal is
309.614 NHN. So, the raw material after carburizing has been increased
with quitehighuntil 68, 43%.
Keyword : Pack Carburizing, Mild Steel, Coconut shell charcoal
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat
dan karunia-Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,sehingga
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan
penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terimakasih kepada:
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3. Bapak Ir. H. Supriyono, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir dan Pembimbing Akademik yang telah membimbing,
mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir
ini.
4. Bapak Sunhaji selaku Pembimbing Laboratorium Universitas
Gajah Mada Yogyakarta yang telah senantiasa membimbing
dalam mengumpulkan data dan memberi masukan dalam proses
penelitian dan pengujian.
x
5. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas
Teknik
6. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa selalu mencintai,
menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan
mendo’akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
7. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik
dan memberikan pendidikan akan hidup kepada penulis.
8. Kakak tercinta yang selalu menyemangati dan memberi masukan
kepada penulis.
9. Teman Teknik Mesin angkatan 2012 yang sudah banyak
membantu saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama
di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan
Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan–keterbatasan
antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang
penulis miliki. Harapan penulis semoga laporanini bermanfaat untuk
pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi
penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbal allamin.
Surakarta,30 Maret 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul .....................................................................................
i
Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ........................................
ii
Halaman Persetujuan ..........................................................................
iii
Halaman Pengesahan .........................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................
v
Halaman Motto.....................................................................................
vi
Halaman Persembahan .......................................................................
vii
Abstrak ................................................................................................. viii
Kata Pengantar ....................................................................................
x
Daftar Isi ..............................................................................................
xii
Daftar Gambar ..................................................................................... xiv
Daftar Tabel .........................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................
1
1.2 Batasan Masalah ................................................................
2
1.3 Rumusan Masalah..............................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ..............................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................
6
2.2 Landasan Teori...................................................................
8
2.2.1. Pengertian baja karbon ...................................................
8
xii
2.2.2. Carburizing ..................................................................... 12
2.2.3. Difusi pada baja .............................................................. 14
2.2.4. Pengerasan permukaan baja .......................................... 16
2.2.5. Pendinginan udara (annealing) ....................................... 17
2.2.6. Uji kekerasan pada baja ................................................. 17
2.2.7. Arang Tempurung Kelapa ...............................................
18
2.3.
19
Hipotesa .........................................................................
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 20
3.2 Alat Penelitian.................................................................... 21
3.3 Bahan Penelitian ............................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Komposisi Kimia ............................................... 29
4.2 Pengujian Struktur Mikro ................................................... 30
4.3 Hasil Pengujian Kekerasan ............................................... 32
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................... 35
5.2 Saran ................................................................................ 36
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 38
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1
Diagram fasa Fe-Fe3C ...................................................
11
2.2
Pengaruh temperature karburasi pada case depth ........
14
2.3
Proses terjadinya difusi ..................................................
15
3.1
Skema diagram alir penelitian ........................................
20
3.2
Timbangan .....................................................................
21
3.3
Furnace ..........................................................................
22
3.4
Kontainer (Wadah) .........................................................
22
3.5
Gergaji Mesin .................................................................
23
3.6
Electrical Discharge Mesin .............................................
23
3.7
Stopwatch ......................................................................
24
3.8
Jangka Sorong ...............................................................
24
3.9
Amplas dan Autosol .......................................................
25
3.10
Optical Emission Spectrometer ......................................
25
3.11
Mikroskop Metalurgi .......................................................
26
3.12
Micro Hardness Tester ...................................................
26
3.13
Raw Material ..................................................................
27
3.14
Arang Tempurung Kelapa ..............................................
27
3.15
NaCO3 ............................................................................
28
3.16
Tanah liat .......................................................................
28
4.1
Struktur mikro raw material ...........................................
30
4.2
Struktur micro setelah di karburizing ..............................
30
4.3
Grafik perbandingan sebelum/sesudah di Carburizing ...
33
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1 Komposisi dan berat jenis serbuk arang Tempurung kelapa. 19
4.1 Komposisi kimia baja karbon.............................................
29
4.2 Harga kekerasan spesimen raw material .........................
32
4.3 Harga kekerasan setelah di karburizing 2 jam ..................
32
xv